激光成像技術在公路隧道檢測中的應用

[摘要]公路隧道檢測對于保證交通運輸安全具有十分重要的作用，本文基于對公路隧道檢測中應用激光成像技術的基本原理進行了較深入地探討，并分析處理檢測數據結果，對于促進激光成像技術的應用具有十分積極的意義。

[關鍵詞]激光成像技術;隧道檢測;數據采集

1.前言

激光是二十世紀以來，繼原子能、計算機、半導體之后的又一重大發明。光由物質原子中發射出來，原子獲得能量后處于不穩定狀態，被稱為激發狀態，它將以光子形式發射能量。電燈泡等普通光源發來各不相同的光子，而不團結跑向各個方向。激光是被激發的光子隊列，具有相同光學特性的光子隊列保持一致步調，因此具有很大威力。激光是由英文LASER音譯而成，是指擴大的受激輻射光。激光的英文名已充分表述了激光制造的過程，1916年美國物理學家愛因斯坦發現了激光原理，根據我國著名科學家錢學森建議，1964年將“光受激輻射”改稱激光，隨著近年來，激光技術的不斷發展，目前已得到十分廣泛的應用。

激光成像主要是利用激光束對物體進行掃描后，根據反射回來的反射光束獲得不同排布順序而形成圖像，利用圖像落差對成像進行反映。激光成像具有超視距的探測能力，可廣泛應用于衛星激光掃描成像，未來應用于遙感測繪、激光解析電離成像技術、激光掃描顯示等眾多科技領域。

2.公路隧道應用激光成像技術檢測的原理

激光成像技術應用的軟件系統包括前端信息數據采集與后臺信息數據分析兩個系統。通常情況下，采集、存儲及整合公路隧道的動態實時信息時，主要在前端信息數據采集系統中應用激光成像技術。采用圖像形式對整理好的信息迅速處理，進而生成二、三維圖像，直至形成數據結果分析報表。結合隧道數據采樣密度要求及空間分布狀況，激光掃描傳感器將激光測量光束采用光學掃描方式向被測物體表面進行精確投射，受反射作用影響，采用天線回收反射波，最后采用信號處理器處理收集的數據信號成像。全過程應根據采樣要求嚴格執行，但對測量光束發射和對反射波采用激光掃描傳感器采集過程中，有關人員可采用激發成像技術記錄反射波信號強度。由于隧道物質表面具有不同介質而使得其反射系數也各不相同，導致產生不同強度的反射波信號。采用信號處理服務器將不同信號強度的信號向灰度圖像轉化后進行計算，灰度值不同可實現檢測公路隧道的成像。

3.分析處理公路隧道的檢測數據

激光成像技術在處理分析公路隧道監測數據的過程中，主要是在后端信息數據分析系統中體現，系統主要用于分析處理采集的數據結果并生成相應報表。在斷面顯示設置中將由前端信息數據采集系統整理的數據信息向灰度轉化，直至將公路隧道內部表面生成全息展示圖。而生成報表是修正信息數據后，以二維或三維圖像的形式采用系統邏輯分析運算展示公路隧道內部病害情況，以利于有關技術人員獲得檢測報表。激光成像技術應用于公路隧道檢測中可將隧道基本輪廓圖進行實時顯示，在現場利于有關技術人員實施初步測量估算。在相關數據信息得到后，由專業人員與隧道圖像信息及專用數據處理軟件相結合對其處理。根據采集獲得的隧道表面圖像初步判斷隧道中可能存在的隱藏病害，并在數據庫中及時存入檢測得到的有關病害信息，以利于日后采取修復處理措施。還可統計分析探測得到的病害，利于有關技術人員實施后續工作。

通常情況下，在對公路隧道檢測數據進行處理時，可根據以下流程分步實施。首先，采用激光掃描測量隧道，處理采集到的有關數據信息，再將處理的圖像向信息管理系統導入，由軟件系統判讀圖像后，評價數據，最后，根據評價結果形成隧道砌襯病害的檢測報告。

4.分析具體實例的應用

在實際應用中，結合采用激光成像技術檢測正在安全應用的公路隧道的具體案例開始分析研究，初步探討激光成像技術在隧道檢測中的探測效果。探測人員應用激光成像技術分析處理前端的有關信息數據，并與斷面顯示畫面相結合初步判斷隧道表面發生病害的具體部位，再利用后端信息數據處理分析系統的邏輯運算作用，定量分析公路隧道病害。在檢測過程中，軌道小車運行勻速、平穩，確保技術人員可有效采集公路隧道信息數據。在對公路隧道襯砌表面病害進行處理的過程中，將獲得的病害掃描圖像與圖像信息管理系統相結合，標明分布在隧道內避車洞、接觸網等設施及襯砌表面發生掉塊、滲水、裂紋、腐蝕等病害的具體部位，利用統計分析法定量評價公路隧道的病害程度。由上述步驟可發現，激光成像技術應用在公路隧道檢測中不只是使最終的檢測報表及時迅速的自動獲得，還可以獲得隧道發生具體病害情況的掃描圖像，使隧道檢測明顯提高效率和準確性。

在實際檢測過程中，對比隧道數據分析結果與現場實際情況，可發現還應深入解決有關技術問題，才可確保激光成像技術得到預期效果。針對季節性滲水病害問題進行處理時，難以確保隧道無水滲出而水痕跡留在隧道壁的情況下，在圖像中可甄別出滲水病害是否存在。此外，在白天對隧道洞口位置的裂紋進行檢測時，可能由于受到光線影響而難以全部識別裂紋。除此之外，在裂紋與隧道壁具有比較接近的顏色時，對裂紋識別時激光成像技術也具有較大難度，準確度也將受到一定影響。在導入圖像管理系統放入處理后的圖像時，經壓縮后，在圖像管理軟件中某些細小裂紋圖像難以進行識別，這在一定程度上增大了探測病害的難度。所以，激光成像技術在應用與公路隧道病害檢測的過程中，判讀病害情況一定要根據導出圖片實施，以確保整個探測過程達到所需要求。

5.總結

總之，對公路隧道襯砌表面病害采用激光成像技術進行檢測，可及時有效地獲得比較準確的隧道病害狀況展開圖，利于有關技術人員將病害分布的具體位置掌握清楚。在公路隧道檢測中，激光成像技術的應用為日后隧道病害數字化管理平臺構建打下十分重要的數據基礎。有關技術人員可充分利用導出得到的圖片判讀通常難以準確判斷的各類病害，從而采取有效措施防控對到病害，進而明顯提高公路隧道質量及使用安全性。

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作者簡介

侯娜（1982—），女，漢族，山東泰安人，大學本科學歷，工程師，研究方向：路橋隧道測試測量，數據采集設備系統集成。