三維激光掃描測(cè)繪在地質(zhì)災(zāi)害治理中的應(yīng)用

徐靜靜

中核勘察設(shè)計(jì)研究有限公司 河南 鄭州 450000

地質(zhì)災(zāi)害作為自然災(zāi)害的一種，對(duì)人類(lèi)生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。隨著全球氣候變化，地質(zhì)災(zāi)害的頻繁度和嚴(yán)重性正在日益加劇，傳統(tǒng)的測(cè)量方法已無(wú)法滿足地質(zhì)災(zāi)害治理的需求，三維激光掃描測(cè)繪技術(shù)的出現(xiàn)為地質(zhì)災(zāi)害治理提供了新的解決方案。

1 三維激光掃描測(cè)繪技術(shù)概述

三維激光掃描測(cè)繪采用激光測(cè)距和三角測(cè)量技術(shù)，通過(guò)發(fā)射激光測(cè)量其反射時(shí)間，結(jié)合掃描角度精確計(jì)算目標(biāo)物體的三維坐標(biāo)和空間數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)包括物體的空間位置（X，Y，Z）、反射率、顏色（R.G.B）等，處理數(shù)據(jù)幫助建立物體的真實(shí)色彩三維點(diǎn)云模型，為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和工程應(yīng)用提供了準(zhǔn)確的參考。相比于傳統(tǒng)的單點(diǎn)測(cè)量技術(shù)，三維激光掃描測(cè)繪技術(shù)具有非接觸性、快速性、高精度、數(shù)字化等特點(diǎn)，它可以在短時(shí)間內(nèi)獲取大量的空間點(diǎn)位信息，實(shí)現(xiàn)高效率測(cè)量和建模[1]。

2 三維激光掃描測(cè)繪在地質(zhì)災(zāi)害治理中現(xiàn)存問(wèn)題

2.1 受地形限制

應(yīng)對(duì)復(fù)雜地形和地勢(shì)陡峭地區(qū)，三維激光掃描設(shè)備的布設(shè)和測(cè)量面臨著極大的挑戰(zhàn)，例如：陡峭的地勢(shì)增加了設(shè)備安置難度，導(dǎo)致掃描數(shù)據(jù)不完整，無(wú)法覆蓋整個(gè)目標(biāo)區(qū)域，地形的不規(guī)則性使掃描反射角度發(fā)生變化，獲取的數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差等。在地形復(fù)雜地區(qū)進(jìn)行三維激光掃描涉及安全問(wèn)題，設(shè)備在安置和移動(dòng)過(guò)程中可能會(huì)發(fā)生滑落、碰撞等意外情況，對(duì)設(shè)備的安全造成威脅，在陡峭的地形上工作增加了人員操作的風(fēng)險(xiǎn)，需要采取相應(yīng)的安全措施來(lái)保障人員的安全。

2.2 數(shù)據(jù)處理難度

三維激光掃描通過(guò)格式轉(zhuǎn)換和統(tǒng)一進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，快速捕獲的海量點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、傳輸和處理帶來(lái)了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，需要專(zhuān)業(yè)的數(shù)據(jù)處理軟件和技術(shù)人員進(jìn)行操作。受掃描環(huán)境、設(shè)備精度等因素的影響，原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)中存在大量噪聲點(diǎn)，增加了數(shù)據(jù)處理的難度，點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理涉及多個(gè)步驟，如濾波、配準(zhǔn)、拼接等，每個(gè)步驟都可能面臨不同的技術(shù)難題。

2.3 特殊地質(zhì)結(jié)構(gòu)的挑戰(zhàn)

受地形地貌復(fù)雜的影響，例如：存在大量的山谷、陡峭的山坡等，增加了激光掃描設(shè)備的布設(shè)和測(cè)量工作難度，設(shè)備無(wú)法穩(wěn)定地安放和覆蓋整個(gè)目標(biāo)區(qū)域，導(dǎo)致數(shù)據(jù)不完整或精度較低。地形的不規(guī)則性和地質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性使激光掃描的精度和分辨率受到影響，數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差或失真。

