《三維激光掃描隧道斷面檢測技術(shù)規(guī)程》

ICS號

CCS號

團體標準

T/CHTSXXXXX-XXXX

三維激光掃描隧道斷面檢測技術(shù)規(guī)程

TechnicalCodeforTunnelSectionDetectionBasedon

3DLaserScanning

（征求意見稿）

xxxx-xx-xx發(fā)布xxxx-xx-xx實施

中國公路學(xué)會發(fā)布

目次

1總則.........................................................................................................................................1

2術(shù)語.........................................................................................................................................2

3基本規(guī)定................................................................................................................................4

3.1空間坐標系統(tǒng).............................................................................................................4

3.2時間系統(tǒng).....................................................................................................................4

3.3點云精度.....................................................................................................................4

3.4儀器類型.....................................................................................................................4

3.5平臺搭建.....................................................................................................................5

3.6工作環(huán)境.....................................................................................................................6

3.7工作流程.....................................................................................................................6

4檢測技術(shù)................................................................................................................................7

4.1一般規(guī)定.....................................................................................................................7

4.2技術(shù)資料收集.............................................................................................................7

4.3儀器準備.....................................................................................................................7

4.4人員準備.....................................................................................................................8

4.5現(xiàn)場勘測.....................................................................................................................8

4.6方案設(shè)計.....................................................................................................................8

5數(shù)據(jù)采集................................................................................................................................8

5.1一般規(guī)定.....................................................................................................................8

5.2采集流程.....................................................................................................................9

5.2作業(yè)準備.....................................................................................................................9

5.3控制點布測.................................................................................................................9

5.4掃描站布設(shè)...............................................................................................................10

5.5標靶球布設(shè)...............................................................................................................11

5.6點云數(shù)據(jù)采集...........................................................................................................11

6數(shù)據(jù)預(yù)處理..........................................................................................................................13

6.1一般規(guī)定...................................................................................................................13

6.2點云編輯....................................................................................................................13

6.3點云配準與拼接.......................................................................................................13

6.4坐標系轉(zhuǎn)換...............................................................................................................14

6.5降噪與抽稀...............................................................................................................14

6.6點云數(shù)據(jù)導(dǎo)出...........................................................................................................14

7成果分析與歸檔..................................................................................................................15

7.1一般規(guī)定...................................................................................................................15

7.2文件上傳...................................................................................................................15

7.3文件切割...................................................................................................................16

7.4數(shù)據(jù)計算...................................................................................................................16

7.5計算結(jié)果存儲與展示...............................................................................................19

7.6報告生成...................................................................................................................19

7.7成果歸檔...................................................................................................................20

附錄A控制標靶制作及要求................................................................................................21

附錄B現(xiàn)場掃描原始記錄表................................................................................................22

附錄C開挖斷面檢測成果表................................................................................................23

附錄D初支斷面檢測成果表................................................................................................24

附錄E二次襯砌斷面檢測成果表.........................................................................................25

附錄F實操案例.....................................................................................................................26

用詞說明..................................................................................................................................34

三維激光掃描隧道斷面檢測技術(shù)規(guī)程

1總則

1.0.1為規(guī)范三維激光掃描隧道斷面檢測的技術(shù)要求，提高隧道斷面檢測質(zhì)量，制定本

規(guī)程。

1.0.2本規(guī)程適用于三維激光掃描的隧道斷面檢測，包括礦山法開挖的施工隧道的開挖

斷面檢測、初支斷面檢測和二襯斷面檢測以及運營隧道斷面凈空檢測。

1.0.3盾構(gòu)隧道、明挖隧道的三維激光掃描斷面檢測亦可參照本規(guī)程執(zhí)行。

1.0.4斷面檢測的參數(shù)要求，除應(yīng)符合本規(guī)程的規(guī)定外，尚應(yīng)符合國家現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范、

規(guī)程及標準的規(guī)定。

1

2術(shù)語

CHZ3017-2015界定的以及下列術(shù)語與和定義適應(yīng)于本標準。

2.0.1三維激光掃描技術(shù)3Dlaserscanningtechnology

一種采用高頻率的激光非接觸的捕捉物體表面三維坐標、反射光強度等多種信息的主動

測量技術(shù)。

2.0.2點云pointcloud

以離散、不規(guī)則方式分布在三維空間中的點的集合。

2.0.3三維激光點云3Dlaserpointcloud

通過三維激光掃描技術(shù)掃描獲得的點云。

2.0.4點云配準pointcloudregistration

將不在同一坐標系下的點云數(shù)據(jù)變換至同一坐標系下的過程。

2.0.5特征點featurepoints

在點云中便于識別選取的結(jié)構(gòu)角點、線狀結(jié)構(gòu)交叉點等。

2.0.6平曲線flatcurve

指隧道在平面線形中路線轉(zhuǎn)向處曲線的總稱，連接兩直線間的線，包括圓曲線和緩和曲

線。

2.0.7豎曲線verticalcurve

指隧道在線路縱斷面上，以變坡點為交點，連接兩相鄰坡段的曲線，其包括凸形和凹形

兩種。

2.0.8隧道設(shè)計內(nèi)輪廓線tunneldesigninnercontourline

指設(shè)計確定的隧道凈空斷面和隧道支護或襯砌尺寸線。

2

2.0.9隧道實際內(nèi)輪廓線tunnelactualinnercontourline

指隧道支護或襯砌完成后的內(nèi)空截面的周邊線。

2.0.10隧道斷面設(shè)計坐標系tunnelsectiondesigncoordinatesystem

以設(shè)計隧道斷面圖中拱部所在圓弧段的圓心為原點，水平方向為x軸，豎直方向為y

軸的平面直角坐標系。

2.0.11隧道斷面軸心偏差A(yù)xialdeviationoftunnelsection

實際隧道斷面軸心與設(shè)計軸心在隧道斷面設(shè)計坐標系中各坐標分量上的差值。

3

3基本規(guī)定

3.1空間坐標系統(tǒng)

