三維激光掃描儀在地質(zhì)災(zāi)害地形測繪中的應(yīng)用

周欣

【摘 要】隨著地殼的不斷運(yùn)動與演變，由于不同地質(zhì)的不同作用，導(dǎo)致形成災(zāi)害性的地質(zhì)事件，地址災(zāi)害的發(fā)生，與自然環(huán)境和人類的各種活動都有關(guān)系。我國會經(jīng)常發(fā)生一些地質(zhì)災(zāi)害問題，隨著各種工程的不斷發(fā)展，建設(shè)過程中會引發(fā)一系列的工程地質(zhì)問題，為了減少地質(zhì)災(zāi)害給人們所帶來的破壞損失，應(yīng)加強(qiáng)對工程地址的勘察工作，應(yīng)用三維激光掃描儀，完成勘察地址災(zāi)害的地形測繪工作，完成高難度作業(yè)。

【Abstract】 With the continuous movement and evolution of the earth's crust， due to the different effects of different geology， the disaster geological event is formed. The occurrence of geological disasters is related to the natural environment and human activities. Some geological disasters often occur in China. With the continuous development of various projects， a series of engineering geological problems will be caused in the process of construction. In order to reduce the damage and loss caused by geological disasters， we should strengthen the investigation work of the project address， and apply three-dimensional laser scanner to complete the topographic mapping of geological disasters and high difficulty work.

【關(guān)鍵詞】三維激光掃描儀；地質(zhì)災(zāi)害；地形測繪；應(yīng)用

【Keywords】three-dimensional laser scanner； geological hazard； topographic mapping； application

【中圖分類號】P225 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）07-0147-02

1 引言

地面激光掃描儀的種類有很多種，包括美國的FARO三維激光掃描儀、德國的Z+F三維激光掃描儀、加拿大的Optrch三維激光掃描儀、中國的北科天繪三維激光掃描儀等多種品牌，主要應(yīng)用地面型三維激光掃描技術(shù)，測量方式采用高速激光的非接觸式技術(shù)，使圖形復(fù)雜的地形數(shù)據(jù)和衛(wèi)星影像也可以呈現(xiàn)出來，勘察員可通過地形、地貌的三維數(shù)據(jù)進(jìn)行研究地質(zhì)災(zāi)害方面的具體工作，進(jìn)而分配任務(wù)，做到提前預(yù)防或者找到解決問題的方法[1]。

2 三維激光掃描儀技術(shù)的簡單介紹

2.1 三維激光掃描儀簡述

創(chuàng)造出三維激光掃描技術(shù)的時間為20世紀(jì)90年代中期，是在測繪領(lǐng)域發(fā)明了GPS定位技術(shù)之后，所研制出的新型掃描技術(shù)。它與之前的單點(diǎn)測量方法不同，它所具有的高效作業(yè)、準(zhǔn)確測量的優(yōu)勢，是以往傳統(tǒng)測量技術(shù)所不能比擬的，被掃描物體表面的立體坐標(biāo)數(shù)據(jù)可以被快速測繪出來，使所得到的數(shù)字地形模型具有更高的分辨率[2]。

2.2 三維激光掃描儀的技術(shù)原理

最近幾年所出現(xiàn)的三維激光掃描技術(shù)，引起了國內(nèi)各研究領(lǐng)域的關(guān)注，把激光測距的技術(shù)運(yùn)用到三維激光掃描技術(shù)當(dāng)中，然后再把被測物體表面的三維坐標(biāo)記錄下來，查看物體的反射率后，讓被測物體的立體模型數(shù)據(jù)以及其他數(shù)據(jù)，在最短的時間內(nèi)被還原。改變了傳統(tǒng)測量技術(shù)的單點(diǎn)測量，演變成可以對物體進(jìn)行測量的掃描技術(shù)[3]。使用三維激光掃描技術(shù)的范圍變得越來越廣泛，比如建筑領(lǐng)域、土木工程領(lǐng)域、室內(nèi)設(shè)計領(lǐng)域、交通事故領(lǐng)域、數(shù)字城市領(lǐng)域、軍事領(lǐng)域和災(zāi)害評估領(lǐng)域都有應(yīng)用。

