地质编录是隧道工程设计、施工中重要的一项工作,对保证隧道的安全具有指导意义,而传统的人工地质素描需要人员深入现场,难以快速准确的反应隧道的地质状况,急需一种现代化、智能化对隧道掌子面岩体结构分析处理的方法。近年来也出现了利用掌子面摄影测量技术、三维激光扫描技术等来详细记录掌子面上的地质信息,再进行后处理分析,这些后处理分析目前还并不十分成熟,还需要继续深入研究。本论文以三维激光扫描点云数据为基础,讨论目前常见的三维模型重建方法在隧道中应用存在的问题,提出一种基于球面的映射方法,将三维点云映射为二维点云,二维重建结果返回到三维空间,这种方法适用于隧道空间,并能保持原有三维点云间原有的拓扑关系,尽可能还原隧道的表面特征。本论文结合隧道掌子面及周边点云空间分布特征和隧道中轴线等信息,依据隧道边墙处和掌子面区域的点云密度差异,利用基于密度的聚类方法将隧道掌子面点云从包含边墙的数据集中分离。以生成的隧道掌子面三维表面模型为前提,计算了组成模型的每个三角面片的产状特征值和距离特征值(到扫描中心点),采用动态聚类算法先对产状特征值聚类用于结构面分组,后在分组基础上对距离特征值继续聚类,优化了识别的结构面并提取相关特征参数;采用寻找最小代价路径人机交互的方法来识别结构面迹线,结合重建的三维表面模型的特点,建立了适用于三维模型的代价函数,实现了结构面迹线及相关参数的提取。以干巴沟隧道掌子面点云数据为工程实例研究对象,应用本论文所提出的方法,验证方法的可靠性。结果表明本论文所采用的方法能较好分离掌子面点云、重建隧道掌子面三维模型,基本能识别出隧道掌子面上的岩体结构面和结构面迹线,并能计算提取出相关的特征参数。