三維激光技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害中成果制作工藝研究

付博

摘 要：伴隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)地理信息的需求越來(lái)越強(qiáng)，越來(lái)越多的領(lǐng)域如礦難救援、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)、海域管理、環(huán)境評(píng)估、公共設(shè)施管理等都離不開(kāi)地理信息的使用。傳統(tǒng)的測(cè)量方式已經(jīng)無(wú)法滿足現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景、搶救時(shí)間等需求，采用三維激光掃描儀對(duì)地質(zhì)災(zāi)害中的重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)采集是目前最為理想的手段。論文研究該技術(shù)在地災(zāi)害中的應(yīng)用，探究其采集流程以及數(shù)字化成果的制作工藝，為地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)用快速提供第一手?jǐn)?shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)災(zāi)害;三維激光;數(shù)據(jù)采集

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.02.128

1 引言

我國(guó)河北省是地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)地區(qū)，地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)有3000多個(gè)，其中重大地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)有331個(gè)，嚴(yán)重威脅著人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，阻礙著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。面對(duì)日益突出的地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題，相應(yīng)的應(yīng)急測(cè)繪保障系統(tǒng)必須實(shí)時(shí)跟進(jìn)，這就要求提高地理信息數(shù)據(jù)快速獲取能力。但是，常規(guī)測(cè)量手段受周期、環(huán)境等因素限制，滿足不了國(guó)土管理部門(mén)的及時(shí)、精確災(zāi)害監(jiān)測(cè)的需要，因此，一種既快速又經(jīng)濟(jì)的數(shù)據(jù)獲取和更新方法是當(dāng)前需要解決的問(wèn)題。采用地面激光掃描技術(shù)獲取重點(diǎn)區(qū)域點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行三維建模以及綜合管理，是目前最適合進(jìn)行地理信息數(shù)據(jù)快速獲取的理想手段，它也得到了各地國(guó)土和測(cè)繪行政主管部門(mén)的高度重視。

2 總體工作思路

利用地面三維激光掃描儀對(duì)各個(gè)地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，所以在進(jìn)行外業(yè)數(shù)據(jù)采集前需要進(jìn)行行車(chē)路線設(shè)計(jì)和測(cè)站設(shè)站設(shè)計(jì)，然后通過(guò)外業(yè)踏勘來(lái)確認(rèn)路線的可行性;外業(yè)采集數(shù)據(jù)主要是地面激光掃描技術(shù)，在車(chē)輛的行進(jìn)和設(shè)備單點(diǎn)架設(shè)之中快速采集災(zāi)害點(diǎn)區(qū)域的整體空間位置數(shù)據(jù)和影像數(shù)據(jù)，經(jīng)后續(xù)處理，形成所需的數(shù)字高程模型（DEM）和實(shí)景影像，經(jīng)過(guò)疊加比對(duì)分析，為國(guó)土資源管理部門(mén)提供不同類(lèi)型地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)區(qū)域的地理信息。

在地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)附近選取2～4個(gè)地面標(biāo)識(shí)點(diǎn)作為控制點(diǎn)，并用RTK測(cè)量來(lái)獲取其坐標(biāo)，用于測(cè)量數(shù)據(jù)的起算坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)坐標(biāo)系統(tǒng)一致。對(duì)各個(gè)地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)進(jìn)行掃描完成后，對(duì)外業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)業(yè)處理，最終得到所需的成果數(shù)據(jù)。

3 地質(zhì)災(zāi)害成果制作工藝

3.1 制作點(diǎn)云數(shù)據(jù)和實(shí)景影像

外業(yè)采集完成后，需要對(duì)原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)和實(shí)景影像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，主要包括以下幾個(gè)方面：

（1）多站點(diǎn)三維激光掃描系統(tǒng)數(shù)據(jù)整理和融合。

（2）剔除原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的粗差和噪聲。本次主要是獲取滑坡和泥石流區(qū)域地形地貌，區(qū)外的地形不在要求范圍內(nèi)，因此應(yīng)把其他的多余點(diǎn)刪除。手動(dòng)刪除方式和CAD軟件上選中點(diǎn)，delete鍵刪除相同。除此之外，軟件還有其他多種過(guò)濾方式，包括：1）距離過(guò)濾;2）孤點(diǎn)過(guò)濾; 3）光柵過(guò)濾; 4）隨機(jī)過(guò)濾。

