隧道工程是交通基础设施建设的控制性工程,从设计、施工到运营维护,地质结构对于隧道全寿命周期的安全性具有关键性作用。特别是在隧道工程施工阶段,为了确保施工的合理以及施工人员的安全,需要同步采集隧道开挖面的岩体信息,分析判断地质状况,及时调整施工措施。因此,利用信息技术及专业知识,实现施工过程中隧道地质结构的超前预报已成为隧道施工的热点技术。本论文主要研究基于三维激光扫描点云的隧道开挖面可视化识别技术,为隧道开挖面岩体分析与识别提供技术支持。受隧道施工空间及安全性要求的限制,隧道开挖面岩体信息采集采用三维激光扫描非接触测量技术,不仅可以通过远距离(最远距离6000米)扫描获取隧道的岩体结构面点云数据,而且克服了隧道开挖面非连续性和各向异性的引起的精度(10m内测量精度可达到±2毫米)问题。本论文主要研究解决了如下关键技术问题:1.使用各向同性缩放方法对三维激光扫描点云数据进行归一化预处理,以及点云数据表面重建后三角网格模型的凸包优化方法研究。对海量的点云数据进行各向同性缩放的归一化变换,使其形心在原点且各顶点到形心的平均距离为1。使用Delaunay三角剖分重建得到三角网格模型,并对其凸包进行优化,去除尖锐细长三角,保证三角网格模型尽量均匀平滑。2.基于结构面近似平面,具有一定规模大小的特点,使用扫描中心点到三角面片的距离进行结构面识别。扫描找出距离值接近的三角面,将互相连通的三角面片归为一个结构面。最后将规模较小的结构面剔除,并将结构面中的局部镂空加进其邻居所在结构面中,对其进行填补。3.结合多种程序开发技术,C++,Qt,OSG,CGAL可视化实现结构面识别。在Visual Studio 2013平台上以Qt 5.8.0为程序开发环境,使用OSG绘图实现点云、三角网格模型和结构面的三维可视化,以及对它们的缩放和旋转等操作,将结构面识别算法实现。研究结果表明,使用本论文的方法识别出的结构面,在允许的误差范围内,满足精度要求,达到预期效果。