論三維激光掃描技術(shù)在地質(zhì)測繪中的應(yīng)用

葉晨 邢俊潔

【摘要】本文首先闡述了地質(zhì)勘探中三維激光掃描技術(shù)的發(fā)展及其特點(diǎn)，接著分析了三維激光掃描技術(shù)，最后對三維激光掃描技術(shù)在地質(zhì)測繪和工程測量中的具體應(yīng)用進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】三維激光掃描技術(shù);地質(zhì)測繪

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

22.111

在傳統(tǒng)的地質(zhì)和工程測量中，由于精度、操作復(fù)雜性等因素，地理和工程測量效率低下。為了進(jìn)一步確保地質(zhì)和工程測量的準(zhǔn)確性和效率，必須積極推廣三維激光掃描儀，以便利用計算機(jī)信息技術(shù)實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的三維采集，從而滿足集成、動態(tài)、實時、智能和數(shù)字發(fā)展的要求。

1、地質(zhì)勘探中三維激光掃描技術(shù)的發(fā)展及其特點(diǎn)

1.1現(xiàn)階段地質(zhì)勘探中三維激光掃描技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

當(dāng)前，我們的地質(zhì)發(fā)現(xiàn)需要不斷提高字符技術(shù)的精度，主要是由于地質(zhì)調(diào)查的復(fù)雜性，使得三維激光掃描儀技術(shù)的應(yīng)用變得更加困難。通過我國信息技術(shù)的迅速發(fā)展、GPS、GIS、遙感系統(tǒng)等先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用以及地質(zhì)調(diào)查中使用的其他技術(shù)，我們?yōu)榇蟮販y量提供了積極的發(fā)展條件，使新技術(shù)得以迅速應(yīng)用和傳播。

1.2地質(zhì)勘探中三維激光掃描技術(shù)的主要特點(diǎn)分析

當(dāng)前我國地質(zhì)中使用的三維激光掃描儀技術(shù)有三個特點(diǎn)：第一，三維激光掃描技術(shù)主要是一種新的計算機(jī)輔助技術(shù)。為此，三維激光掃描技術(shù)在應(yīng)用中具有高度自動化。它允許使用更精確的計算機(jī)軟件創(chuàng)建地質(zhì)調(diào)查圖紙，以自動化地質(zhì)分析并減少手動干預(yù)的不確定性。第二，三維激光掃描儀技術(shù)的應(yīng)用更加精確。三維激光掃描儀與數(shù)字技術(shù)相結(jié)合，可以減少應(yīng)用中的錯誤，提高三維激光掃描儀技術(shù)的繪圖性能和精度。第三，數(shù)字圖像處理逐步應(yīng)用于測量技術(shù)，通過數(shù)字化模式提高圖形處理的精度。

2、三維激光掃描技術(shù)

在空間數(shù)據(jù)測量過程中檢索三維數(shù)據(jù)非常重要。通過使用激光測距原理（包括脈沖和相位激光），可以立即測量空間的三維坐標(biāo)值，并使用三維激光掃描儀技術(shù)快速創(chuàng)建復(fù)雜、不規(guī)則場景的三維可視化模型，從而節(jié)省時間。三維測量不僅可以測量空間中的精細(xì)物體，還可以測量高層建筑或地形。從真實樣品中快速準(zhǔn)確地采集復(fù)雜的三維曲面數(shù)據(jù)并建立高質(zhì)量的三維機(jī)器模型是當(dāng)今空間數(shù)據(jù)的主要研究方向。三維激光掃描儀技術(shù)在文化保護(hù)、城市規(guī)劃、技術(shù)測量、地形測量等諸多領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。

信息三維激光掃描技術(shù)作為一項國際先進(jìn)技術(shù)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，檢測精度更高，操作流程減少，可以大大節(jié)省人力成本。三維激光掃描技術(shù)不僅可以快速測量物體，還可以減少對周圍環(huán)境的影響，保證測量結(jié)果更加準(zhǔn)確。在快速掃描的過程中，激光掃描速度非?？?，每秒可以掃描幾十萬個監(jiān)測點(diǎn)。這種掃描速度非常精確，只需要紅外激光，在黑暗條件下仍然可以獲得更清晰的圖像數(shù)據(jù)和坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