3.1.1施工隧道三維激光掃描斷面檢測工作應(yīng)采用隧道施工控制坐標系，采用自定義坐

標系時應(yīng)與隧道施工控制坐標系建立聯(lián)系。

條文說明

隧道施工一般采用大地坐標系作為隧道施工控制坐標系，以便于隧道斷面點云數(shù)據(jù)的提

取和減少計算誤差的傳遞。

3.1.2運營隧道三維激光掃描斷面檢測工作宜采用隧道施工控制坐標系，條件不允許時

可采用獨立坐標系。

3.1.3三維激光掃描隧道斷面檢測參數(shù)計算宜采用隧道斷面設(shè)計坐標系。

條文說明

隧道斷面檢測需依據(jù)設(shè)計斷面輪廓進行參數(shù)計算，實際工作一般使用隧道斷面內(nèi)輪廓設(shè)

計圖中各圓的半徑、圓心位置、圓心角、拱部所在圓圓心與測設(shè)線之間的垂直距離、拱部所

在圓圓心與地面標高之間的垂直距離要素將設(shè)計斷面輪廓運用到隧道斷面設(shè)計坐標系下。

3.2時間系統(tǒng)

三維激光掃描隧道斷面檢測工作的日期應(yīng)采用公元紀年，時間應(yīng)采用北京時間。

3.3點云精度

3.3.1點云特征點間距中誤差≤5mm；

3.3.2點云最大點間距≤5mm。

3.4儀器類型

3.4.1三維激光掃描隧道斷面檢測工作宜采用地面三維激光掃描儀進行隧道斷面數(shù)據(jù)的

采集，地面三維激光掃描儀技術(shù)要求宜符合表3.4.1要求：

表3.4.1三維激光掃描儀主要技術(shù)要求

有效點云范圍≥50m

掃描速率（萬點/秒）≥1

4

視場范圍垂直：0~300°、水平：0~360°

角度分辨率≥20″

距離分辨率1mm

激光等級1級

內(nèi)存≥16G

工作時長>3小時（內(nèi)部電池供電）

溫度范圍-10~45℃（工作），-20~50℃（存儲）

保護級別IP53

3.5平臺搭建

3.5.1三維激光掃描隧道斷面檢測點云文件及相關(guān)信息宜上傳至軟件或網(wǎng)絡(luò)平臺系統(tǒng)進

行數(shù)據(jù)處理，完成斷面檢測工作。

3.5.2三維激光掃描隧道斷面檢測系統(tǒng)軟件性能宜符合表3.5.2要求：

表3.5.2平臺搭建軟件性能

兼容性適配多個操作系統(tǒng)

1支持用戶角色管理；

2支持多種類型文件上傳；

3支持上傳文件的新增、搜索、修改與刪除；

基礎(chǔ)功能4支持上傳數(shù)據(jù)的調(diào)用與展示；

5支持超大點云文件頁面渲染；

6支持點云文件自動處理，并生成檢測報告；

7支持歷史文件回滾；

包括但不限于文件上傳、文件切割、數(shù)據(jù)計算、結(jié)

系統(tǒng)功能果儲存、計算結(jié)果展示、報告生成、報警判斷等功能;

注：可根據(jù)實際需求選配基礎(chǔ)功能和系統(tǒng)功能。

3.5.3三維激光掃描隧道斷面檢測系統(tǒng)硬件指標宜符合表3.5.3要求：

表3.5.3平臺搭建主要硬件指標

cpu優(yōu)于i5處理器

內(nèi)存≥4G

5

顯存≥2G

帶寬≥10M

3.6工作環(huán)境

3.6.1三維激光掃描隧道斷面檢測工作環(huán)境應(yīng)滿足以下條件：

1隧道被檢測段落灰塵濃度不宜過高；

2隧道被檢測段落不宜存在露水、涌水等情況；

3隧道被檢測段落能見度不宜過低；

4隧道被檢測段落應(yīng)確保在儀器掃描視場范圍內(nèi)不被大范圍遮擋。

3.7工作流程

3.7.1三維激光掃描隧道斷面檢測工作應(yīng)包括技術(shù)準備、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預(yù)處理、成果

分析與歸檔。

6

4檢測技術(shù)

