三維激光技術(shù)在危巖體地質(zhì)信息采集中的應(yīng)用

賈曉明

摘要：在地質(zhì)勘察中，往往會(huì)存在危巖體地質(zhì)的情況，此類地質(zhì)因?yàn)榇嬖诓环€(wěn)定的狀態(tài)，很容易產(chǎn)生安全事故，為了便于對(duì)此類地質(zhì)情況的全面和準(zhǔn)確掌握，實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)安全風(fēng)險(xiǎn)的有效規(guī)避，做好對(duì)其地質(zhì)信息的采集工作至關(guān)重要。三維激光技術(shù)是一種先進(jìn)的科技技術(shù)，它對(duì)危巖體地質(zhì)信息采集提供了有力的技術(shù)支持，下面，文章就主要針對(duì)三維激光技術(shù)在危巖體地質(zhì)信息采集中的應(yīng)用進(jìn)行分析，希望對(duì)相關(guān)工作的開(kāi)展提供參考。

關(guān)鍵詞：三維激光技術(shù);危巖體地質(zhì);信息采集;技術(shù)應(yīng)用

危巖體具有很強(qiáng)的危險(xiǎn)性，盡管其還未出現(xiàn)崩塌現(xiàn)象，但已經(jīng)具有崩塌的前兆，且具備崩塌發(fā)生的所有條件。一旦危巖體出現(xiàn)崩塌，勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生很大的危害性，為了避免危巖體崩塌情況的出現(xiàn)，就需要做好地質(zhì)調(diào)查工作。在地質(zhì)調(diào)查中，三維激光技術(shù)因?yàn)榫哂酗@著的優(yōu)勢(shì)，得到了廣泛的使用，而三維激光技術(shù)如何在危巖體地質(zhì)信息采集中應(yīng)用，就是文章主要研究的內(nèi)容。

1.三維激光技術(shù)概述

對(duì)于三維激光掃描技術(shù)來(lái)說(shuō)，它是一種高新技術(shù)類型，主要是借助激光測(cè)距原理，對(duì)實(shí)物表面的密集點(diǎn)相應(yīng)三維坐標(biāo)以及反射率等信息采集，針對(duì)實(shí)體或者實(shí)景實(shí)現(xiàn)三維化的點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取，以點(diǎn)云數(shù)據(jù)能夠快速對(duì)被測(cè)實(shí)體建立三維化實(shí)體的模型。此模型內(nèi)每個(gè)點(diǎn)和實(shí)體都是相互對(duì)應(yīng)的，其具有采樣的速度快且精度高等特點(diǎn)。在獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)時(shí)，使用脈沖激光的測(cè)距法，主要以脈沖激光從發(fā)射至接收期間具有的時(shí)間差為依據(jù)，對(duì)掃描點(diǎn)至儀器間距離值進(jìn)行計(jì)算，再根據(jù)發(fā)射激光的光束水平角、垂直角數(shù)據(jù)，就能夠?qū)呙椟c(diǎn)和儀器在空間中的位置關(guān)系計(jì)算[1]。因?yàn)椴煌膶?shí)物存在對(duì)激光不同的吸收與反射效果，接著所接收激光的強(qiáng)度，對(duì)掃描點(diǎn)實(shí)施灰度特性的匹配處理;對(duì)多幅的點(diǎn)云數(shù)據(jù)情況，可以選擇公共點(diǎn)不低于3個(gè)實(shí)施特性的匹配，完成數(shù)據(jù)的拼接，最終實(shí)現(xiàn)完整實(shí)體模型的建立。

2.三維激光技術(shù)在危巖體地質(zhì)信息采集中的應(yīng)用

以某危巖體的情況為例，通過(guò)三維激光的掃描儀對(duì)危巖體的點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取，并進(jìn)行危巖體表面模型的建立，以點(diǎn)云數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)對(duì)危巖體相關(guān)信息數(shù)據(jù)提取，為其穩(wěn)定性的分析以及危險(xiǎn)治理提供依據(jù)。

2.1對(duì)掃描的點(diǎn)云坐標(biāo)和大地坐標(biāo)進(jìn)行擬合

通過(guò)三維激光的掃描儀進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)的獲取，因?yàn)楦鹘M數(shù)據(jù)內(nèi)點(diǎn)云存在自己獨(dú)立的坐標(biāo)系，坐標(biāo)系不統(tǒng)一需要對(duì)坐標(biāo)實(shí)施轉(zhuǎn)換。通過(guò)激光的掃描儀以單個(gè)角度進(jìn)行掃描所獲取目標(biāo)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，往往會(huì)受到物體干擾或者視線限制等影響而存在缺失，則為了確保目標(biāo)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)具有完整性，要從不同角度對(duì)目標(biāo)掃描。在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查期間，對(duì)掃描的場(chǎng)地內(nèi)進(jìn)行4個(gè)或者超過(guò)4個(gè)不共線、不共面標(biāo)靶設(shè)置，以RTK的測(cè)量?jī)x對(duì)此類標(biāo)靶具體大地坐標(biāo)測(cè)量，后使用軟件內(nèi)TPL的模板尋找此站所設(shè)立的標(biāo)靶實(shí)際坐標(biāo)，并對(duì)RTK的測(cè)量?jī)x所測(cè)標(biāo)靶大地坐標(biāo)導(dǎo)入，以坐標(biāo)轉(zhuǎn)換能夠把各獨(dú)立坐標(biāo)系內(nèi)全部點(diǎn)云在大地的坐標(biāo)系內(nèi)統(tǒng)一，讓整個(gè)三維化點(diǎn)云圖像存在工程坐標(biāo)并為后續(xù)工程研究奠定基礎(chǔ)。

2.2定位和尺寸量測(cè)