（3）對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，濾除點(diǎn)云中的樹(shù)木、植被、房屋等，提取主要地面要素，并進(jìn)行分層處理。植被是目前地形測(cè)量中最主要的干擾物，因其覆蓋地球表面，使得我們一般情況下無(wú)法直接觀察到地表結(jié)構(gòu)，全波段的三維激光掃描系統(tǒng)能夠根據(jù)波段的不同，測(cè)量的部分真實(shí)的地表信息，為數(shù)字高程模型的建立提供科學(xué)的依據(jù)和可靠的數(shù)據(jù)。

（4）對(duì)GPS靜態(tài)測(cè)量得到的控制點(diǎn)數(shù)據(jù)從WGS84坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到2000國(guó)家大地坐標(biāo)系，然后將處理后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)根據(jù)轉(zhuǎn)換好的起算控制點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換，最終形成項(xiàng)目所需要的點(diǎn)云數(shù)據(jù)成果。

把RTK采集的標(biāo)靶的數(shù)據(jù)導(dǎo)出來(lái)，生成相關(guān)的數(shù)據(jù)格式。標(biāo)靶數(shù)據(jù)導(dǎo)入掃描儀軟件后，把RTK測(cè)得的標(biāo)靶的坐標(biāo)導(dǎo)入到掃描儀軟件中。

把掃描儀掃描的坐標(biāo)系導(dǎo)入到軟件以后，軟件就會(huì)自動(dòng)的解算任何三點(diǎn)組成的三角形的邊長(zhǎng)、角度信息，然后軟件在坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的過(guò)程中會(huì)把兩個(gè)最相近的三角形重疊到一起，這樣兩個(gè)三角形重疊在一起了，即坐標(biāo)也轉(zhuǎn)換了。

以第一站為例：擺放了三個(gè)標(biāo)靶S1、S2、S3。SOCS往GLCS坐標(biāo)系中轉(zhuǎn)換時(shí)，軟件會(huì)解算點(diǎn)S1與S2，S1與S3，S2與S3的距離信息，邊S1S2與S1S3，S2S1與S2S3，S3S1與S3S2之間的角度信息。同時(shí)軟件也會(huì)解算GLCS中任何3點(diǎn)之間的這種距離、角度信息。最終SOCS（S1、S2、S3）構(gòu)成的三角形會(huì)符合到GLCS（S1`、S2`、S3`）這個(gè)三角形上，并且在坐標(biāo)轉(zhuǎn)換過(guò)程中會(huì)自動(dòng)進(jìn)行平差計(jì)算。

（5）將實(shí)景影像數(shù)據(jù)和點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)。

3.2 制作數(shù)字高程模型

根據(jù)制作的點(diǎn)云數(shù)據(jù)成果，生成數(shù)字高程模型。

4 結(jié)束語(yǔ)

利用先進(jìn)三維激光掃描系統(tǒng)測(cè)量技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害中的應(yīng)用，彌補(bǔ)傳統(tǒng)方式的不足，快速獲取災(zāi)害地質(zhì)區(qū)域的數(shù)據(jù)，解決實(shí)際環(huán)境中的儀器擺設(shè)問(wèn)題，提高人工效率。獲取的數(shù)字化成果為地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測(cè)、預(yù)警和突發(fā)事件的處理決策有非常現(xiàn)實(shí)的工程意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]王利.地質(zhì)災(zāi)害高精度GPS監(jiān)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)研究[J].測(cè)繪學(xué)報(bào)， 2015，44（07）：826.

[2]金鼎堅(jiān)，支曉棟，王建超等.面向地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查的無(wú)人機(jī)遙感影像處理軟件比較[J].國(guó)土資源遙感，2016，28（01）：183-189.

[3]唐川，馬國(guó)超.基于地貌單元的小區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)方法研究[J].地理科學(xué)，2015，35（01）：91-98.