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新疆測繪儀器之給隧道做“體檢”，激光掃描當“醫(yī)師”
截止2020年底，我國鐵路和地鐵運營隧道總長已超過25000公里。因地質條件、自然災害、施工質量、周邊施工等復雜原因，容易產生襯砌剝落、滲漏、管片變形、設備侵限等常見病害。若未及時發(fā)現并盡早治理，將威脅列車行車安全并大幅增加整治費用，嚴重時甚至會造成撞擊列車、局部坍塌、中斷運行等災難后果。
特別是，隨著線路里程增加、運營時間延長和檢修天窗壓縮，傳統(tǒng)巡檢測量存在成果單一、效率低下等瓶頸，難以滿足“全覆蓋、全要素、高精度、高效率”的隧道檢測需求。
那要怎么辦？來套移動激光掃描系統(tǒng)！
移動激光掃描系統(tǒng)具有采集效率高（3-10km/h）、信息豐富（測量+影像）、毫米級測量精度等優(yōu)勢，可獲取結構變形、內壁影像、限界輪廓、調繪報表等，已廣泛應用于隧道的建設、運營及改建。
那么，該系統(tǒng)的檢測原理如何？檢測過程是怎樣的？真的有這么牛嗎？到底有什么優(yōu)勢呢？
“體檢”原理
軌道移動激光掃描系統(tǒng)包含一輛電動檢測車，一臺Z+F 9012激光斷面儀和一臺控制平板電腦，能夠自動采集沿線高密度、高精度的激光點云。
Z+F 9012激光斷面儀集成的軌道移動激光掃描系統(tǒng)無疑較依靠于全站儀的傳統(tǒng)檢測方式智能許多。與架站式三維激光掃描儀的作業(yè)方式相比，在影像分辨率、影像對比度、標定精度、豎直視場角、連續(xù)作業(yè)時間、文件讀取耗時等方面，它也更具優(yōu)勢。
Z+F 9012移動激光掃描系統(tǒng)還具備以下特點：
1、轉速高（200r/s）
高速掃描時線間隔小，影像分辨率更高。
2、測距精度高(標稱±1mm）
測距常數差經嚴格標定。
3、影像灰度對比度好
軟件優(yōu)化處理后可媲美單反相機影像。
在Z+F 9012激光斷面儀采集完成后，經“里程糾正、正射投影、斷面解算、調繪識別”處理，可獲得輪廓、內壁影像、調繪報告、行車限界等成果。進一步采用數字微分糾正、超分辨率成像、計算機視覺算法處理后，可實現AI輔助病害識別和VR漫游視頻，實現對隧道結構的 “CT體檢”。
“體檢”過程
1、數據采集
設備安裝完畢并調整好掃描姿態(tài)后，采用同濟大學研制的“隧道激光掃描采集與處理軟件”（簡稱Tlsd軟件），根據項目要求設置掃描作業(yè)參數，連接掃描儀開始作業(yè)。Tlsd軟件專門為隧道作業(yè)設計，具有檢測車作業(yè)速度多檔可調，激光掃描儀的連接控制、斷面加載等功能，可以提高現場采集的便利性、可靠性和后處理效率。
項目信息和掃描參數設置
現場作業(yè)儀器設置
2、數據處理
采集好數據，接下來就要進行分析計算。參照《鐵路橋隧建筑物劣化評定標準》（Q/CR 405.2-2019）、《盾構法隧道施工及驗收規(guī)范》（GB 50446-2017）等規(guī)范，選擇解算模型和計算參數，剔除遮擋及噪聲點，解算直徑收斂、橢圓度、管片錯臺、接觸網幾何參數等，即可生成隧道三維點云、綜合限界和成果報表。
適用隧道斷面類型
預覽影像+三維點云+隧道剖面
綜合斷面CAD圖
（直徑收斂、管片錯臺、行車限界、接觸網導高與拉出值、拱頂凈高）
盾構管片變形CAD圖
（直徑收斂、橢圓度、環(huán)間錯臺、管片錯臺）
盾構隧道測量成果報表
3、影像調繪
在Tlsd軟件中，首先輸入隧道設計斷面線，按等面積投影展開并插值生成灰度（或偽彩色影像）。然后，利用調繪功能判讀識別病害（設備）的類型、里程、尺寸。最后，按項目需求匯總生成調繪報表。
地鐵隧道內壁正射投影影像（2mm/像素）
AI輔助識別管片、線纜、接觸網
高鐵隧道病害調繪
影像調繪報表樣例
4、結果分析
可以對隧道變形和病害的數量、分級、類型、位置及變化情況進行分析，對超限變形或重點病害進行專題統(tǒng)計，綜合形成速報或專題報告。
管片變形、接觸網幾何參數、綜合限界
影像調繪成果統(tǒng)計、分級和報表
優(yōu)勢分析
一句話總結優(yōu)勢：更高測量精度，更高質量成像，更智能識別病害。
1、全要素
無需照明和觀測瞄準，無人工觀測誤差。一次作業(yè)能夠獲得隧道斷面、收斂（錯臺）變形、影像調繪、接觸網幾何參數、綜合限界、漫游視頻等豐富成果數據。
2、高效率
作業(yè)班組2-3人，外業(yè)采集速度約10km每個窗口期（4小時），數據處理和提交報告1個工作日，如需人工驗證和調繪，2-6km每天。測量精度±2mm，能夠滿足定期監(jiān)測、病害普查需求。
3、全過程
建設期，可用于限界檢測、竣工驗收；運營期，可用于定期監(jiān)測、保護區(qū)監(jiān)測、病害普查；改建加固，可用于數字化勘測、病害普查、鋼管片預制。