三維掃描技術在污染場地調查中的應用研究

李超 張燊

摘要：三維掃描技術是近年來在測繪領域興起的一種高科技測量技術。它突破了傳統(tǒng)的單點測量模式，快速采集區(qū)域點云數(shù)據(jù)，可以精確地獲取被測對象的三維坐標信息、反射信息和色彩信息等，再通過密集的三維點云數(shù)據(jù)就可快速構建出場景的三維模型，在多種領域都得到了廣泛的應用?；诖?，本文就三維掃描技術在污染場地調查中的應用進行詳細探究。

關鍵詞：三維掃描技術;污染場地調查;應用

1 引言

隨著我國經濟的快速發(fā)展和科學技術的不斷創(chuàng)新，測繪技術的發(fā)展使數(shù)據(jù)采集從全站儀、斷面儀等地面測量儀器的局部測量，發(fā)展到各種傳感器對目標的綜合數(shù)據(jù)采集和測量。傳統(tǒng)的坐標測量儀器如全站儀、斷面儀主要為單點測量方法，已滿足不了高精度的三維坐標測量。相比較這些傳統(tǒng)的測量技術，三維激光掃描技術是近年來出現(xiàn)的新技術，該技術在污染場地調查領域進行了一些探索，越來越引起研究領域的關注。

2 三維掃描技術

（1）原理。在污染場地調查中應用三維掃描技術，其基本原理是利用激光測距技術和動態(tài)測量系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和模型再現(xiàn)。這里的儀器既包括激光掃描儀，又包括與之相關的組合測量裝置、相機、傳感器以及安裝有專業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件的計算機等。三維掃描技術基本原理是激光掃描儀向污染場地射出激光脈沖，在其表面產生漫反射，反射的光束由專業(yè)的觀測設備采集，通過計算兩者的時間差，求得掃描儀到物體的距離。借助于專業(yè)的數(shù)據(jù)處理軟件，應用測角系統(tǒng)和三角高程原理，得到掃描對象的激光反射強度和三維坐標，進而建立起三維幾何模型。最終通過色彩和紋理貼圖，呈現(xiàn)出更加真實、生動的污染場地模型。（2）核心設備。三維激光掃描儀作為三維掃描技術的核心設備，根據(jù)掃描空間和攜帶方式的不同，可分為固定式、手持式、機載式和車載式;按照測序原理不同，又可分為光學三角測量、脈沖式、相位差式等。其中脈沖式激光掃描出現(xiàn)時間最早，測量范圍在幾百至幾千米之間，但是精度較低，只能達到厘米級;相位差式三維掃描儀可以掃描幾十米距離的物體，精度較高，可達毫米級;光學三角測量儀使用三角幾何關系進行測量，距離最近，精度最高達到亞毫米級。

3 三維掃描技術在污染場地調查中的應用

3.1 制定技術路線

近年來，環(huán)境工程質量要求不斷提升，污染場地調查是保證環(huán)保質量的重要措施，相關部門將三維激光掃描技術和相關儀器應用于污染場地調查環(huán)節(jié)，可以對地域進行全方位檢測，幫助檢測人員獲取準確的場地效果圖，幫助設計人員判斷污染場地實際情況。同時，傳統(tǒng)檢測方式會受到周圍環(huán)境與交通運輸體系的影響，進而降低檢測結果的準確性，而采用三維激光掃描技術，可以準確無誤地記錄現(xiàn)場的地形數(shù)據(jù)信息，利用點云數(shù)據(jù)生成場地三維圖，為環(huán)境保護工程提供信息支撐，技術人員在也能時刻掌握場地的變化情況，保證工作效率。

3.2 現(xiàn)場作業(yè)流程

各站間距不超過20m，以保證測量精度;地面突出物應至少以多個角度掃描兩個站，以保持突出物的完整性;掃描儀應盡量遠離污染源以保證人員安全;本次測量功率為 295 000 點 /s，為全功率的 1/4。故標靶球放置位置與掃描儀站點距離不大于12 m，且通視情況良好;架設儀器：按設站規(guī)劃將設站網絡最優(yōu)布置，爭取以最小的設站數(shù)量獲得最大的覆蓋面積（保證采樣率的前提下），減小拼接次數(shù)。重點掃描區(qū)域應先用預覽掃描，局部提高分辨率與質量參數(shù)進行精掃;標靶布設：球面方向朝向三維掃描儀方向，每站點布設數(shù)量不少于 4 個;儀器準備好后，首先建立項目掃描文件夾，記錄掃描日期和時間，檢查掃描儀水平測斜儀，以確保掃描儀器盡量水平放置，每站都檢查水平傾角儀并整平。根據(jù)現(xiàn)場情況及后期處理結果需求設定合適的分辨率及質量;開始掃描之前，要求無關人員遠離標靶和重點掃描區(qū)域;完成掃描后檢查數(shù)據(jù)：查看掃描結果是否正常，參考球以及紙質標靶或者棱鏡球是否在測量范圍之內，是否有過往的行人或障礙物遮擋被測區(qū)域;儀器搬動至下一站，以推進的方式擺放布設相應標靶;重復上述移站步驟，完成掃描工作。

