给隧道做“体检”，激光扫描当“医师”
朋友，怎么回事儿，搁这犯“星期一综合症”呢，大早上就迟到？
苦涩，我真没睡懒觉，七点就出门了！QAQ，哪里能想到地铁！竟然！停运了！好久！据说是隧道出了些问题。
这可真是无妄之灾。
可不想再耽误事儿了。说起来，社畜的打卡记录是小，公共交通的安全为大，有没有好法子能给地铁还有铁路隧道定期做“体检”啊？
你别说，还真有，秘诀就是：移动激光扫描系统！
国家铁路网建设及规划示意图
（来源：铁路建设规划）
上海市地铁运行线路图
截止2020年底，我国铁路和地铁运营隧道总长已超过25000公里。因地质条件、自然灾害、施工质量、周边施工等复杂原因，容易产生衬砌剥落、渗漏、管片变形、设备侵限等常见病害。若未及时发现并尽早治理，将威胁列车行车安全并大幅增加整治费用，严重时甚至会造成撞击列车、局部坍塌、中断运行等灾难后果。
特别是，随着线路里程增加、运营时间延长和检修天窗压缩，传统巡检测量存在成果单一、效率低下等瓶颈，难以满足“全覆盖、全要素、高精度、高效率”的隧道检测需求。
那要怎么办？
来套移动激光扫描系统！
移动激光扫描系统具有采集效率高（3-10km/h）、信息丰富（测量+影像）、毫米级测量精度等优势，可获取结构变形、内壁影像、限界轮廓、调绘报表等，已广泛应用于隧道的建设、运营及改建。
那么，该系统的检测原理如何？检测过程是怎样的？真的有这么牛吗？到底有什么优势呢？
“体检”原理
轨道移动激光扫描系统包含一辆电动检测车，一台Z+F 9012激光断面仪和一台控制平板电脑，能够自动采集沿线高密度、高精度的激光点云。
电动检测车 & Z+F 9012断面仪
Z+F 9012激光断面仪集成的轨道移动激光扫描系统无疑较依靠于全站仪的传统检测方式智能许多。与架站式三维激光扫描仪的作业方式相比，在影像分辨率、影像对比度、标定精度、竖直视场角、连续作业时间、文件读取耗时等方面，它也更具优势。
各里程分辨率统一 | 5m外分辨率会显著降低 |
易与惯导集成 道床可同步覆盖扫描 | 易受遮挡影响 需要靶球拼接 |
360°竖直视场角 | 存在扫描死角 |
外置电池供电 能够连续作业 | 受限于电池容量 单次作业一般小于2.5h |
可快速加载任意指定扫描线 | 官方SDK加载速度较慢 |
Z+F 9012移动激光扫描系统还具备以下特点：
01
转速高（200r/s）
高速扫描时线间隔小，影像分辨率更高。
02
测距精度高(标称±1mm）
测距常数差经严格标定。
03
影像灰度对比度好
软件优化处理后可媲美单反相机影像。
竣工验收、高铁检测、快速巡检
在Z+F 9012激光断面仪采集完成后，经“里程纠正、正射投影、断面解算、调绘识别”处理，可获得轮廓、内壁影像、调绘报告、行车限界等成果。进一步采用数字微分纠正、超分辨率成像、计算机视觉算法处理后，可实现AI辅助病害识别和VR漫游视频，实现对隧道结构的 “CT体检”。
“体检”过程
01
数据采集
设备安装完毕并调整好扫描姿态后，采用同济大学研制的“隧道激光扫描采集与处理软件”（简称Tlsd软件），根据项目要求设置扫描作业参数，连接扫描仪开始作业。Tlsd软件专门为隧道作业设计，具有检测车作业速度多档可调，激光扫描仪的连接控制、断面加载等功能，可以提高现场采集的便利性、可靠性和后处理效率。
项目信息和扫描参数设置
现场作业仪器设置
02
数据处理
采集好数据，接下来就要进行分析计算。参照《铁路桥隧建筑物劣化评定标准》（Q/CR 405.2-2019）、《盾构法隧道施工及验收规范》（GB 50446-2017）等规范，选择解算模型和计算参数，剔除遮挡及噪声点，解算直径收敛、椭圆度、管片错台、接触网几何参数等，即可生成隧道三维点云、综合限界和成果报表。
适用隧道断面类型
预览影像+三维点云+隧道剖面
综合断面Cad图
（直径收敛、管片错台、行车限界、
接触网导高与拉出值、拱顶净高）
盾构管片变形Cad图
（直径收敛、椭圆度、环间错台、管片错台）
盾构隧道测量成果报表
03
影像调绘
在Tlsd软件中，首先输入隧道设计断面线，按等面积投影展开并插值生成灰度（或伪彩色影像）。然后，利用调绘功能判读识别病害（设备）的类型、里程、尺寸。最后，按项目需求汇总生成调绘报表。
地铁隧道内壁正射投影影像（2mm/像素）
AI辅助识别管片、线缆、接触网
高铁隧道病害调绘
影像调绘报表样例
04
结果分析
可以对隧道变形和病害的数量、分级、类型、位置及变化情况进行分析，对超限变形或重点病害进行专题统计，综合形成速报或专题报告。
管片变形、接触网几何参数、综合限界
影像调绘成果统计、分级和报表
优势分析
一句话总结优势——
更高测量精度
更高质量成像
更智能识别病害
01
全要素
无需照明和观测瞄准，无人工观测误差。一次作业能够获得隧道断面、收敛（错台）变形、影像调绘、接触网几何参数、综合限界、漫游视频等丰富成果数据。
02
高效率
作业班组2-3人，外业采集速度约10km每个窗口期（4小时），数据处理和提交报告1个工作日，如需人工验证和调绘，2-6km每天。测量精度±2mm，能够满足定期监测、病害普查需求。
03
全过程
建设期，可用于限界检测、竣工验收；运营期，可用于定期监测、保护区监测、病害普查；改建加固，可用于数字化勘测、病害普查、钢管片预制。
妙手仁心的“隧道体检医师”
就是这套移动激光扫描系统啦！
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