2.4 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范不完善

缺乏統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致不同地區(qū)在數(shù)據(jù)處理和分析方法上存在差異，影響數(shù)據(jù)的可比性和互用性，限制了技術(shù)的推廣和應(yīng)用，造成地質(zhì)災(zāi)害的準(zhǔn)確評(píng)估和治理效果出現(xiàn)偏差，缺乏規(guī)范操作導(dǎo)致數(shù)據(jù)精度下降、穩(wěn)定性不足等問(wèn)題，降低了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性[2]。

3 三維激光掃描技術(shù)重要性

三維激光掃描測(cè)繪在地質(zhì)災(zāi)害治理中具有重要意義，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

3.1 提高地質(zhì)災(zāi)害治理的質(zhì)量與效率

地質(zhì)災(zāi)害治理人員利用三維掃描測(cè)繪技術(shù)，對(duì)災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行精確且全面的測(cè)繪，為地質(zhì)災(zāi)害治理提供精準(zhǔn)指導(dǎo)，這種技術(shù)可以快速獲取高精度的點(diǎn)云數(shù)據(jù)并生成三維模型，幫助搜救人員掌握災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)的情況，制定更加科學(xué)、合理的治理方案。三維激光掃描測(cè)繪還可以結(jié)合其他技術(shù)手段，例如：無(wú)人機(jī)、遙感等，實(shí)現(xiàn)全方位、多角度的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)和治理，這些技術(shù)的綜合應(yīng)用可以提高數(shù)據(jù)的獲取速度、精度和可靠性，為地質(zhì)災(zāi)害治理提供更加全面和準(zhǔn)確的信息支持。

3.2 迅速掌握地質(zhì)災(zāi)害隱患區(qū)域的整體情況

三維激光掃描技術(shù)通過(guò)獲取災(zāi)區(qū)的地形地貌數(shù)據(jù)，提供詳盡的地形信息，幫助搜救人員了解災(zāi)區(qū)的地形特征和地貌變化。災(zāi)害發(fā)生后可以快速生成災(zāi)區(qū)的三維模型，呈現(xiàn)災(zāi)區(qū)的地形地貌、建筑物和基礎(chǔ)設(shè)施的受損情況等，為救援人員提供了直觀的災(zāi)區(qū)情況，迅速制定救援計(jì)劃和分配資源。幫助救援人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的危險(xiǎn)因素，如滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害的隱患點(diǎn)，為預(yù)警系統(tǒng)提供重要的數(shù)據(jù)支持，監(jiān)測(cè)災(zāi)害發(fā)生的時(shí)間和地點(diǎn)，提前采取防范措施，減少災(zāi)害造成的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。此外，三維激光掃描技術(shù)還可以用于災(zāi)后恢復(fù)重建的過(guò)程中，通過(guò)測(cè)量和建模，評(píng)估建筑物和基礎(chǔ)設(shè)施的損壞程度，為修復(fù)和重建工作提供精確的數(shù)據(jù)支持，這種技術(shù)的應(yīng)用提高了災(zāi)后重建的效率，幫助恢復(fù)災(zāi)區(qū)的生活秩序。

3.3 推動(dòng)地質(zhì)災(zāi)害治理領(lǐng)域的科技創(chuàng)新

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，三維激光掃描測(cè)繪技術(shù)將繼續(xù)升級(jí)和完善，推動(dòng)地質(zhì)災(zāi)害治理的科技創(chuàng)新，為相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步做出貢獻(xiàn)，例如：引入更先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理和分析算法，提高數(shù)據(jù)的精度和可靠性，為災(zāi)害預(yù)警和防范提供更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持等。隨著硬件設(shè)備的不斷升級(jí)和改進(jìn)，提高了三維激光掃描測(cè)繪技術(shù)的速度和效率，為地質(zhì)災(zāi)害治理提供更加全面和及時(shí)的支持。這項(xiàng)技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害治理中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用，為災(zāi)害防治和減災(zāi)工作提供了有力支持，為保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。

