最近几年来,随着我国经济的不断发展,隧道地铁的建设规模不断扩大,为了确保隧道地铁安全且平稳地运营,对隧道地铁进行形变分析就越来越重要。随着三维激光扫描仪的不断发展,应用于文物保护、城市建筑物的检测、地形测绘、隧道工程、采矿业等。像隧道、大坝等采用传统的设备不能有效采集形变信息,而三维激光扫描仪能够快速、高精度的扫描点云数据。本文采用三维激光扫描仪对隧道轮廓进行扫描,对于获取的隧道点云的数据进行形变分析研究。首先对获取的隧道点云进行点间隔抽稀和去噪,然后对处理过的数据提取中轴线,以便在截取隧道断面时,明确截取断面的方位处的姿态,以确保取断面的方向与隧道伸展方向是正交的。本文中提出将三维激光点云分别投影到XOY面和XOZ面,通过获取上下边界点得到中点,然后将中点利用RANSAC算法分别拟合直线,将这两个面拟合的直线作为中轴线。在截取隧道断面时,先将中轴线旋转至与X轴平行,采用切片式、等间隔的方法截取断面,但是由于隧道表面存在盾构环片的大量附属物等影响,进行断面的截取确定合适的厚度至关重要。本文中对于不同断面截取的厚度,基于椭圆拟合的去噪方法,通过比对不同的切片厚度的去噪效果来确定最终的切片厚度,利用得到的切片厚度将隧道点云进行断面截取。最后对隧道的断面进行整体形变分析和局部形变分析,由于隧道初始设计的断面是圆形,在外部荷载的作用下,隧道会产生不规则的形变,形变为离心率小的椭圆。在隧道整体形变分析中,将隧道断面数据分别拟合为圆形和椭圆,统计出各个断面的拟合半径、长短半轴的长度。通过与原始设计图的标准圆的半径进行对比和汇总,从而得到隧道整体形变的信息。通过整体形变分析,得到形变程度大的断面,对这个断面进行局部形变分析,先利用最小二乘法曲线拟合断面的轮廓线,与标准圆形进行对比,得到断面的扩张和收敛的区域。针对这些区域,通过计算基于基准点的偏离距离来达到局部分析的目的。