2.3 三維激光掃描技術(shù)在各領(lǐng)域當(dāng)中的應(yīng)用

經(jīng)過改革創(chuàng)新后的三維激光掃描技術(shù)日漸完善，一些三維掃描設(shè)備也被大量暢銷、廣泛使用，在使用三維激光掃描儀掃描物體時，可以縮短掃描時間，掃描后得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)也非常準(zhǔn)確，可以反映出真實(shí)的數(shù)據(jù)，因此在各種領(lǐng)域中都有應(yīng)用[4]。

①物體測繪領(lǐng)域：在建設(shè)大壩和電站時，經(jīng)常被用于物體測繪工作中，還被運(yùn)用到公路、鐵路、橋梁和建筑物等各種建設(shè)的測繪當(dāng)中。②工程結(jié)構(gòu)領(lǐng)域：在進(jìn)行橋梁改建工程時，可應(yīng)用到橋梁的結(jié)構(gòu)測量當(dāng)中，可以測量幾何圖形的尺寸、空間位置和空間面積等，也可應(yīng)用到管道線路的測量與安裝工程中。③軍事領(lǐng)域：可被應(yīng)用于軍事當(dāng)中的反恐行動，用于陸地偵查和攻擊當(dāng)中，可以對犯罪現(xiàn)場進(jìn)行移動監(jiān)控。④游戲開發(fā)與電影制作領(lǐng)域：在拍攝電影的過程中，經(jīng)常被用于電影的場景設(shè)計，還可以把這項(xiàng)技術(shù)用于網(wǎng)絡(luò)虛擬游戲的開發(fā)中，制成虛擬影像。⑤災(zāi)害預(yù)防領(lǐng)域：可以被應(yīng)用到災(zāi)害估計當(dāng)中，可以進(jìn)行地址災(zāi)害地形的勘察，以及進(jìn)行現(xiàn)場檢測[5]。

3 三維激光掃描儀在地質(zhì)災(zāi)害地形測繪中的應(yīng)用

三維激光掃描技術(shù)是比較突出的先進(jìn)技術(shù)，它具有工作效率高、分辨率高、儲存信息量大等各種優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用到各個領(lǐng)域當(dāng)中，以下是對三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用的具體分析。

3.1 舉例說明三維激光掃描儀在地質(zhì)災(zāi)害中的應(yīng)用

例如位于南京市溧水區(qū)的天生橋景區(qū)就存在地質(zhì)災(zāi)害問題，因?yàn)樘焐訕虮倍魏涌谑冀K沒設(shè)過布防，所以當(dāng)河的水位較高時，河水就會流向天生河兩側(cè)的村莊，導(dǎo)致災(zāi)害的發(fā)生。還會出現(xiàn)土質(zhì)滑坡、巖石滑坡、滾石滾下或者水土流失等地質(zhì)災(zāi)害，為了避免出現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害或者破壞環(huán)境的問題，就要對周圍數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，但是周圍全是樹木，因而無法使用無人機(jī)進(jìn)行巖壁的數(shù)據(jù)采集，但是卻可以使用地面三維激光掃描儀去掃描，從而獲得準(zhǔn)確的物體坐標(biāo)，然后再進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最后繪制出地形圖，還可以進(jìn)行水位線的空間測量，準(zhǔn)確分析出地質(zhì)災(zāi)害的類型，為河道等自然環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)防提供了具體數(shù)據(jù)[6]。