4.1一般規(guī)定

4.1.1三維激光掃描隧道斷面檢測工作前應(yīng)進行技術(shù)準備，對已有資料進行補充。

4.1.2技術(shù)準備包括技術(shù)資料收集、儀器準備、人員準備、現(xiàn)場勘測、方案設(shè)計。

4.2技術(shù)資料收集

4.2.1三維激光掃描隧道斷面檢測工作應(yīng)收集以下技術(shù)資料：

1隧道被掃描段落所在平曲線及相鄰曲線的平曲線要素值；

2隧道被掃描段落所在豎曲線及相鄰豎曲線的豎曲線要素；

3隧道斷面內(nèi)輪廓設(shè)計圖及相關(guān)設(shè)計參數(shù)；

4隧道被掃描段落圍巖情況及對應(yīng)圍巖等級下的復(fù)合襯砌設(shè)計圖，復(fù)合襯砌設(shè)計圖應(yīng)包

括初支厚度、二襯厚度及預(yù)留變形量；

5隧道施工控制測量成果表。

4.3儀器準備

4.3.1三維激光掃描儀。用于三維激光掃描隧道斷面檢測的三維激光掃描儀應(yīng)符合下列

規(guī)定：

1儀器應(yīng)在檢校合格有效期內(nèi)，且未受到明顯碰撞、損壞或在極端使用條件下使用；

2儀器所采用軟件應(yīng)通過測試并在技術(shù)主管部門進行備案；

3根據(jù)三維激光掃描隧道斷面檢測工作的要求，可選擇符合要求的單一類型三維激光掃

描儀，也可選擇符合要求的多種類型三維激光掃描儀混合使用，但應(yīng)考慮現(xiàn)場實際操作情況

以及數(shù)據(jù)處理軟件的兼容性。

4.3.2控制標靶?？刂茦税兄谱鲬?yīng)滿足以下要求：

1標靶尺寸大小應(yīng)根據(jù)掃描儀識別能力而定（示例參見附錄A）；

2標靶支撐裝置宜具有角度條件功能；

3標靶材質(zhì)不應(yīng)反射率過高。

7

4.3.3標靶球。標靶球制作要求應(yīng)符合《地面三維激光掃描作業(yè)技術(shù)規(guī)程》

（CHZ3017-2015）的有關(guān)規(guī)定。

4.3.4全站儀。用于為三維激光掃描隧道斷面檢測工作進行坐標轉(zhuǎn)換的全站儀精度應(yīng)滿

足相關(guān)設(shè)計或規(guī)范的要求，全站儀應(yīng)檢定合格且在檢定有效期內(nèi)。

4.4人員準備

4.4.1應(yīng)至少配備三名專業(yè)技術(shù)人員，并指定一名負責(zé)人；

4.4.2工作人員應(yīng)經(jīng)過安全、技術(shù)培訓(xùn)，培訓(xùn)合格后方能參與作業(yè)。

4.5現(xiàn)場勘測

4.5.1實地了解隧道現(xiàn)場施工情況。

4.5.2需根據(jù)測量任務(wù)、要求以及現(xiàn)場條件制定三維激光隧道斷面檢測掃描作業(yè)計劃，

主要包括掃描儀、配準標靶的選擇和掃描站的選擇等。

條文說明

三維激光掃描隧道斷面檢測掃描作業(yè)計劃應(yīng)根據(jù)隧道類型、掃描段落實際情況、掃描工

作量大小、儀器情況、控制點位置等綜合考慮后進行制定。

4.6方案設(shè)計

4.6.1方案內(nèi)容應(yīng)包括工程概況、檢測目的及依據(jù)、檢測項目和內(nèi)容、檢測指標、儀器

設(shè)備、實施方法、檢測精度、檢測頻次、檢測信息的記錄制度與處理方法等主要內(nèi)容。

4.6.2應(yīng)根據(jù)項目實際情況合理制定檢測方案，并報有關(guān)部門批準。

5數(shù)據(jù)采集

5.1一般規(guī)定

5.1.1三維激光掃描隧道斷面檢測數(shù)據(jù)采集可分為施工隧道斷面檢測數(shù)據(jù)采集與運營隧

道斷面檢測數(shù)據(jù)采集。

5.1.2施工隧道斷面檢測數(shù)據(jù)采集可分為開挖斷面檢測數(shù)據(jù)采集、初支斷面檢測數(shù)據(jù)采

集以及二襯斷面檢測數(shù)據(jù)采集。

5.1.3進行三維激光掃描隧道斷面檢測數(shù)據(jù)采集應(yīng)符合以下規(guī)定：

8

1施工隧道開挖斷面應(yīng)在隧道出渣，開挖面清理完畢后，根據(jù)本規(guī)程進行斷面檢測數(shù)據(jù)

