三維激光掃描技術(shù)在滑坡物理模型試驗中的應(yīng)用分析

王穎玉

青島地礦巖土工程有限公司，中國·山東 青島 266000

三維激光掃描技術(shù)；滑坡物理模型試驗；應(yīng)用；要點

1 引言

在中國地質(zhì)力學(xué)發(fā)展中，滑坡模型試驗是地質(zhì)力學(xué)試驗以滑坡這一特定自然危害為研究對象的試驗技術(shù)方式，對于中國地質(zhì)力學(xué)發(fā)展以及現(xiàn)代民生工程建設(shè)中的山體工程、水利工程都有著重要的影響意義。隨著現(xiàn)代技術(shù)體系的研發(fā)與應(yīng)用，三維激光掃描技術(shù)的出現(xiàn)為滑坡物理模型試驗提供了現(xiàn)代化技術(shù)支持，能夠有效提升滑坡物理模型試驗的精準度，為地質(zhì)力學(xué)發(fā)展提供了技術(shù)支持。

2 三維激光掃描技術(shù)概述

三維激光掃描技術(shù)也被稱之為實景復(fù)制技術(shù)，是地質(zhì)測繪科研領(lǐng)域在GPS 技術(shù)之后最新的技術(shù)成果。三維激光掃描技術(shù)是20世紀九十年代出現(xiàn)的高新技術(shù)體系，是以高速激光掃描進行地質(zhì)數(shù)據(jù)測量的技術(shù)方式，能夠進行大面積的地質(zhì)檢測并高分辨率地快速采集檢測對象表層的三維數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)了對傳統(tǒng)測量技術(shù)中單點測量方式的突破，具備了高效率、高精度的技術(shù)優(yōu)勢，并且通過三維激光掃描技術(shù)進行掃描檢測時，能夠生成物體表面的三維點云數(shù)據(jù)，通過技術(shù)應(yīng)用，獲取到高精度、高分辨率的數(shù)字地形模型，對于地質(zhì)測繪工作的發(fā)展有著劃時代的意義。三維激光掃描技術(shù)的原理是以激光測距為核心，通過對測繪物體表面的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)、反射率情況以及紋理信息等的采集與記錄，復(fù)建出被測物體的三維測繪模型，并且生成線、面、體等各種測繪數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)對地質(zhì)信息數(shù)據(jù)的三維數(shù)據(jù)采集以及采集數(shù)據(jù)結(jié)果的三維數(shù)據(jù)生成，這對中國地質(zhì)測繪領(lǐng)域的發(fā)展有著重要意義，對于中國文物古跡保護、建筑規(guī)劃、土木工程建設(shè)、建筑檢測以及軍事分析等領(lǐng)域都具有重要的應(yīng)用價值。在三維激光掃描技術(shù)中，根據(jù)測量方式的不同可以分為基于脈沖式、基于相位差以及基于三角測距原理等三種技術(shù)類型；根據(jù)其技術(shù)用途可以分為室內(nèi)型以及室外型，主要是根據(jù)測量距離來決定的。在三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用中，基于相位差的三維激光掃描儀測量距離較短，僅有百米左右；而基于脈沖式原理的三維激光掃描儀的測量距離較長，最遠能夠?qū)? 公里以內(nèi)的測量對象進行檢測。

3 三維激光掃描技術(shù)在滑坡物理模型試驗中應(yīng)用的價值

滑坡物理模型試驗作為當(dāng)前中國地質(zhì)力學(xué)領(lǐng)域?qū)逻@一研究對象的主要試驗?zāi)Ｐ?，對于中國地質(zhì)安全工作開展以及山體工程、水利工程等民生工程建設(shè)都有著重要的影響意義。而隨著三維激光掃描技術(shù)的日益完善，在滑坡物理模型試驗中也逐漸開始應(yīng)用三維激光掃描技術(shù)，大大提升了滑坡物理模型試驗的地質(zhì)數(shù)據(jù)信息測繪效果和測繪精準性，為中國地質(zhì)力學(xué)研究領(lǐng)域的發(fā)展提供了高新技術(shù)體系支持。三維激光掃描技術(shù)在滑坡物理模型試驗中應(yīng)用價值主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

