高危邊坡三維激光掃描技術(shù)數(shù)據(jù)采集及處理

阮建軍

摘要：三維激光掃描技術(shù)是一項(xiàng)高新技術(shù)，能夠準(zhǔn)確構(gòu)建出被測對象的三維立體模型。本文結(jié)合某隧道口高危邊坡工程實(shí)例，對三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用于該高危邊坡數(shù)據(jù)采集與處理展開了詳細(xì)的介紹，為三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：高危邊坡；三維激光掃描技術(shù)；數(shù)據(jù)采集；處理

1.引言

隨著我國交通建設(shè)的快速發(fā)展，隧道工程的施工越來越多，其邊坡工程的安全性也越來越受關(guān)注。高危邊坡是隧道工程的公害之一，危及隧道的安全通行以及人們的生命財產(chǎn)安全，采取有效的技術(shù)措施對高危邊坡進(jìn)行監(jiān)測十分必要。其中，三維激光掃描技術(shù)相對于其他技術(shù)而言具有一定的優(yōu)勢，在高危邊坡監(jiān)測中具有良好的應(yīng)用價值。

2.高危邊坡數(shù)據(jù)采集分析

2.1研究對象

經(jīng)勘查，某市交通線路山體附近存在高危地質(zhì)災(zāi)害等隱患，本文研究對象便選擇某隧道進(jìn)口易發(fā)生邊坡崩塌的區(qū)域。通過運(yùn)用三維激光掃描儀予以數(shù)據(jù)掃描并處理，獲取該區(qū)域的DEM模型、大比例尺地形圖以及橫縱斷面圖等，提供研究對象數(shù)據(jù)成果，并在成果的基礎(chǔ)上，盡可能的消除隧道施工的安全隱患。

2.2具體方案

利用三維精細(xì)化掃描測繪，對隧道口附近高危邊坡地質(zhì)災(zāi)害予以監(jiān)測，具體技術(shù)路線如圖1所示。為確保三維建模精度滿足需求標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)當(dāng)合理布設(shè)控制網(wǎng)，并引測高程、地方坐標(biāo)系統(tǒng)。經(jīng)過分析探討，現(xiàn)將改構(gòu)建方法予以簡化，即通過全站儀，進(jìn)行邊角測量和導(dǎo)線測量，共同致力于構(gòu)建2+1維測量控制網(wǎng)，主要包括高程控制網(wǎng)和平面控制網(wǎng)，并選擇GNSS技術(shù)，完成大地坐標(biāo)控制網(wǎng)的設(shè)計工作。

根據(jù)技術(shù)路線示意圖，現(xiàn)將控制網(wǎng)精度等級予以設(shè)置：一級：三角網(wǎng)以及導(dǎo)線網(wǎng)；E級：GNSS網(wǎng)；四等：高程控制網(wǎng)。

測站坐標(biāo)系作為掃描采集的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，經(jīng)標(biāo)靶球測量分析結(jié)果，轉(zhuǎn)換控制網(wǎng)坐標(biāo)系。完成上述工作后，需要掃描測量，并盡可能地確保覆蓋全面，相鄰站點(diǎn)間數(shù)據(jù)應(yīng)有合理的重疊度，并且同時滿足設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)中的若干控制條件。選擇高精度全站儀進(jìn)行聯(lián)測，控制測角精度大于等于1mm，測距精度大于等于2+210—6Dmm。運(yùn)用多測回測角法測量標(biāo)靶球中心坐標(biāo)，分兩次進(jìn)行。

3.數(shù)據(jù)處理研究

3.1數(shù)據(jù)處理流程

某種意義上來說，點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理的整體流程較為煩瑣復(fù)雜，內(nèi)容多樣，具體包括數(shù)據(jù)融合、三維建模、數(shù)據(jù)精簡、特征提取、數(shù)據(jù)去噪、數(shù)據(jù)分割、數(shù)據(jù)配準(zhǔn)以及構(gòu)建點(diǎn)云模型等，內(nèi)容有，導(dǎo)人點(diǎn)云數(shù)據(jù)、曲面片優(yōu)化、三角形優(yōu)化、建模后簡化、優(yōu)化抽稀點(diǎn)云數(shù)據(jù)、濾波去噪點(diǎn)云數(shù)據(jù)、封裝建模點(diǎn)云數(shù)據(jù)、拼接點(diǎn)云數(shù)據(jù)、整體點(diǎn)云坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、點(diǎn)云附加照片、漏洞修補(bǔ)以及定位球形標(biāo)靶等。以上數(shù)據(jù)處理過程，均在軟件Geomagic Studio中實(shí)現(xiàn)，該處理流程如圖2所示。

完成處理點(diǎn)云數(shù)據(jù)工作后，也就實(shí)現(xiàn)了全景模型和實(shí)體模型的構(gòu)建。成果主要包括：①1：500橫、縱斷面圖；②點(diǎn)云原始數(shù)據(jù)；③地質(zhì)災(zāi)害重點(diǎn)監(jiān)測區(qū)域?qū)嶓w模型；④掃描區(qū)整體真彩點(diǎn)云數(shù)據(jù)；⑤地形圖監(jiān)測區(qū)域全景模型。

3.2數(shù)據(jù)成果分析

（1）完成封裝處理后，需要精細(xì)修補(bǔ)點(diǎn)云數(shù)據(jù)，最終得出區(qū)域三維模型。

（2）通過提取特征點(diǎn)，制作1：500大比例尺圖，并導(dǎo)入CASS中，完成地形圖的繪制。

（3）一般而言，數(shù)字高程模型建模主要包括四種方法：第一種，是點(diǎn)的建模，第二種，是三角形的建模，第三種，是格網(wǎng)的建模，第四種，是任意兩種結(jié)合的混合建模。原始數(shù)據(jù)作為云數(shù)據(jù)而存在，為此，點(diǎn)的建模方法更為適用。

（4）完成的三維模型，應(yīng)在所需位置截取線性圖，并導(dǎo)入CASS中，完成橫縱斷面圖繪制，如圖3所示。

4.結(jié)語

總之，三維激光掃描技術(shù)，具備高效能、高精度等優(yōu)點(diǎn)，能夠構(gòu)建掃描實(shí)物三維模型，是獲取空間數(shù)據(jù)行之有效的措施之一，能夠在高危邊坡監(jiān)測中發(fā)揮著無可替代的作用。本文以某隧道口案例為例，分析三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用，為高危邊坡提供了有效監(jiān)測，奠定了良好的工程安全施工保障基礎(chǔ)。