工程地質(zhì)測繪和施工地質(zhì)編錄野外工作主要由兩部分組成，即地質(zhì)體空間位置的測量和地質(zhì)體地質(zhì)特征的專業(yè)描述。其中，地質(zhì)體地質(zhì)特征的專業(yè)描述主要依靠地質(zhì)學(xué)家的專業(yè)知識和野外觀察，在相當(dāng)長的時間內(nèi)難以被設(shè)備或其他技術(shù)所替代。在傳統(tǒng)的測量過程中，測量必須通過人工干預(yù)來進(jìn)行。三維激光掃描技術(shù)可以改造測量手段，這也是測量領(lǐng)域的一大變革。在測量不規(guī)則復(fù)雜的幾何對象時，三維測量可以避免測量規(guī)則對象，避免測量過程中的數(shù)據(jù)誤差，保證數(shù)據(jù)與真實數(shù)據(jù)的差距減小。

三維激光掃描儀也可以可視化，以準(zhǔn)確確定對象的類型。結(jié)果不僅簡單高效，而且準(zhǔn)確，大大提高了建設(shè)項目的質(zhì)量，保證了項目的整體效率和進(jìn)度。

3、三維激光掃描技術(shù)在地質(zhì)測繪和工程測量中的具體應(yīng)用

傳統(tǒng)地質(zhì)繪圖過程中，需要對路徑進(jìn)行徹底觀測，描述主要位置，確定巖石的走向和景觀，從而準(zhǔn)確確定地理位置和細(xì)胞邊界。但是，這種映射方法不僅復(fù)雜，而且耗時且繁瑣。測量也很粗略，與現(xiàn)實相差很大。

為了提高大地測量繪圖的質(zhì)量，需要三維激光掃描技術(shù)來提高測量精度，同時提高測量的整體質(zhì)量。這樣可以節(jié)省時間，大大減少測量工作量，并提高測量效率。作為實際測量的一部分，我們可以根據(jù)項目的實際特點(diǎn)選擇設(shè)計測量的目的和內(nèi)容，確定要測量的所有構(gòu)造塊，并根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行測量。

三維激光掃描儀技術(shù)具有廣泛的特性，不僅可以精確測量建筑，而且可以非常精確地測量其他物體。廣泛應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備建模與測量、三維災(zāi)害實時監(jiān)測、建設(shè)偏差發(fā)展監(jiān)測、事故評估、大型水利工程監(jiān)測。三維激光掃描儀脈沖技術(shù)通過直接從激光發(fā)生器發(fā)射1次激光脈沖，并通過高精度時鐘捕捉脈沖與測量對象之間的差異，提高了測量精度。

脈沖三維激光掃描儀在測量垂直角和水平角時，可以通過內(nèi)置的電機(jī)控制系統(tǒng)，通過正多面體掃描棱鏡的旋轉(zhuǎn)來改變水平角，這將導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)過程中入射角的顯著變化。擺動掃描鏡可以直接調(diào)節(jié)脈沖激光的垂直角度，激光脈沖的出射角度因角度變化小而可以調(diào)節(jié)。激光脈沖可以通過電機(jī)控制系統(tǒng)以激光發(fā)射器為中心，實現(xiàn)球面區(qū)域的全方位掃描，有效減少垂直激光點(diǎn)云光斑帶來的干擾，保證整體掃描精度顯著提高。

在三維激光掃描儀過程中應(yīng)用于地形圖區(qū)域不僅降低了檢驗員的工作效率，而且提高了實測圖面的總體效率，從而確?？傮w技術(shù)發(fā)展水平得到提高。

三維激光掃描儀技術(shù)的發(fā)展仍然是許多問題，可能導(dǎo)致測量結(jié)果出現(xiàn)重大錯誤。例如，在使用設(shè)備時，無法檢測設(shè)備的狀態(tài)，從而導(dǎo)致設(shè)備和設(shè)備出現(xiàn)故障，從而導(dǎo)致測量失敗。它也可能受到測量反射面的影響。三維激光掃描儀技術(shù)可以在測量時直接掃描三維激光，但由于激光反射強(qiáng)度的差異，測量結(jié)果顯示出來。因此，在三維激光掃描中，采取適當(dāng)?shù)募m正措施以減少誤差和結(jié)果偏差至關(guān)重要，從而確保工程和地質(zhì)圖的總體改進(jìn)。

結(jié)語：

三維激光掃描儀工作的精度和質(zhì)量正在提高，目前正用于我們的地理研究。這就需要創(chuàng)新以往的測量技術(shù)，積極應(yīng)用新的測量技術(shù)，促進(jìn)地球研究改革和創(chuàng)新，并將數(shù)字化和信息技術(shù)推廣到三維激光掃描儀技術(shù)。同時，必須不斷應(yīng)用地質(zhì)驅(qū)動的測繪技術(shù)，以促進(jìn)地理研究和測量的進(jìn)展，同時我國的測繪技術(shù)也在向情報和自動化的方向發(fā)展。

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