4 三維激光掃描測(cè)繪在地質(zhì)災(zāi)害治理中的應(yīng)用

地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警與評(píng)估是地質(zhì)災(zāi)害防治工作的核心環(huán)節(jié)，通過(guò)科學(xué)的方法對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)估，為災(zāi)害防治和應(yīng)急響應(yīng)提供決策依據(jù)。隨著科技的發(fā)展，三維激光掃描測(cè)繪技術(shù)以其高精度、高效率和非接觸性的優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為預(yù)警與評(píng)估工作的重要工具。

4.1 快速獲取災(zāi)區(qū)的地形地貌數(shù)據(jù)

為建立預(yù)警模型提供基礎(chǔ)資料。在滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害中，預(yù)警模型的建立至關(guān)重要。三維激光掃描技術(shù)通過(guò)獲取地形的起伏變化建立預(yù)警模型，預(yù)測(cè)災(zāi)害發(fā)生的可能性，例如：在滑坡災(zāi)害預(yù)警中，對(duì)滑坡體的三維數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量和分析，了解滑坡體的形態(tài)、規(guī)模、滑動(dòng)方向等信息，為災(zāi)害預(yù)警提供決策依據(jù)。

4.2 分析結(jié)構(gòu)和損壞評(píng)估

在地震、洪水等災(zāi)害中，建筑物的結(jié)構(gòu)完整性和安全性對(duì)于評(píng)估工作至關(guān)重要，三維激光掃描技術(shù)可以快速獲取建筑物結(jié)構(gòu)特征數(shù)據(jù)，對(duì)建筑物的結(jié)構(gòu)完整性進(jìn)行評(píng)估，檢測(cè)建筑物在災(zāi)害中遭受的損壞程度，例如：在地震災(zāi)后評(píng)估中，利用三維激光掃描技術(shù)對(duì)建筑物進(jìn)行測(cè)繪和分析，快速了解建筑物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和損壞程度，為災(zāi)后重建和修復(fù)工作提供重要依據(jù)。

4.3 道路交通的監(jiān)測(cè)與評(píng)估

在地質(zhì)災(zāi)害中，道路交通的破壞導(dǎo)致救援物資無(wú)法及時(shí)送達(dá)災(zāi)區(qū)，影響應(yīng)急響應(yīng)的效果。三維激光掃描技術(shù)可以快速獲取道路的三維數(shù)據(jù)，包括道路的走向、寬度、路面狀況等，對(duì)道路的損壞程度進(jìn)行評(píng)估。此技術(shù)為道路搶修和重建工作提供決策依據(jù)，在泥石流災(zāi)害后利用三維激光掃描技術(shù)對(duì)道路進(jìn)行測(cè)量和分析，快速了解道路的損壞程度和修復(fù)難度，為搶修工作提供科學(xué)依據(jù)。

4.4 變形監(jiān)測(cè)

三維激光掃描技術(shù)測(cè)量精度在一定條件下可以達(dá)到毫米級(jí)別，是監(jiān)測(cè)變形的理想工具，在地質(zhì)災(zāi)害治理中，變形監(jiān)測(cè)是非常重要的環(huán)節(jié)，它可以幫助救援人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)和評(píng)估建筑物的變形情況，預(yù)防災(zāi)害的發(fā)生，并為災(zāi)后恢復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。橋梁變形監(jiān)測(cè)是三維激光掃描技術(shù)的重要應(yīng)用之一，橋梁的安全性直接關(guān)系到人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，其安全性和穩(wěn)定性至關(guān)重要，三維激光掃描技術(shù)可以高精度地獲取橋梁的表面數(shù)據(jù)，分析橋梁的變形情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決潛在的安全隱患。除了建筑物和橋梁，隧道也是地質(zhì)災(zāi)害治理中需要重點(diǎn)關(guān)注的對(duì)象之一，隧道變形會(huì)導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)破壞、通行受阻等嚴(yán)重后果，三維激光掃描技術(shù)可以精準(zhǔn)地獲取隧道數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)其變形情況，為隧道的維護(hù)和修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)[3]。

