近些年精度高、检测快的三维激光扫描设备逐步开始应用在运营隧道的检测工作中,目前,隧道激光扫描数据多应用于检测断面收敛变形,断面通常基于模型或者拟合中轴线的方法进行切片获取,其精度依赖于隧道中轴线的提取效果;较少部分涉及渗漏水病害检测,其方法多将点云反射强度数据转化成图像数据,再利用图像处理技术识别出渗漏水信息,但该类图像质量不仅与色彩转换函数的选择有关,还与激光反射强度值与实际值的偏差有关,未经修正的强度数据转化成图像会令偏差进一步增大,因此本文将在激光反射强度修正算法及隧道中轴线提取方法做重点分析,并将获取的结论应用于隧道渗漏水识别及断面收敛变形测量中。本文主要开展的工作有:(1)基于反射强度实验数据对激光扫描数据反射强度分布规律进行研究,结合多因素方差分析的方法初步确定对强度值影响显著的因素(扫描距离),进一步通过单因素分析确定该因素与强度之间的变化关系,提出泰勒多项式强度修正模型,通过实例点云及隧道点云验证了其模型的修正效果;将强度修正后的点云生成隧道内表面灰度图像,分别对约100m及1000m的隧道进行渗漏水病害识别准确率达到92.3%及92.8%。通过与未经强度修正及直接利用真实图像识别的结果对比,表明激光点云数据经过本模型的修正处理之后,最终能够快速准确地识别出隧道渗漏水信息。(2)利用激光点云数据,提取地铁隧道横截面并进行隧道收敛直径计算。本文提出一种新颖的隧道中心轴提取和横截面确定的方法,该方法首先基于投影切片的方式获取初始中心轴点,利用MST恢复所有轴点的拓扑关系、基于最小二乘的多项式平滑算法进行滤波去噪、分割中心轴线性段和非线性段特征,结合中心轴上各点的方向矢量及局部圆柱拟合模型,确定隧道断面轮廓点并计算出所获截面的直径。将其与人工测量和反射片定点测量的直径结果对比,通过验证定点测量误差为毫米级,基于本文方法获取隧道截面直径误差呈偏正态分布,μ=-14.01569mm。(3)除以上应用外,本文还拓展了的其他研究方向及思路,如基于点云数据的三维重构、基于优化中心轴与软件结合的隧道净空分析和基于修正反射强度及点云空间分布规律的隧道特征识别方法等,为进一步挖掘点云数据的研究价值及提升处理效率拓展了思路。激光点云数据可应用于隧道病害识别检测领域,基于强度修正模型可有效消除激光反射强度的距离效应,提高生成图像中的隧道特征分类精度及渗漏水识别精度;基于优化后的中轴线能够获取精度更高的隧道断面轮廓,进而进行隧道收敛变形计算;激光点云数据在净空计算、三维重构等领域也可结合本文所得结论进一步优化隧道特征物识别效果和数据处理效率;且通过实验验证了本文提到方法的准确性和可靠性。