采集；

2施工隧道初支斷面應(yīng)在初支變形趨于穩(wěn)定后，根據(jù)本規(guī)程進行斷面檢測數(shù)據(jù)采集；

3施工隧道二襯斷面應(yīng)在二襯拆模之后，根據(jù)本規(guī)程進行斷面檢測數(shù)據(jù)采集；

4運營隧道斷面檢測前應(yīng)提前與交通主管部門進行備案，并由其對被掃描隧道段落進行

交通管制后，在交通管制時間段內(nèi)根據(jù)本規(guī)程進行斷面檢測數(shù)據(jù)采集。

5.2采集流程

5.2.1三維激光掃描隧道斷面檢測數(shù)據(jù)采集流程包括作業(yè)準備、控制點布測、掃描站布

設(shè)、標靶布設(shè)、設(shè)站掃描、外業(yè)數(shù)據(jù)檢查、數(shù)據(jù)導(dǎo)出（圖5.2.1）。

圖5.2.1三維激光掃描斷面檢測數(shù)據(jù)采集流程

條文說明

只有一站的掃描作業(yè)，完成定向后可不進行標靶布設(shè)。

現(xiàn)場掃描數(shù)據(jù)檢查主要包括檢查被檢測隧道段落是否掃描完整、是否存在被遮擋以及是

否存在儀器抖動、地面不穩(wěn)而導(dǎo)致數(shù)據(jù)異常的情況。

5.2作業(yè)準備

5.2.1三維激光掃描隧道斷面檢測數(shù)據(jù)采集工作前應(yīng)滿足以下要求：

1確保三維激光掃描儀器各部件及其附件齊全且相互匹配；

2確保儀器電池容量及內(nèi)存容量能滿足作業(yè)時間需求；

3宜先進行預(yù)掃描，確保儀器可以正常獲取數(shù)據(jù)。

5.3控制點布測

5.3.1三維激光掃描斷面檢測控制點布測應(yīng)滿足以下要求：

9

1宜采用控制標靶作為控制點;

2控制點宜布設(shè)于變形已趨于穩(wěn)定的隧道段落的隧道壁上；

3控制點數(shù)量應(yīng)保持3個及其以上；

4控制點宜布設(shè)在隧道同一斷面或相鄰斷面兩側(cè)；

5控制點布設(shè)完成后應(yīng)與現(xiàn)有隧道施工控制點進行聯(lián)測；

6控制點聯(lián)測成果應(yīng)進行保存并歸檔。

條文說明

控制點聯(lián)測可通過全站儀或三維激光掃描儀自帶測量系統(tǒng)實現(xiàn)，聯(lián)測成果包括控制點坐

標、點之記以及控制點名稱。控制點名稱宜以工點名稱、所在位置樁號、日期、編號組合的

方式進行命名。

5.3.2長期需使用的控制點應(yīng)在一定時間周期內(nèi)對聯(lián)測結(jié)果進行復(fù)測，時間間隔不應(yīng)大

于一周。

5.3.3臨時控制點采用球棱鏡進行布測，且數(shù)量不應(yīng)少于三個，并確保球棱鏡中心之間

三點不共線、四點不共面。

5.4掃描站布設(shè)

5.4.1掃描站第一站應(yīng)布設(shè)于控制點附近，儀器與控制點最遠距離相對距離不宜超過

15m；

5.4.2通過標靶球進行連續(xù)配準的掃描站站數(shù)不應(yīng)大于4站；

5.4.3三維激光掃描隧道斷面檢測掃描站布設(shè)應(yīng)滿足以下要求：

1應(yīng)根據(jù)隧道斷面檢測工作量以及儀器性能合理設(shè)置掃描站站數(shù)；

2應(yīng)合理設(shè)置掃描站間距，以確保有效點云密度；

3掃描站應(yīng)設(shè)置于視野開闊、地面穩(wěn)定的安全區(qū)域。

條文說明

通過標靶球進行連續(xù)配準的掃描站數(shù)大于4站會影響點云配準精度，連續(xù)配準掃描站數(shù)

超過4站的掃描作業(yè)，掃描段落首末兩端需布測控制點以提高點云配準精度。

10

5.5標靶球布設(shè)

5.5.1三維激光掃描隧道斷面檢測掃描站布設(shè)應(yīng)滿足以下要求：

1標靶球應(yīng)布設(shè)在儀器掃描范圍之內(nèi)；

2標靶球數(shù)量至少為三個，且在兩測站之間均勻分布；

3多個標靶球中心之間三點不共線、四點不共面；

4宜使兩個或多個掃描站之間公共標靶球包圍的面積盡量大；

5標靶球應(yīng)布設(shè)于穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)上。

5.6點云數(shù)據(jù)采集

三維激光掃描隧道斷面檢測點云數(shù)據(jù)采集應(yīng)滿足以下要求：

1應(yīng)根據(jù)作業(yè)要求及隧道現(xiàn)場實際情況設(shè)定三維激光掃描儀參數(shù)（采集質(zhì)量、采集分辨

率等）以確保有效點云密度；

2應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實際情況填寫現(xiàn)場掃描原始記錄，現(xiàn)場掃描原始記錄表格式示例參見附錄

B。

3應(yīng)滿足相鄰掃描站之間有效點云重疊度不低于30%，困難段落不低于15%；

4掃描站點命名，應(yīng)符合以下規(guī)定：

1）站點命名宜包括隧道工點名稱、檢測類型（開挖/初支/二襯/運營）、掃描日期

以及編號；

2）隧道開挖斷面掃描站點命名宜在以上要求下增加檢測部位（上臺階/中臺階/下

臺階）；

3）隧道拱頂名稱、掃描段落被檢測類型以及檢測部位宜選用拼音首字母；

4）同洞口當(dāng)天兩次或者多次同檢測類型的站點命名編號依次遞增。

5儀器掃描過程中如出現(xiàn)卡頓、死機、斷電、抖動等特殊情況，應(yīng)初始化儀器，重新設(shè)