第一，能夠?qū)崿F(xiàn)非接觸測量。在滑坡物理模型試驗中，需要對山體數(shù)據(jù)或者工程施工現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行測量，傳統(tǒng)測量方式中，需要與測量對象進行接觸才能夠?qū)崿F(xiàn)測量效果。而三維激光掃描技術(shù)則可以通過激光掃描的形式對測量對象進行非接觸式的測量，這就降低了滑坡物理模型試驗中測量工作的難度，避免了傳統(tǒng)測量中測量設(shè)備以及測量人員難以測量的情況發(fā)生，降低了測量工作的難度。

第二，測量數(shù)據(jù)采集率較高。對測量對象的數(shù)據(jù)采集效率直接關(guān)系到了滑坡物理模型試驗的實效性，傳統(tǒng)測量方式由于測量效率原因，會嚴重降低滑坡物理模型試驗的效率。而三維激光掃描技術(shù)的三維激光掃描儀能夠達到數(shù)十萬點/秒的數(shù)據(jù)采集效率，這就大大提升了滑坡物理模型試驗的速度，降低了實驗時間。

第三，能夠突破時間和空間的約束。三維激光掃描技術(shù)是通過主要發(fā)射掃描激光的形式對測量對象進行測量的，通過對激光回波數(shù)據(jù)的收集分析，就能夠?qū)崿F(xiàn)對測量對象數(shù)據(jù)信息的匯總儲存，不會受測量環(huán)境的時間和空間約束，對于滑坡物理模型試驗的山體對象測量有著重要意義。

第四，具有高分辨率、高精度的技術(shù)特點。三維激光掃描技術(shù)通過激光對測量對象的數(shù)據(jù)信息進行采集，能夠快速而準確的獲取海量點云數(shù)據(jù)信息，對掃描測量對象進行高密度的三維數(shù)據(jù)采集，以此能夠提升測量數(shù)據(jù)采集的分辨率，為滑坡物理模型試驗提供高分辨的掃描數(shù)據(jù)支持。

第五，測量數(shù)據(jù)易于實驗處理。三維激光掃描技術(shù)對測量對象所采集的數(shù)據(jù)信息是以數(shù)字信號進行輸出的，具有數(shù)字信號易理的特征，并且方便在滑坡物理模型試驗中的數(shù)據(jù)輸出與使用，并且方便數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移、交換以及實驗共享等，能夠優(yōu)化滑坡物理模型試驗中的數(shù)據(jù)處理流程。

第六，能夠與GPS 系統(tǒng)結(jié)合應(yīng)用。在滑坡物理模型試驗中應(yīng)用三維激光掃描技術(shù)時，可以同時結(jié)合GPS 系統(tǒng)進行使用，并且通過GPS 系統(tǒng)的數(shù)碼攝像設(shè)備以及定位系統(tǒng)的輔助，能夠進一步提升三維激光掃描技術(shù)的測量信息采集效率，并且能夠?qū)崿F(xiàn)采集數(shù)據(jù)信息精準性的進一步提升。

4 現(xiàn)階段滑坡物理模型試驗中應(yīng)用三維激光掃描技術(shù)的困境

雖然現(xiàn)階段三維激光掃描技術(shù)愈加完善，在滑坡物理模型試驗中的應(yīng)用也愈加廣泛，但是在滑坡物理模型試驗的三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用中，仍然存在一些現(xiàn)實因素的影響，導(dǎo)致了三維激光掃描技術(shù)在滑坡物理模型試驗中的應(yīng)用效果受到了影響。現(xiàn)階段三維激光掃描技術(shù)在滑坡物理模型試驗中應(yīng)用的困境主要就是滑坡物理模型試驗中的科研人員對三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用能力有待提升。三維激光掃描技術(shù)作為新時期測繪工程領(lǐng)域的高新技術(shù)成果，當(dāng)其在滑坡物理模型試驗中應(yīng)用時，需要通過試驗人員具有三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用的專業(yè)能力，才能夠保證三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用的效果和質(zhì)量。但是在目前階段的滑坡物理模型試驗中，試驗人員還存在著對三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用能力不足的現(xiàn)實問題，因此影響了三維激光掃描技術(shù)在滑坡物理模型試驗中應(yīng)用的實效性。針對于此，在滑坡物理模型試驗中應(yīng)用三維激光掃描技術(shù)時，就要充分注重對實驗人員三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用能力培訓(xùn)與強化，保證試驗中三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用的效果[1]。

