众所周知，长大隧道往往是铁路线路施工进程中的控制性工程。在隧道地质勘探过程中采用的多点采样方式不能完全反映隧道开挖沿线复杂的地质情况，从而造成隧道在施工过程中存在许多不确定因素(如暗河)。这些不确定因素常常成为制约整个隧道施工进程的瓶颈。优质、高效、安全地进行隧道施工，对加速整个隧道的施工进程具有特别重要的意义。本论文研究了建立隧道可视化三维模型和预测施工隧道前方的地质状况。建立隧道三维模型可以对隧道开挖部分的地质结构进行分析，并从不同角度进行观察。同时提前预测预报施工隧道前方的地质状况，然后对取得的综合资料进行分析、研究、及时准确地掌握隧道前方的地质情况，提高施工过程中对地质灾害的应变能力，实现对隧道施工的信息化。在研究过程中，研发了隧道掌子面地质图像处理系统。本系统实现通过现场采集地质剖面图像，得到岩体结构面等信息，利用计算机图像处理技术，提供三维可视化地质图像。在对这些图像进行处理后，完成对图像特征(如纹理特征)数据的提取，根据各剖面图像的相对空间关系，利用相关的目标对象信息进行三维重建，最终形成完整的隧道三维结构。在此基础上，实现对施工隧道前方一定范围、一定距离内的地质状况的预测。本论文的主要研究内容如下：1、在对隧道掌子面图像处理、三维重建及预测系统进行可行性分析、需求分析的基础上实现了对整个系统的结构和模块功能的分析与设计；2、根据隧道中不同掌子面上不同岩层的对应关系，建立隧道可视化三维模型；3、利用已有的隧道掌子面数据实现隧道的三维结构重建，在已有数据的基础上，实现了对施工隧道前方一定范围、一定距离内的地质状况的预测(预报)。