置參數(shù)后進行掃描；

6相鄰掃描站之間標靶球位置發(fā)生改變，應(yīng)重新進行掃描作業(yè)；

7掃描工作完成后應(yīng)即時檢查點云數(shù)據(jù)的完整性，布設(shè)有標靶的站點應(yīng)同時檢查標靶點

云數(shù)據(jù)的完整性及有效性，對于缺失或異常數(shù)據(jù)應(yīng)及時補測；

11

8掃描工作完成后宜即時將數(shù)據(jù)導(dǎo)出后處理。

12

6數(shù)據(jù)預(yù)處理

6.1一般規(guī)定

6.1.1三維激光掃描隧道斷面檢測點云數(shù)據(jù)預(yù)處理流程包括點云編輯、點云配準與拼接、

坐標系轉(zhuǎn)換、點云數(shù)據(jù)降噪與抽稀、點云數(shù)據(jù)導(dǎo)出（圖6.1.1）。

圖6.1.1三維激光掃描斷面檢測數(shù)據(jù)預(yù)處理流程

6.1.2應(yīng)根據(jù)掃描點云數(shù)據(jù)的實際情況進行預(yù)處理。

6.2點云編輯

隧道內(nèi)輪廓內(nèi)的結(jié)構(gòu)點云數(shù)據(jù)的宜通過人機交互或有效算法進行點云編輯去除，保留有

效點云數(shù)據(jù)，粗略剔除多余點云數(shù)據(jù)。

條文說明

采用算法對隧道內(nèi)輪廓內(nèi)的結(jié)構(gòu)進行剔除，應(yīng)確保所用算法結(jié)構(gòu)識別精度，避免有效點

云被剔除。

6.3點云配準與拼接

6.3.1三維激光掃描隧道斷面檢測點云數(shù)據(jù)配準與拼接應(yīng)滿足以下要求：

1點云數(shù)據(jù)應(yīng)通過不少于3個同名點建立轉(zhuǎn)換矩陣進行點云配準與拼接；

2配準后最大拼接誤差不應(yīng)超過要求檢測精度的1/3;

3點云數(shù)據(jù)連續(xù)配準次數(shù)不應(yīng)超過4次。

條文說明

選用標靶球進行點云配準時，中心坐標可通過球心擬合進行計算獲得。

13

6.4坐標系轉(zhuǎn)換

6.4.1拼接完成后三維激光掃描隧道點云數(shù)據(jù)坐標系轉(zhuǎn)換應(yīng)符合以下規(guī)定：

1應(yīng)采用均勻分布的控制點作為同名點；

2應(yīng)通過7參數(shù)模型進行坐標系轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時宜固定比例因子；