5 三維激光掃描技術(shù)在滑坡物理模型試驗中應(yīng)用的要點

在滑坡物理模型試驗中應(yīng)用三維激光掃描技術(shù)時，需要充分把控其應(yīng)用要點，提升三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用的整體質(zhì)量，根據(jù)滑坡物理模型試驗的對象不同，科學(xué)化應(yīng)用三維激光掃描技術(shù)，提升滑坡物理模型試驗結(jié)果的精確性。

首先，滑坡物理模型試驗中三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用的點云數(shù)據(jù)變形測量要點。三維激光掃描技術(shù)對測量對象掃描獲得的檢測數(shù)據(jù)為密集的單個掃描點的集合，被稱之為點云。在點云數(shù)據(jù)中包含了測量對象的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)以及反射強度，在滑坡物理模型試驗中進行測量數(shù)據(jù)應(yīng)用時，需要通過專業(yè)的軟件系統(tǒng)對三維激光掃描技術(shù)檢測的點云數(shù)據(jù)結(jié)果進行處理，主要包含了噪聲去除、標(biāo)靶定位、點云配準、點云簡化以及變形測量等操作流程。噪聲去除就是將三維激光掃描技術(shù)采集點云數(shù)據(jù)中大于掃描設(shè)定范圍的物點數(shù)據(jù)以及不屬于研究物體本身的其他物體點進行清除，以提升測量結(jié)果的精準性。標(biāo)靶定位就是對點云數(shù)據(jù)的地理地位定位。然后通過點云配準和簡化，將點云數(shù)據(jù)配準到同一坐標(biāo)系統(tǒng)中，并對海量點云數(shù)據(jù)進行簡化。然后通過點云數(shù)據(jù)的變形測量，實現(xiàn)滑坡物理模型試驗中的測量數(shù)據(jù)應(yīng)用[2]。

其次，滑坡物理模型試驗中三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用的誤差數(shù)據(jù)處理要點。在滑坡物理模型試驗中進行三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用時，由于三維激光掃描儀自身、測量對象以及外界環(huán)境等因素都容易導(dǎo)致測量誤差的產(chǎn)生。因此在滑坡物理模型試驗中進行三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用時，需要盡可能降低測量誤差，提升測量數(shù)據(jù)的精度。因此在滑坡物理模型試驗中應(yīng)用三維激光掃描技術(shù)時，就需要保障三維激光掃描儀的運行狀態(tài)，在環(huán)境穩(wěn)定的室內(nèi)進行滑坡物理模型試驗的掃描過程，避免外界環(huán)境因素對測量對象的掃描產(chǎn)生影響，包括了掃描環(huán)境溫度、濕度、氣壓、光照以及掃描儀器振動等多方面的影響因素，全面提升滑坡物理模型試驗中三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用的效果和質(zhì)量，降低三維激光掃描技術(shù)對測量對象采集數(shù)據(jù)誤差，提升掃描數(shù)據(jù)信息的精度，為滑坡物理模型試驗的高質(zhì)量開展提供高精度的測量數(shù)據(jù)支持[3]。

6 結(jié)語

三維激光掃描技術(shù)是測繪領(lǐng)域繼GPS 技術(shù)后新型技術(shù)體系，實現(xiàn)了測量工作開展中單點測量方式的突破。三維激光掃描技術(shù)在滑坡物理模型試驗中應(yīng)用時，能夠有效提升滑坡物理模型試驗中對測量對象數(shù)據(jù)采集的精度，通過對技術(shù)應(yīng)用要點的嚴格把控，能夠為滑坡物理模型試驗的高質(zhì)量開展提供高精度的測量對象數(shù)據(jù)采集信息支持，推動中國地質(zhì)災(zāi)害研究、山體工程以及水利工程等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。