3.3 點云簡化處理

在處理點云數(shù)據(jù)時，首先要建立原點位置，并在軟件中進行數(shù)據(jù)預處理，以保證三維激光掃描儀獲得的數(shù)據(jù)信息不受噪聲影響，因此需要經過多次降噪處理;然后將數(shù)據(jù)信息轉化為點云數(shù)值，對多個檢測區(qū)域內的點云數(shù)據(jù)進行拼接，利用軟件將標靶球心所連接的站點進行結合，形成統(tǒng)一的坐標體系，這樣可以準確反映污染場地區(qū)域的全景三維圖;之后對坐標中的數(shù)據(jù)信息進行轉化，利用標靶中心數(shù)值，對場地坐標信息進行劃定，后續(xù)通過對坐標點位的變化數(shù)值進行分析，能夠準確判定是否存在問題。云數(shù)據(jù)轉換為大地坐標系統(tǒng)，測量數(shù)據(jù)中包含部分無用數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量非常大，為了提高后續(xù)數(shù)據(jù)處理的效率，需要進行數(shù)據(jù)的抽稀處理。

4 污染場地調查優(yōu)化措施

4.1 污染風險評估

由于人身安全是最重要的風險評估因素，因此在風險評估過程中首先要研究污染物對人體健康的危害，因此在調查污染物的污染類型以及污染種類的時候，應當及時對比相關數(shù)據(jù)庫，從而找出各種污染物在實際生活中是否對人民群眾的身體健康造成一定的影響，如果會對人民群眾的身體健康造成一定的影響，那么應當立即通知有關部門對相關的居民進行疏導，或者是對相應的污染物進行妥善的處理。相應的污染物不能及時有效處理，或者對地下水水源造成一定污染的，有關部門應當及時向居民提供清潔水源。

4.2 人員操作規(guī)范

現(xiàn)場檢測是污染環(huán)境調查的關鍵環(huán)節(jié)，也是為后續(xù)治理工作提供指導和支持的基礎性工作。在現(xiàn)場檢測中，如果操作人員沒有按照規(guī)范操作，就會對檢測結果帶來巨大影響。因此，相關單位要注重規(guī)范人員的操作行為。首先，要定期組織所有操作人員和技術人員開展操作知識和專業(yè)技術學習，尤其對于采樣中容易發(fā)生誤操作的關鍵環(huán)節(jié)，要重點培訓，如工具清洗、無效樣本處理、洗井操作規(guī)范和步驟等。同時，要把人才培養(yǎng)考核與薪酬績效掛鉤，調動他們參加培訓的積極性和積極性，在取樣前進行環(huán)境檢測和水文地質調查，確保取樣更具代表性，結果更真實可靠。其次，要注重提升操作人員的崗位意識和職業(yè)素養(yǎng)，尤其要注重加強環(huán)保教育，促使其認識到工作的特殊性和使命性，以端正的態(tài)度面對每個操作環(huán)節(jié)。在開展職業(yè)素養(yǎng)教育時，要摒棄以往以說教為主的固化模式，要通過實地參觀、價值引領和環(huán)保意識培養(yǎng)等途徑，促使操作人員具備良好的素質和能力，在平時的生活和工作中全身心地投入到崗位中，不斷加強專業(yè)知識學習，成為一名符合時代發(fā)展和崗位要求的現(xiàn)代化人才。最后，要主動與當?shù)馗咝；蛘呦冗M企業(yè)深度合作，將采樣人員送到高校接受專業(yè)教育，通過系統(tǒng)性的學習，豐富采樣人員的知識和能力，促進其未來的職業(yè)發(fā)展。

5 結束語

綜上所述，本文針對污染場區(qū)相關問題，應用三維掃描進行污染場區(qū)掃描測繪的方法，不僅可以保證工作質量，而且能夠及時發(fā)現(xiàn)工作中存在的問題。該方法人員需求少，作業(yè)效率高，作業(yè)人員安全性高，測量成果精確且具有很好的延續(xù)性，改進了環(huán)保項目傳統(tǒng)的場地調查方式，為后續(xù)類似工程提供了可供借鑒的經典案例。

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