3轉(zhuǎn)換殘差應(yīng)小于要求檢測精度的1/3；

4坐標系轉(zhuǎn)換結(jié)果宜為隧道施工的施工控制坐標系。

條文說明

選用控制標靶作為控制點時，點云數(shù)據(jù)中控制標靶中心的識別可通過角點識別算法進行

實現(xiàn)。

6.5降噪與抽稀

6.5.1降噪與抽稀應(yīng)符合以下規(guī)定：

1點云數(shù)據(jù)中出現(xiàn)噪點時，應(yīng)通過濾波或人機交互進行降噪處理；

2應(yīng)綜合考慮硬件設(shè)備、軟件性能及檢測要求，合理設(shè)置抽稀參數(shù)；

3點云數(shù)據(jù)抽稀不應(yīng)影響隧道斷面的提取以及標靶的識別。

條文說明

點云數(shù)據(jù)十分巨大，如果不濾除冗余點云，對其處理將變得十分復(fù)雜，點云數(shù)據(jù)抽稀算

法大致可以分為3類：范圍抽稀、反射率抽稀、角度抽稀。

6.6點云數(shù)據(jù)導(dǎo)出

6.6.1點云數(shù)據(jù)導(dǎo)出應(yīng)滿足以下規(guī)定：

1導(dǎo)出數(shù)據(jù)文件名宜以隧道段落樁號區(qū)間及檢測類型（開挖、初支、二襯、運營）組合

的首字母進行命名；

2開挖斷面導(dǎo)出點云文件名宜以隧道段落樁號區(qū)間、檢測類型、檢測部位（上臺階/中

臺階/下臺階）組合的首字母進行命名；

3點云數(shù)據(jù)導(dǎo)出格式宜為.asc/.xyz/.las。

14

7成果分析與歸檔

7.1一般規(guī)定

7.1.1數(shù)據(jù)處理流程

三維激光掃描隧道斷面檢測數(shù)據(jù)處理流程包括文件上傳、文件切割、數(shù)據(jù)計算、結(jié)果儲

存、計算結(jié)果展示、報告生成（圖7.1.1）。

圖7.1.1數(shù)據(jù)處理流程

條文說明

三維激光掃描隧道掃描數(shù)據(jù)除運用于隧道斷面檢測外還可實現(xiàn)其他功能，包括但不限于

施工隧道的變形監(jiān)測、施工進度管理，運營隧道的安全病害檢測、應(yīng)急響應(yīng)等。

7.1.2成果歸檔要求

三維激光掃描隧道斷面檢測成果歸檔要求應(yīng)符合《地面三維激光掃描作業(yè)技術(shù)規(guī)程》

CHZ3017-2015第9.3.1節(jié)要求。

7.2文件上傳

7.2.1三維激光掃描隧道斷面檢測上傳文件應(yīng)包括以下內(nèi)容：

1隧道斷面檢測項目基本信息；

2點云文件信息及對應(yīng)的點云文件；

3數(shù)據(jù)處理算法文件；

4算法所涉及資料文件（平曲線要素、豎曲線要素、斷面設(shè)計要素等）。

條文說明

項目基本信息包括項目信息、標段信息、隧道/工點信息、機構(gòu)信息等。

點云文件信息包括隧道工點名稱、文件屬性（開挖斷面/初支斷面/二襯斷面/運營隧道斷

面）、襯砌類型、圍巖級別、預(yù)留變形量、外放量、掃描設(shè)備、上傳設(shè)備、斷面間隔、開挖

15

線/縱向施工縫高度、起始里程、結(jié)束里程、掌子面里程以及工序節(jié)點。

算法包括點云切割算法、斷面提取算法、表面去噪算法、超欠挖數(shù)值計算法、超欠挖面

積計算算法、平均超挖計算算法、軸心偏差計算算法。

7.3文件切割

隧道斷面點云數(shù)據(jù)文件切割應(yīng)根據(jù)任務(wù)量要求進行點云數(shù)據(jù)切割。

條文說明

隧道斷面檢測任務(wù)量要求指隧道斷面檢測段落的樁號起止要求，點云數(shù)據(jù)切割結(jié)果為起

止樁號間的點云數(shù)據(jù)。

7.4數(shù)據(jù)計算

7.4.1斷面提取

隧道斷面點云數(shù)據(jù)的提取應(yīng)滿足以下要求：

1應(yīng)根據(jù)隧道的設(shè)計資料進行隧道斷面點云數(shù)據(jù)的提取;

2隧道斷面點云數(shù)據(jù)宜根據(jù)樁號進行劃分；

3隧道斷面的點云數(shù)據(jù)的提取厚度不宜大于2cm；

4隧道斷面提取間距間距應(yīng)以檢測要求為前提，綜合考慮點云密度、計算效率等因素，

合理設(shè)置提取間距。

條文說明

由斷面的定義可知，隧道中軸線上某點處的斷面與該點處的切線垂直，也即該點處的切

線向量就是該斷面的法向量，由此在施工控制坐標系下的點云數(shù)據(jù)，可以根據(jù)隧道線路的設(shè)

計資料來提取斷面。

隧道控制點丟失的運營隧道可通過二次投影法將隧道點云數(shù)據(jù)分別向水平方向和豎直

方向進行投影，然后使用RANSAC方法或中值法獲取投影后的擬合數(shù)據(jù)，再分別對其進行

多項式擬合，得到兩個方程，確定隧道軸線的三維姿態(tài)信息，從而求得隧道某點處的坐標和

切線向量，繼而提取出某點所在斷面。

不管掃描儀的分辨率多高，測量的點與點之間總會有一定的間隔，所以在實際提取斷面

時，該斷面并不是嚴格的平面，而是有一定厚度的平面。

16

7.4.2表面去噪

宜綜合使用鄰域統(tǒng)計法、距離閾值法、梯度去除法等對隧道斷面點云數(shù)據(jù)進行表面去噪。

條文說明

不論施工隧道還是運營隧道，隧道壁上都有很多附屬雜物，如大型設(shè)備、管線、鋼筋網(wǎng)

片、護欄、風(fēng)機等。這些附著物會影響斷面檢測結(jié)果，在進行計算前應(yīng)予以去除。

7.4.3檢測參數(shù)計算

7.4.3.1三維激光掃描斷面檢測宜將隧道設(shè)計內(nèi)輪廓斷面與實測內(nèi)輪廓斷面在隧道斷面

設(shè)計坐標系下進行比較分析，計算隧道斷面檢測的各個參數(shù)。

條文說明

同一樁號下，隧道斷面設(shè)計坐標系中隧道設(shè)計內(nèi)輪廓斷面可根據(jù)隧道斷面設(shè)計資料計算

得到，隧道實測內(nèi)輪廓斷面宜通過該樁號的提取斷面點云數(shù)據(jù)對隧道斷面設(shè)計平面進行投影

得到。

7.4.3.2隧道斷面檢測參數(shù)包括設(shè)計面積、實測面積、超/欠挖數(shù)值、超/欠挖面積、初支

/二襯厚度、平均超挖和軸心偏差，各參數(shù)檢測結(jié)果宜根據(jù)《公路工程質(zhì)量檢驗評定標準第

一冊土建工程》(JTGF80/1-2017)表10.2.2和表10.6.2進行處理。

條文說明

隧道斷面檢測具體到檢測類型分為開挖斷面檢測、初支斷面檢測、初支斷面厚度檢測、

二襯斷面檢測、二襯斷面厚度檢測、運營隧道檢測。

開挖斷面檢測參數(shù)包括設(shè)計面積、實測面積、超欠挖數(shù)值、超/欠挖數(shù)值、超/欠挖面積、

欠挖部位以及平均超挖。

初支斷面檢測參數(shù)包括設(shè)計面積、實測面積、超挖數(shù)值、侵限數(shù)值、最大超挖數(shù)值、侵

限面積、侵限部位以及軸心偏差。

初支斷面厚度檢測參數(shù)包括設(shè)計厚度、實測厚度、實測最大/小厚度。

二襯斷面檢測參數(shù)包括設(shè)計面積、實測面積、外放數(shù)值、最大外放量、最大侵限、侵限

面積、侵限部位以及軸心偏差。

二襯斷面厚度檢測參數(shù)包括設(shè)計厚度、實測厚度、實測最大/小厚度。

運營隧道斷面檢測參數(shù)宜根據(jù)檢測要求計算。

7.4.3.3報警判斷

17

三維激光掃描隧道斷面檢測宜根據(jù)《公路工程質(zhì)量檢驗評定標準第一冊土建工程》

(JTGF80/1-2017)表10.2.2和表10.6.2內(nèi)容及業(yè)主要求綜合設(shè)定各檢測參數(shù)的分梯度報警閾

值。

7.4.3.4超欠挖數(shù)值計算

三維激光掃描隧道斷面超欠挖數(shù)值應(yīng)按如下公式進行計算：

22

Di(xixk)(yiyk)Rk(1)

