鲍宇
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简要：移动三维激光扫描技术是一种新型的检测技术，使用这种技术可以检测地铁隧道整体的情况变化，这是其他检测手段所不具有的。本文重点分析移动三维激光扫描技术在地铁隧道检测中的应用。
关键词：移动三维激光扫描技术；地铁隧道；检测
一 移动三维激光扫描技术概述
移动三维激光扫描技术和三坐标测量技术不同，它所采用的是光学原理和计算机图像处理技术，其优点在于整个测量过程都是在无接触的情况下进行的，不仅节省了人力成本，也能避免对文物或者其他贵重物品等产生破坏，还能将测量范围扩展到人员无法到达的环境中。
三维激光扫描技术是通过光源孔发射出一束激光以扫描被测对象，记录激光反射点的坐标（激光出射角度和距离），生成点云，通过拼接技术手段快速获取被测对象的三维模型数据。三星堆挖掘过程中，考古队就应用了激光三维扫描技术对文物进行了三维扫描。此外，三维激光扫描仪可以快速旋转，以非常高的速率向各个不同方向发射激光并测距，所以可以在短时间内，获得整个三维点云。目前三维激光扫描技术可适用于珍贵文物、壁画、考古遗址等，但是也有一些问题，比如精度易受周边环境影响；针对景深较大的器物不易采集， 局部细节特征还原度不高； 纹理色彩还原及分辨率不高等，还需要完善。
二 移动三维激光扫描技术的优势
精度高。如果单纯的说最高精度的话，可以达到微米级别。脱离扫描条件谈精度都是耍流氓。换句话说，一切精度都是有前提的。3D扫描技术分接触式扫描和非接触式扫描。只不过目前谈到3D扫描，大家默认非接触式扫描。接触式3D扫描的精度很容易达到微米级，但局限性特定的空间和环境，点密度很难达到太高，扫描范围也比较小。这里说的点密度就决定了细节程度。非接触式3D扫描比较常见的都是光学扫描（包括图像建模）。以50mm-500mm扫描范围为例，常见的主流激光扫描精度在0.02-0.05mm;白光/蓝光/绿光扫描仪精度在0.01-0.03mm。在小于50mm范围内个别厂家的标称精度可以达到微米级，但仅限于单幅扫描，无拼接的情况下。还有些非主流的扫描技术，比如低相干干涉扫描技术，精度轻松达到微米级，但扫描景深只有厘米级别。关于图像建模的精度，这个要更复杂一些，取决于很多因素，建模对象的形状，大小，光线条件，基准尺，照片的数量。只能说一般图像建模都不是追求太高精度的，应用场景不同。
可直接扫描物体内部情况。透明的材质会折射，不透明的材质三维激光扫描仪不能透视。如果被扫描目标够大，可以扫描完外部后在内部扫描，然后用公共点拼接。扫描（不透明）物体内部的情况，需要使用有适当的穿透能力的电磁辐射。而这些波段的电磁辐射，对常见物体都不具备穿透能力，或者穿透力很弱。我们知道有比较好的穿透能力、适合探测物体内部情况的电磁辐射主要有两个波段：微波和X射线，前者用于比如金属内部的探测，后者用于比如人体内部的检查。那么问题来了：存在微波波段或X射线波段的激光吗？答案是：这种类型的激光器目前是国际最前沿的技术之一，名为“自由电子激光器”。
一般情况下，看物体内部结构多用CT，利用X射线，但CT有局限性，对试件大小有要求，精度越高，要求试件制备的越小，比如分辨率1μm的试件，大概直径在两三毫米；而三维激光扫描虽然只获得试件表面数据，但可以是非常大的样品，所以需要根据自己的需求来选择不同的方式。
三维激光是一种新的技术手段。可以减少对像控点的依赖，获取客观三维数据，实现立体测图；降低成本：外业从多人作业到1~2人作业，采集周期大为缩短；获取三维点云数据的同时，获取免相控的正射影像，辅助判别房屋结构类型；多平台模式，站式、背包、车载、机载等多种载体适应，适用于多个行业领域，提供更高效的作业模式；搭配全套后处理软件，可实现高效点云、影像处理及测图，多类型成果输出。
三 移动三维激光扫描技术在地铁隧道检测中的应用
隧道点云扫描。原理：采集激光扫描数据、IMU 位置数据；通过SLAM算法进行特征匹配 点云拼接；生成三维点云模型。将整个地铁隧道建构成一个三维坐标体系，一个点云就是一组X Y Z空间坐标数据。地铁隧道上的每一点都是一个坐标，一旦隧道中某一个位置出现问题，可以迅速的将出现该问题的位置用坐标标识出来，及时的进行处理。点云赋色会赋予每个扫描点一个RGB值，利用三维激光扫描对点云中点的颜色进行滤波。不论是反射强度，还是RGB色彩值，在滤除应用中都是有实际意义的。 不同材质的反射强度不同，或者说不同反射物的反射强度不同更容易理解。比如数据采集过程中有空中漂浮的灰尘，其与实际被测目标在反射强度方面大多存在差异，后续数据处理时，便可通过反射强度的差异来对灰尘进行快速滤除。利用颜色信息能够有效鉴别点云对象的属性特征。
隧道数据采集。由于激光扫描仪使用的采集数据方式是激光测距原理，因此在扫描作业中，除尽量减少扫描仪的搬动次数之外，还要选择最佳的地质标本摆放位置和高度，其原则是对被测地质标本保持最大的扫描覆盖范围。地质标本的摆放高度保持在离地面1.0～1.2 m之间，这样有利于获得最大扫描覆盖范围，也有利于保证扫描数据的完整性和扫描时间最短。放置地质标本的承载台平面，应尽量水平、无凹凸。在扫描仪到被测地质标本之间的激光发射范围内，不能有任何物体遮挡。地质标本摆放到载物台上之后，需要确定激光扫描标靶球的摆放位置，一般使用3～4个标靶球，围绕岩石标本均匀地摆放在周围，通过多站点扫描、拼接，获取完整的三维标本扫描数据。
四 结语
随着我国城市化进程的加快，一线、二线城市中地铁数量越来越多。地铁隧道是地铁运行的场所，对地铁隧道进行全天候、全方位的检测可以保持地铁隧道的安全性，保证地铁的正常运行，这也是建设一流城市的要求。
参考文献
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