轨道交通在城市化进程和经济发展中发挥着越来越重要的作用,地铁隧道建设也得到了极大的重视,伴随而来的是对隧道相对变形监测的迫切需求。传统的地铁隧道监测是通过在隧道中布设一定数量的控制点,架设全站仪进行观测得到控制点坐标,然后人工检测病害,具有效率低下等不足。三维激光扫描技术具有数据量大、精度高、速度快等突出优势,在隧道沉降和相对变形检测中具有越来越重要的地位。相比于静站式扫描法,移动式三维激光扫描技术更加适合隧道这种狭窄的长条状环境,而它们两者的点云测量原理、工作方式以及存在较大差异。现阶段三维激光扫描技术着重于断面的收敛性分析,通过比较不同时间断面的形状来确定相对变形,未见对于沿里程的隧道和轨道相对变形的研究。本文参考轨道不平顺的检测方法,从断面点云中识别和提取出感兴趣的特征点,结合小波分解、小波能量谱方法提出一种地铁隧道线形相对变形的检测与定位方法,可以确定特定频率下的相对变形的波长、位置与幅值信息。本文介绍了国内外对于隧道变形、三维激光扫描技术的研究运用现状,以及轨道不平顺这类相对变形的检测手段。介绍了三维激光扫描技术在地铁隧道施工中的运用,获取点云的原理,扫描仪器的特性以及线扫小车的组成。阐明了移动式扫描技术在隧道扫描中的技术优势,以及它相对于静站式扫描在计算点云坐标和标靶校正方面的区别。对点云进行断面截取,从断面点云中识别和提取出感兴趣的一系列特征点,组成特征曲线,从而呈现隧道特定部位沿里程的分布情况。为了检测出其中的相对变形,提出线状结构局部相对变形波动指标,寻找恰当的小波基函数与分解层数对特征曲线进行小波分解,再对所得的细节信号和近似信号作快速傅里叶变换,分析所有信号的频谱图以确定相对变形的波长。平滑伪维纳尔-威尔分布(SPWVD)可以看做是信号能量在时频域的分布,从计算对特征频率具有最大时间分辨率的细节信号的SPWVD,从中提取出特征频率所对应的里程分布曲线,根据拉依达准则设置检测阈值,从而确定相对变形的位置。从近似信号的相应位置处找出对应波形,确定相对变形的幅值。使用模拟数据验证算法的有效性与准确度,最后,使用武汉市某地铁隧道实测点云进行算法的处理,结果显示该算法对隧道相对变形的检测具有一定的作用,可以作为变形检测的新方法以供参考。