式中，Di為第i點云數(shù)據(jù)的超欠挖量；xk為第i點云數(shù)據(jù)所在第k個圓弧段的圓心橫坐

標；yk為第i點云數(shù)據(jù)所在第k個圓弧段的圓心縱坐標；xi為第i點云數(shù)據(jù)的橫坐標；yi為

第i點云數(shù)據(jù)的縱坐標，Rk為第i點云數(shù)據(jù)所在第k個圓弧段的半徑。

條文說明

根據(jù)不同圍巖等級襯砌類型下的設(shè)計斷面輪廓面，計算各圓弧段對應(yīng)的圓心坐標、半徑

及起始坐標方位角，計算平面坐標系中點云數(shù)據(jù)的坐標方位角(取值范圍為[-π,π])，并獲得第

i點云數(shù)據(jù)所在的第k個圓弧段，即通過式(1)計算出第i點云數(shù)據(jù)的超欠挖量。

隧道斷面超欠挖值的計算應(yīng)考慮二襯外放量和預(yù)留變形量。

7.4.3.5面積計算

三維激光掃描斷面檢測面積計算應(yīng)滿足以下要求：

1隧道斷面面積的計算宜通過坐標軸、角度積分進行計算求得；

2超挖面積、欠挖/面積應(yīng)分別計算；

7.4.3.6平均超挖計算

三維激光掃描隧道斷面平均超挖分為拱部平均超挖以及邊墻平均超挖，并按如下公式進

行計算：

(2)

???

?=?/?(3)

??

—?=???

式中，d為拱部/邊墻平均超挖量，Sci為拱部/邊墻超挖面積，Ci為設(shè)計拱部/邊墻周長，

為拱部/邊墻部分對應(yīng)的圓心角。

7.4.3.7軸心偏差

18

在隧道設(shè)計坐標系下，軸心偏差宜通過最小二乘法擬合隧道實測輪廓圓心求得。

條文說明

隧道斷面設(shè)計坐標系下，設(shè)計軸心坐標即為原點坐標（0，0），隧道實測輪廓面點云擬

合的圓心坐標即為該斷面下軸心的實際偏差值。

7.5計算結(jié)果存儲與展示

7.5.1計算結(jié)果存儲宜滿足以下規(guī)定：

1不同項目的計算結(jié)果應(yīng)儲存至不同的位置；

2同一項目的不同檢測斷面類型（開挖斷面、初支斷面、二襯斷面以及運營隧道斷面）

計算結(jié)果應(yīng)進行分類單獨儲存。

條文說明

隧道斷面檢測結(jié)果進行儲存，防止數(shù)據(jù)丟失，提高平臺數(shù)據(jù)處理效率。

7.5.2平臺計算結(jié)果展示宜滿足以下規(guī)定：

1應(yīng)進行項目匯總；

2應(yīng)展示掃描段落整體點云數(shù)據(jù)；

3應(yīng)展示隧道斷面點云數(shù)據(jù)；

4應(yīng)展示斷面掃描分析匯總表。

條文說明

項目匯總指匯總網(wǎng)絡(luò)平臺的所有項目，標段，隧道工點和在測斷面數(shù)等數(shù)據(jù)。斷面掃描

分析匯總指該斷面各參數(shù)檢測結(jié)果匯總。

7.6報告生成

7.6.1三維激光掃描隧道斷面檢測報告生成應(yīng)滿足以下規(guī)定：

1檢測報告宜包括項目概況、檢測依據(jù)、儀器設(shè)備與實施方法、檢測結(jié)果與建議以及附

件（檢測成果表、現(xiàn)場掃描作業(yè)照片等）；

2檢測報告應(yīng)具有獨立報告編號；

19

條文說明

開挖斷面掃描檢測成果表示例參見附錄C,初支斷面掃描檢測成果表示例參見附錄D,二

襯斷面掃描檢測成果表示例參見附錄E。

7.7成果歸檔

7.7.1三維激光掃描隧道斷面檢測成果歸檔內(nèi)容應(yīng)包括：

1成果清單；

2檢測方案；

3斷面檢測參數(shù)計算資料；

4控制點成果（控制點坐標、點之記以及控制點名稱）；

5現(xiàn)場掃描原始記錄表；

6現(xiàn)場掃描原始文件；

7隧道點云導(dǎo)出文件；

8檢測報告。

20

附錄A控制標靶制作及要求

規(guī)格（單位：mm）說明

尺

寸

（尺寸根據(jù)掃描儀識別能力而定）

帶有

固定

設(shè)裝

計置，

圖角度

可調(diào)

節(jié)

21

附錄B現(xiàn)場掃描原始記錄表

表B現(xiàn)場掃描原始記錄表

工點名稱測量時間

里程范圍測量單位

圍巖等級/襯砌類型施工單位

工序階段監(jiān)理單位

隧道現(xiàn)場掃描平面布置示意圖

注：

檢測內(nèi)容掃描設(shè)置

里程狀態(tài)