通過(guò)實(shí)踐證明，三維激光掃描測(cè)繪技術(shù)展現(xiàn)出高精度、高效率和非接觸性的優(yōu)勢(shì)，這些技術(shù)的應(yīng)用為地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警與評(píng)估提供了重要的技術(shù)支持和決策依據(jù)。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，三維激光掃描測(cè)繪技術(shù)將在地質(zhì)災(zāi)害防治領(lǐng)域中扮演重要角色，為減少災(zāi)害損失和保護(hù)人民生命財(cái)產(chǎn)安全作出更大的貢獻(xiàn)。

5 提高三維激光掃描測(cè)繪技術(shù)的策略

5.1 優(yōu)化設(shè)備性能

設(shè)備性能決定了測(cè)量精度和數(shù)據(jù)質(zhì)量，需要專(zhuān)業(yè)人員不斷優(yōu)化設(shè)備性能，提高設(shè)備的測(cè)量精度，加大研發(fā)力度，開(kāi)發(fā)更先進(jìn)的三維激光掃描儀；通過(guò)采用先進(jìn)的激光測(cè)距技術(shù)和高靈敏度接收器，加強(qiáng)設(shè)備的校準(zhǔn)和標(biāo)定，確保設(shè)備在任何環(huán)境條件下都能夠保持高精度的測(cè)量結(jié)果；設(shè)備的速度和穩(wěn)定性是影響三維激光掃描測(cè)繪效率和質(zhì)量的重要因素，結(jié)合優(yōu)化設(shè)備的硬件設(shè)計(jì)和算法，提高設(shè)備的掃描速度，縮短數(shù)據(jù)采集的時(shí)間，加強(qiáng)設(shè)備的穩(wěn)定性測(cè)試和可靠性分析，保證設(shè)備在長(zhǎng)時(shí)間工作和復(fù)雜環(huán)境下能夠保持穩(wěn)定的性能；加強(qiáng)設(shè)備的日常維護(hù)和保養(yǎng)，確保設(shè)備處于良好的工作狀態(tài)，制定合理的維護(hù)計(jì)劃和操作規(guī)程，定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行清潔、檢查和保養(yǎng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和修復(fù)設(shè)備潛在的問(wèn)題，防止因設(shè)備故障影響數(shù)據(jù)的精度和質(zhì)量。優(yōu)化設(shè)備性能是提高三維激光掃描測(cè)繪技術(shù)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，為三維激光掃描測(cè)繪技術(shù)的整體水平提供有力保障[4]。

5.2 加強(qiáng)數(shù)據(jù)采集與處理規(guī)范化

規(guī)范三維激光測(cè)繪技術(shù)，為技術(shù)人員提供了明確的工作指導(dǎo)和操作流程，有助于減少人為誤差和操作不當(dāng)帶來(lái)的影響。制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集和處理標(biāo)準(zhǔn)，保證項(xiàng)目數(shù)據(jù)具有一致性和可比性，方便數(shù)據(jù)的共享和交流；在制定規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，充分考慮三維激光掃描測(cè)繪技術(shù)的特點(diǎn)和要求，明確數(shù)據(jù)采集的內(nèi)容、格式、精度，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用需求，針對(duì)不同領(lǐng)域和行業(yè)的特殊要求，制定具有針對(duì)性的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)；確保規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施效果，加強(qiáng)技術(shù)人員的培訓(xùn)和交流，定期舉辦培訓(xùn)班、研討會(huì)和工作坊等活動(dòng)，提高技術(shù)人員對(duì)三維激光掃描測(cè)繪技術(shù)的認(rèn)識(shí)和操作技能，加強(qiáng)不同團(tuán)隊(duì)之間的交流與合作，分享經(jīng)驗(yàn)和技巧，共同提升技術(shù)水平。