對(duì)危巖體的地質(zhì)信息進(jìn)行調(diào)查中，對(duì)其準(zhǔn)確定位和尺寸量測(cè)是重要的環(huán)節(jié)。往往研究區(qū)內(nèi)危巖體的地形較為復(fù)雜，且部分的危巖體呈現(xiàn)高陡狀態(tài)，在調(diào)查中相關(guān)人員不能有效攀爬，這也使傳統(tǒng)的地質(zhì)測(cè)量法無(wú)法對(duì)危巖體實(shí)現(xiàn)近距離的尺寸測(cè)量效果，而借助三維激光的掃描技術(shù)中激光獨(dú)特性特點(diǎn)，以激光的掃描儀能夠?qū)﹄x散的點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取，如對(duì)各危巖體的厚、高、底寬和頂寬等尺寸數(shù)據(jù)快速和準(zhǔn)確獲取[2]。

2.3體積量測(cè)

在對(duì)危巖體的調(diào)查中，對(duì)危巖體的體積確定是一項(xiàng)主要的工作，通過(guò)對(duì)危巖體的體積確定，能夠?yàn)槲r體的穩(wěn)定性評(píng)估以及風(fēng)險(xiǎn)防治提供有力的依據(jù)。在對(duì)危巖體的體積量測(cè)中，主要通過(guò)RISCAN PRO的軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)數(shù)據(jù)處理之前，先要對(duì)危巖體具體范圍明確，結(jié)合實(shí)際情況對(duì)危巖體局部的三維圖實(shí)施建立，后對(duì)其局部的點(diǎn)云數(shù)據(jù)實(shí)施去噪、抽稀、植被的過(guò)濾和柵格化等處理;再構(gòu)建一個(gè)平面并讓全部點(diǎn)云數(shù)據(jù)均在此平面一側(cè)，對(duì)上述已處理點(diǎn)云數(shù)據(jù)實(shí)施三角面的片化，最后通過(guò)軟件就能夠得到此危巖體體積。

2.4節(jié)理產(chǎn)狀的測(cè)量

危巖體節(jié)理裂隙發(fā)育的情況，對(duì)危巖體穩(wěn)定性直接產(chǎn)生影響。通過(guò)三維激光的技術(shù)使用，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)節(jié)理裂隙長(zhǎng)度、位置、張開(kāi)度、延伸以及產(chǎn)狀等相關(guān)信息準(zhǔn)確和快速統(tǒng)計(jì)。對(duì)巖體來(lái)說(shuō)，結(jié)構(gòu)面是其結(jié)構(gòu)構(gòu)成以及巖體力學(xué)的性質(zhì)控制中重要的因素，通過(guò)對(duì)巖體的結(jié)構(gòu)面相關(guān)信息準(zhǔn)確和詳實(shí)掌握，對(duì)巖體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)十分重要。通過(guò)激光的掃描儀對(duì)高密度的點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取后，只有對(duì)結(jié)構(gòu)面正確識(shí)別且對(duì)結(jié)構(gòu)面相關(guān)信息有效提取，才能夠在實(shí)際工程有效應(yīng)用。因?yàn)槠銹olyworks的軟件內(nèi)并不存在相應(yīng)測(cè)量工具來(lái)對(duì)對(duì)結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀信息實(shí)施獲取，所以可以借助此軟件內(nèi)Plane的工具對(duì)所需測(cè)量的產(chǎn)狀結(jié)構(gòu)面進(jìn)行選中，后對(duì)此結(jié)構(gòu)面模擬處理，再以所模擬結(jié)構(gòu)面對(duì)結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀實(shí)現(xiàn)間接測(cè)量[3]。

2.5獲取剖面圖

對(duì)危巖體的剖面圖實(shí)施獲取中，主要可以采用兩類方法，一種是通過(guò)皮尺與羅盤(pán)結(jié)合法開(kāi)展實(shí)地的測(cè)量，但此方法易受地形、地勢(shì)等因素影響;另一種是以等高線沿著某條線切取處理，而不同的比例尺圖件所切取剖面圖也存在差異性。通過(guò)三維激光的掃描儀對(duì)高密度性點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取，和真實(shí)原型更加接近，以點(diǎn)云數(shù)據(jù)能夠?qū)θ魏挝恢弥械钠拭鎸?shí)施切取，且也可以按照指定的間距來(lái)對(duì)危巖體的模型實(shí)施諸多平行剖面切取，后把剖面圖按照dxf格式導(dǎo)出，并使用CAD對(duì)二維的剖面圖完善處理。

結(jié)語(yǔ)：

綜上所述，三維激光技術(shù)作為一種現(xiàn)代化技術(shù)，它在危巖體地質(zhì)信息采集中具有著顯著的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，它能夠從多方面實(shí)現(xiàn)對(duì)危巖體地質(zhì)信息的采集和獲取，對(duì)后續(xù)工程活動(dòng)開(kāi)展提供依據(jù)，而想要確保此技術(shù)有效使用，還需要把握好此技術(shù)要點(diǎn)并規(guī)范使用，才能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)確、全面和可靠數(shù)據(jù)的獲取。

參考文獻(xiàn)：

[1]齊云龍， 張立， 劉玉潔，等. 利用三維激光掃描儀的崩塌危巖體識(shí)別技術(shù)[J]. 公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版）， 2018， 14（10）：178-179.

[2]鄧人文， 周家文， 韓進(jìn)奇，等. 基于三維激光掃描的地下洞室危巖體識(shí)別與監(jiān)測(cè)技術(shù)[J]. 水利與建筑工程學(xué)報(bào)， 2020， 90（02）：42-48+61.

[3]王漢順. 三維激光掃描技術(shù)在危巖體測(cè)繪工作中的應(yīng)用[J]. 城市勘測(cè)， 2020， 177（02）：97-100.