備注：

觀測：復(fù)核：審核：

22

附錄C開挖斷面檢測成果表

表C現(xiàn)場掃描原始記錄表

工點名稱掃描時間

斷面里程測量單位

圍巖等級/襯

施工單位

砌類型

工序階段監(jiān)理單位

檢測成果圖

圖例：

設(shè)計面積

開挖斷面預(yù)警指標規(guī)范允許值實測值是否超限

（m2）

實測面積

最大超挖（cm）

（m2）

超挖面積拱部平均線性超挖

（m2）（cm）

侵限面積邊墻平均線性超挖

（m2）（cm）

預(yù)留變形量

最大欠挖（cm）

（m）

備注：共欠挖處，中心坐標分別為：

觀測:復(fù)核:

審核:

23

附錄D初支斷面檢測成果表

表D現(xiàn)場掃描原始記錄表

工點名稱掃描時間

斷面里程測量單位

圍巖等級/襯砌類型施工單位

工序階段監(jiān)理單位

檢測成果圖

圖例：

設(shè)計面積

預(yù)留變形量（m）

（m2）

軸線偏差

實測面積

最大超挖（cm）

（m2）

超挖面積

最大侵限（cm）

（m2）

預(yù)警等級

侵限面積

侵限處數(shù)

（m2）

備侵限位置中心坐標為:

注：

觀測:復(fù)核:

審核:

24

附錄E二次襯砌斷面檢測成果表

表E現(xiàn)場掃描原始記錄表

工點名稱檢測時間

斷面里程測量單位

圍巖等級/襯砌類

施工單位

型

工序階段監(jiān)理單位

檢測成果圖

圖例：

設(shè)計面

預(yù)留外放量（m）

積（m2）

軸線偏差

實測面

實測最大外放量（cm）

積（m2）

超挖面

最大侵限（cm）

積（m2）

預(yù)警等級

侵限面

侵限處數(shù)

積（m2）

備侵限位置坐標為:

注：

觀測:復(fù)核:

審核:

25

附錄F實操案例

1項目背景

廣東省某隧道設(shè)計為單洞雙線隧道，行車速度350km/h，全長9781m，處于8度地震區(qū)。

隧道采用礦山法+盾構(gòu)法+明挖法施工，設(shè)進口、1#斜井和2#斜井3個礦山法工區(qū)，出口盾

構(gòu)和明挖段1個工區(qū)。隧址區(qū)以剝蝕丘陵為主，地形起伏，局部陡峭，溝谷狹長，多呈“V”

字型，最大埋深約180m，共穿越13條斷層破碎帶，其中有6條活動斷裂帶。

2技術(shù)準備

2.1技術(shù)資料收集

收集該隧道的平曲線要素表、豎曲線要素表、斷面設(shè)計要素及施工控制測量成果表，具

體如下：

圖F2.1-1某隧道平曲線要素表示意圖

圖F2.1-2某隧道豎曲線要素表示意圖

26

圖F2.1-3某隧道豎曲線要素表示意圖

圖F2.1-4某隧道施工控制測量成果圖

2.2儀器準備

2.2.1三維激光掃描儀

三維激光掃描儀采用測量型三維激光掃描儀Z+FIMAGER5010X，如圖F2.2-1所示，

具體參數(shù)如表F2.2-1所示。內(nèi)置陀螺儀、慣導(dǎo)、電力羅盤、GPS傳感器等能記錄站點位置，

并測站過程中進行數(shù)據(jù)拼接（點云配準），掃描現(xiàn)場可自動檢索實時的掃描數(shù)據(jù)，配合使用

便攜式平板電腦實時回傳并接收數(shù)據(jù)。該三維激光掃描儀還擁有盲區(qū)分析，邊掃描邊拼接數(shù)

據(jù)等功能和自動標定標識、檢查數(shù)據(jù)質(zhì)量、檢查標識質(zhì)量、查找補測盲區(qū)等全新的工作流程。

圖F2.2-1測量型三維激光掃描儀

27

表F2.2-1技術(shù)參數(shù)

測程0.3-187.3米

激光發(fā)散度<0.3毫弧度

光束直徑約3.5毫米（距離0.1米時）

數(shù)據(jù)獲取速率≤101.6萬點/秒

線性誤差≤1毫米

視場范圍垂直：0~340°，水平：0~360°

角度分辨率垂直：0.0004°，水平：0.0002°

距離分辨率0.1毫米

分辨率0.001度

雙軸補償器測量范圍±0.5度

精度<0.007度

激光安全等級1級

工作時長>3小時（內(nèi)部電池供電）

質(zhì)量與尺寸286×170×395mm，9.5kg

溫度范圍-10~45℃（工作），-20~50℃（存儲）

保護級別IP53

2.2.2控制標靶

控制標靶使用平面標靶，材質(zhì)為不銹鋼，標靶面采用蝕刻工藝，標靶面大小為

10cm*10cm，實物圖如下：

圖F2.2-2控制標靶

2.2.3球棱鏡

選用球棱鏡做為臨時控制點，球棱鏡半徑為5cm，棱鏡常數(shù)為-34.4mm，實物圖如下：

圖F2.2-3球棱鏡

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2.2.4全站儀

采用徠卡高精度全站儀TS6