21世纪对人类来说是地下空间的世纪,其中地下隧道作为地下空间开发利用的重要组成部分,在国民的经济建设中发挥着重要作用。事实上,上世纪六七十年代修建的大量人防工程隧道,由于当时的建设标准落后,以及年久失修、疏于维护管理等因素,这部分防空隧道大多都被废弃。为了满足工程后续规划及地下空间再利用要求,发挥这些废弃隧道的作用,就需要对其内部进行测量,获取其精确的三维结构信息。而对于建成时间久远的隧道,其施工图纸、模型结构等数据因各种原因而变得不准确,甚至已经丢失,也需要重新测量,重绘图纸。因此,获取隧道的真实三维结构信息就显得意义重大。当下用于隧道结构扫描的TLS技术,精度很高但是测绘成本昂贵,外业时间长,内业需点云配准且单个测站点云存在视野盲点。本文设计了一套基于两台激光雷达和一台IMU获取数据的测量系统,一台激光雷达配合IMU实现定位,另一台激光雷达垂直扫描获取点云数据。以及从数据采集、轨迹解算到最后的点云处理以及建模的一系列数据处理流程。针对隧道的环境特征,使用激光雷达和IMU作为传感器,实现紧耦合Li DAR/IMU的SLAM轨迹解算。在基于因子图的增量式平滑优化的框架基础上,引入帧描述符用于关键帧提取和闭环检测,实现了实时性较高、精度较高的定位。针对隧道点云模型的特征,设计了一套点云预处理流程。通过SOR算法移除离散点,再通过MLS平滑点云,补充小的点云孔洞,最后通过均匀栅格法稀疏点云,能够有效将存在大量噪声的大规模点云数据处理成噪声极少的稀疏点云,用以最后的曲面重建。针对隧道点云的狭长、有明显走向、横断面结构比较对称的特征,将提取隧道中轴线的思想应用到点云切片,基于点云密度自适应的方法确定切片的厚度和间隔,沿着隧道中轴线对点云进行切片。再通过获取的边界线拟合出一系列的NURBS曲线,最后再通过蒙皮操作获取完整的NURBS曲面,实现了从点-线-面的曲面重构。实验证明本文通过三维重建获得的测绘数据精度在5cm以内,满足相关规定的要求。