伴随着我国城市化进程的加快、经济增长方式注重质的提升的转型，我国基础建设中的轨道交通如雨后春笋般涌现。随着地上空间利用趋于饱和，我国逐渐转向地下空间开发与利用，其中隧道工程与日俱增。然而因地铁工程多为地下水位以下，在众多病害中，渗漏水病害在运营隧道中发生较频繁。运营地铁隧道内发生渗漏水不但会造成隧道结构出现开裂、内部结构装修腐蚀，导致隧道内附属设备使用寿命变短、列车运行效率与安全性降低等，使得运营地铁维护困难，严重的会造成人员伤亡及财产损失。因此，研发一套具有监测和评估功能的轨道交通地下结构安全监测系统 ^[1]具有重要的实用价值与意义。

　　 近年来，随着三维激光扫描技术的发展，三维激光扫描技术具有扫描速度快、非接触式工作、数据信息丰富、主动性工作、高精度、高分辨率、高密度、可测量、数字化采集等诸多优点，利用三维激光扫描技术进行隧道变形监测 ^[2]成为研究热点，三维激光扫描能在短时间内获取海量点云数据，缩短监测周期，且观测时受外界环境影响较小，已有较多文献将三维激光扫描技术应用于隧道监测领域。王晶等 ^[3]利用三维激光扫描技术对普朗铜矿地表沉降的动态变化情况进行实时监测，得出重点监测区域的平均沉降速度;李善驰 ^[4]通过三维激光扫描对隧道结构变形进行实时监测，具有较高的测量精度和数据采集效率，满足长期地铁变形监测要求;张亚等 ^[5]运用三维激光扫描仪进行边坡数据采集，对数据进行拼接、滤波、建模，结果表明三维激光扫描从点和面都能反映边坡的变形趋势;桂芳茹 ^[6]利用三维激光扫描技术进行地铁盾构隧道的变形监测，实现地铁盾构隧道变形的可视化，获得的变形监测数据接近实际变形监测数据;李宗平等 ^[7]采用点云及模型套接技术，快速实现对隧道三维变形、支护侵限、二次衬砌厚度的评估，大大提升隧道数据采集与分析效率;尹恒等 ^[8]通过点云数据预处理和拼接等步骤获得了华蓥山隧道的点云模型，并利用点云模型进行了路面破损测量和隧道变形监测。本文将三维激光扫描应用于隧道渗漏水监测，结合运营隧道渗漏水病害的实际情况、数据调查的可操作性等，根据大量实践和经验，同时借鉴我国铁路隧道中渗漏水病害等级划分的经验，建立基于Jess隧道渗漏水管养专家诊断系统，研究结合三维激光扫描对隧道渗漏水病害进行诊断与预警。

　　 本研究选取徕卡ScanStation C10机载扫描。利用徕卡Cyclone软件中的发布模板、Forensic mapping及Mining和Tru-View软件，将扫描得到的点云发布在互联网上 ^[9]，用户在互联网用户界面上不仅可浏览点云数据，还可手动对点云数据进行标注与量测。该徕卡ScanStation C10三维激光扫描仪器在获取点云数据的同时可拍照获取运营隧道图像，自动调整以振镜方式或转镜面方式进行三维扫描 ^[10]，工作效率较传统的扫描方式提高10倍，节省10%的人工及成本。

　　 本研究中根据运营地铁隧道实际情况，在检测渗漏水时采用三维彩色三点数据以便辨别出渗漏水位置与其他位置(拼接缝、电缆铺设等位置) ^[11]。

　　 1)原始点云数据采集扫描仪器获取实物的尺寸、位置信息，形成点云数据。

　　 2)线划图件利用点云数据在CAD中采用Cloudworx插件获取运营隧道的平面图、立面图和剖面图等图件，以读取隧道尺寸、形状、内部设施布置位置。

　　 3)建立模型用软件系统对收集的各点云数据信息进行模型构建处理，形成mesh格网模型，模型建立成功后便可在映射的基础上把所收集到的所有施工信息建立成数字化的工程渗漏水模型。

　　 4)点云数据在互联网中发布通过Cyclone软件中的发布模板与Tru-View软件，将点云数据放在同一空间坐标体系中可通过计算机界面对云数据实现发布、拼接、建模、纹理贴图。