3.2 地質(zhì)災(zāi)害中使用三維激光掃描儀的優(yōu)勢

①用三維激光掃描儀進(jìn)行掃描，節(jié)省了很多時間。在進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害搶救時，由于天氣變化高端莫測，不同區(qū)域的地質(zhì)也不同，發(fā)生災(zāi)害的現(xiàn)場會連帶引發(fā)其他的地質(zhì)災(zāi)害，例如地面坍塌、滑坡和泥石流等，因此進(jìn)行現(xiàn)場勘察的時間長短，關(guān)乎現(xiàn)場人員的人身安全，三維激光掃描儀的測量速度大概為每秒五萬點(diǎn)，比傳統(tǒng)掃描儀的速度增加了十倍，大大節(jié)省了測量時間，給測量人員留出更多撤退的時間，不僅快速完成了測量數(shù)據(jù)，還給測量人員留出了更多退到安全區(qū)域的時間。②運(yùn)用三維激光掃描儀進(jìn)行掃描，可以使測量人完成站位不受限制的全景測量。在對較為復(fù)雜的山體和隧道進(jìn)行勘察時，傳統(tǒng)的測量儀器會限制測量人員的站位，還要考慮測量儀器的位置問題，非常不方便。然而在勘查時使用三維激光掃描技術(shù)后，可以在同一地點(diǎn)獲取到更多的數(shù)據(jù)內(nèi)容，把機(jī)器放在一個位置它可以完成不同角度的全景測量，獲得全面精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。③使用三維激光掃描儀進(jìn)行掃描，減小了處理的難度。三維激光掃描儀測量的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度高，并且獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)分布均勻、比較清晰，為之后的處理工作提供了便利，減小了處理數(shù)據(jù)的難度。④使用三維激光掃描儀進(jìn)行掃描，不會與測量物體有接觸，更加安全。測量時要考慮地質(zhì)災(zāi)害勘察人員的人身安全，并不能與災(zāi)害區(qū)域有近距離的接觸，使用三維激光掃描儀進(jìn)行掃描，不用近距離靠近災(zāi)害地區(qū)，可以進(jìn)行遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)采集，讓有關(guān)專家可以遠(yuǎn)程進(jìn)行預(yù)測和指導(dǎo)[7]。

3.3 三維激光掃描儀進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害地形測繪的特點(diǎn)

在使用三維激光掃描技術(shù)進(jìn)行地形測繪時，它能夠遠(yuǎn)程對掃描物體進(jìn)行測量，快速呈現(xiàn)出測繪數(shù)據(jù)，每個立體的點(diǎn)云數(shù)據(jù)都是真實(shí)準(zhǔn)確的，因此最終分析的結(jié)果也是有理可依的，總的來說，用三維激光掃描儀進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害地形測繪具有以下幾個特點(diǎn)：①非接觸性的測量，可用于采集危險目標(biāo)。三維激光掃描技術(shù)不用近距離接觸掃描目標(biāo)，就可以采集到目標(biāo)的立體點(diǎn)云坐標(biāo)，不需要進(jìn)行任何處理，簡單準(zhǔn)確地獲取數(shù)據(jù)，可以遠(yuǎn)距離的用于采集危險目標(biāo)。②掃描速度快，降低地質(zhì)災(zāi)害勘察中對調(diào)查人員的安全威脅。三維激光掃描儀的采樣點(diǎn)速率可達(dá)到每秒數(shù)萬點(diǎn)或數(shù)十萬點(diǎn)，掃描速度非常快，給測量人員留出了更多退到安全區(qū)域的時間。③三維激光掃描儀儲存信息量比較大。運(yùn)用三維激光掃描技術(shù)，可以儲存大量災(zāi)害隱患信息，內(nèi)部具備有關(guān)地質(zhì)災(zāi)害的圖幅信息，可以幫助專家有效處理地質(zhì)災(zāi)害的問題，提供出有關(guān)數(shù)據(jù)，節(jié)省了拯救的時間。

4 結(jié)語

將三維激光掃描儀引入到地址災(zāi)害的地形測繪中，節(jié)省了大量的資源，提高了工作效率，使測量的數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，為工作人員提供了便利，可以快速地進(jìn)行測量，有利于完成對地質(zhì)災(zāi)害地形的測繪，為地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)防做了貢獻(xiàn)。

【參考文獻(xiàn)】

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【2】阮曉光，殷耀國.TLS地形測繪技術(shù)的現(xiàn)狀與展望[J].測繪與空間地理信息，2016，39（04）：113-117.

【3】黃姍，薛勇，蔣濤.三維激光掃描技術(shù)在地質(zhì)滑坡中的應(yīng)用[J].測繪通報，2012（01）：100-101.

【4】孫德鴻，王占超.三維激光掃描技術(shù)在地形地質(zhì)研究中的應(yīng)用（二）[J].測繪通報，2011（04）：85-86.

【5】孫德鴻，王占超.三維激光掃描技術(shù)在地形地質(zhì)測量中的應(yīng)用[J].水利水電施工，2011（01）：76-80.

【6】馬存富.基于無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)礦山地形精準(zhǔn)測量方法[J].世界有色金屬，2018（03）：15-16.

【7】毛崔磊，田毅，陳建平，等.基于無人機(jī)技術(shù)的廢棄礦山地形精準(zhǔn)測量方法[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，45（16）：198-201.