5.3 促進(jìn)多領(lǐng)域融合

三維激光掃描測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用遠(yuǎn)不止地理信息領(lǐng)域，它具有廣泛的應(yīng)用前景和跨領(lǐng)域的潛力。通過(guò)與建筑、考古、文化遺產(chǎn)保護(hù)等領(lǐng)域的結(jié)合，可以進(jìn)一步拓展三維激光掃描測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用范圍，提高其在不同領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)化水平。在建筑領(lǐng)域，三維激光掃描測(cè)繪技術(shù)為建筑設(shè)計(jì)和施工提供精確的三維模型，掃描建筑物表面獲取高精度的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，快速重建出建筑物的三維模型，這種技術(shù)可以幫助建筑師、工程師和設(shè)計(jì)師理解建筑結(jié)構(gòu)，進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化、施工規(guī)劃和結(jié)構(gòu)分析等；在考古領(lǐng)域，三維激光掃描測(cè)繪技術(shù)為考古研究提供寶貴的三維數(shù)據(jù)資料，通過(guò)掃描遺址和文物獲取高精度的三維模型，為遺址復(fù)原、文物修復(fù)和古建筑結(jié)構(gòu)分析等提供有力支持，幫助考古學(xué)家了解古代文明和文化遺產(chǎn)，為保護(hù)和傳承歷史提供科學(xué)依據(jù)；在文化遺產(chǎn)保護(hù)領(lǐng)域，此技術(shù)為文化遺產(chǎn)的數(shù)字化保護(hù)和傳承提供重要手段，經(jīng)過(guò)高精度地掃描文化遺產(chǎn)對(duì)象建立精確的三維模型，為數(shù)字化存檔、虛擬修復(fù)和展示提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，提高文化遺產(chǎn)的可見(jiàn)度和公眾參與度[5]。

5.4 加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)與創(chuàng)新

積極與高校和研究機(jī)構(gòu)合作，共同開(kāi)展三維激光掃描測(cè)繪技術(shù)的研發(fā)工作，充分利用資源，加速技術(shù)的研發(fā)進(jìn)程，利用高校和研究機(jī)構(gòu)的人才優(yōu)勢(shì)為技術(shù)研發(fā)提供強(qiáng)有力的人才支持；除了與高校和研究機(jī)構(gòu)合作外，還應(yīng)關(guān)注市場(chǎng)需求和行業(yè)動(dòng)態(tài)，深入了解市場(chǎng)需求，研發(fā)出符合市場(chǎng)需求的產(chǎn)品和技術(shù)，針對(duì)性地開(kāi)展技術(shù)研發(fā)和創(chuàng)新工作；在合作過(guò)程中需要保持敏銳的洞察力，及時(shí)關(guān)注國(guó)內(nèi)外最新的技術(shù)動(dòng)態(tài)和研究成果，將其引入到國(guó)內(nèi)研發(fā)工作中，推動(dòng)技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展。

5.5 提升數(shù)據(jù)處理技術(shù)

具體來(lái)講，要積極關(guān)注數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域的新技術(shù)和新工具，及時(shí)引入先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理工具和技術(shù)，提高數(shù)據(jù)處理的速度和準(zhǔn)確性；定期進(jìn)行數(shù)據(jù)處理相關(guān)技能的培訓(xùn)和提升，使數(shù)據(jù)處理人員能夠掌握最新的數(shù)據(jù)處理技術(shù)和工具，優(yōu)化數(shù)據(jù)處理流程；建立完善的數(shù)據(jù)處理流程和規(guī)范，制定科學(xué)、合理的數(shù)據(jù)處理流程和規(guī)范，確保數(shù)據(jù)處理工作的有序、高效進(jìn)行；人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)在數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，引入人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，自動(dòng)化處理大量數(shù)據(jù)；建立完善的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制系統(tǒng)和管理制度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決數(shù)據(jù)質(zhì)量問(wèn)題，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性。

6 結(jié)束語(yǔ)

三維激光掃描測(cè)繪在地質(zhì)災(zāi)害治理中起到了至關(guān)重要的作用。通過(guò)高精度地獲取地形地貌數(shù)據(jù)能夠精確地評(píng)估災(zāi)害的嚴(yán)重程度，預(yù)測(cè)未來(lái)的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，并制定出科學(xué)合理的治理方案。在實(shí)際應(yīng)用中，該技術(shù)大大提高了災(zāi)害治理的效率和準(zhǔn)確性，為保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全提供了強(qiáng)有力的支持。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，三維激光掃描測(cè)繪在地質(zhì)災(zāi)害治理中的應(yīng)用將更加廣泛和深入，為人民群眾生活帶來(lái)更多的安全保障。