　　 该运营地铁隧道的机载可移动式渗漏水感知器设备，在武汉地铁3号线王家湾运营地铁隧道的应用如图1a所示。其三维扫描仪设置在移动机构上，移动机构通过沿隧道的长度方向移动来带动三维扫描仪移动，以使三维扫描仪随着移动以扫描隧道的不同区域，提高检测效率 ^[12];机载移动式安全检测设备结构简单、检测精度高、扫描范围全面，简单、准确和快速对运营地铁隧道渗漏水病害进行检测，并可与物联网相连实现病害诊断，有利于推广应用。3号线王家湾地铁隧道中三维激光扫描全貌如图1b所示。

　　 在三维激光扫描仪呈现的图形中可从截面呈现图中发现，隧道顶部有局部小区域发现红色点云，点云图中识别出1个渗漏点/20m²，其中识别出的点有一个最大面积属于滴水现象规定，通过分析该区域有少量漏水点。综合判定，该王家湾监测区域诊断为滴水现象明显。

　　 结合运营隧道渗漏水病害的实际情况、数据调查的可操作性等，同时借鉴我国铁路隧道中渗漏水病害等级划分的经验，根据大量实践和经验，根据渗漏水病害严重程度将运营地铁隧道渗漏水病害划分为5个等级，渗漏水状态分别是润湿、渗润、滴水、漏水、射水，5个等级中渗漏水病害等级不断加深，其中渗漏病害对应的状态如表1所示。

　　 在渗漏水5个等级划分的基础上，根据渗漏水等级所造成的病害严重程度不同将渗漏水预警划分为5个等级，运营地铁隧道渗漏水监测诊断预警如表2所示。

　　 基于隧道渗漏水预警结果，为了快速提出有效的治理方案，研发了隧道渗漏水管养专家诊断系统。建立基于Jess管养专家系统，依据大量工程实践、相关规范与专家经验建立的渗漏水病害管养规则库决策树如图2所示。

　　 建立的渗漏水病害管养规则库决策树，首先根据渗漏水发生的位置(管片环纵缝、管片螺栓孔、管片上裂缝、管片墙面)进行一级判别，判别后的病害将根据渗漏水的渗漏速度、渗漏范围、渗漏水质、螺栓孔密封圈情况等进行二级、三级判别，最终推理出相应渗漏水管养措施。

　　 按以上管养规则决策树编写的Jess规则库最终将形成*．clp类型的文件。为了保证程序在进行推理匹配时的高效性及避免规则库中汉字的编码问题 ^[13]，本文将管养措施与规则库分离开来，即将具体的管养措施存放在数据库中，规则库中的管养措施则采用id编码代替，当规则库推理出措施编码后，程序将按该编码进行数据库索引，最终找到相应的管养措施。

　　 进入左侧的系统菜单区域，选择“专家系统”选项卡，单击进入专家系统选项卡下的“渗漏水病害诊断”模块，在此模块，用户按检查细则对运营地铁渗漏水进行病害检测，将检查得到的病害症状输入系统，系统便能根据输入的运营地铁渗漏水病害情况进行推断，并输出相应的渗漏水病害养护、维修和治理措施，如图3所示。

　　 监测区域诊断预警结果如表3所示，三维激光扫描监测系统在王家湾监测点上发出橙色诊断信号，监控室内值班人员需对王家湾地铁运营隧道调配人工巡检，基于专家系统给出的分析处理方案 ^[14]，在分析隧道滴水原因的基础上，根据王家湾地铁运营隧道结构资料等及时确定治理渗漏水方案。

　　 1)建立三维激光扫描技术下的运营隧道渗漏水监测预警及管养系统，采用三维激光扫描仪监测隧道渗漏，建立三维激光扫描仪监测隧道渗漏工作流程，确立三维激光仪器扫描步骤和方法。

　　 2)基于运营隧道工程渗漏水大量工程实践和相关文献，将隧道渗漏水危害等级划分为5级，并确定划分标准，相应提出5个等级的预警等级标准。

　　 3)采用基于Java的Jess专家系统，构建隧道渗漏水养护与维修技术措施相应的专家系统，基于该系统对隧道渗漏水进行病害检测，系统根据输入的运营地铁渗漏水病害情况进行推断，输出相应的渗漏水病害养护、维修和治理措施。