徠卡三維激光掃描儀在油氣勘探上的應用

徠卡測量系統貿易(北京)有限公司 王 興

徠卡測量新技術應用專欄

徠卡三維激光掃描儀在油氣勘探上的應用

徠卡測量系統貿易(北京)有限公司 王 興

一、前 言

本文所述項目位于四川省某區縣山地地形中。由于以往的地形測量方式外業上工作量大，生產效率也很有限，為了優化地震物探部署方案，筆者提出采用徠卡 HDS8800激光掃描儀及高精度 GPS RTK測量系統獲取該項目部分區域多站點的三維激光點云數據，并利用HDS8800配套的專業數據處理軟件進行數據處理，對點云數據進行拼接、去噪、抽稀等工作，從而得到該區域的地表數字地形圖、MESH數據和等高線等成果。

二、HDS三維激光掃描系統技術原理

1.技術原理

HDS(high definition surveying)的意思是高清晰測量，通俗的叫法是三維激光掃描系統。它是利用激光測距的原理，密集記錄目標物體的表面三維坐標、反射率和紋理信息，對空間進行真實的三維記錄。

2.技術特點

常規測量地形法(如用經緯儀、測距儀等)通常是先布控制網點，最后依靠加密控制點和圖根控制點進行繪制平面圖，而GPS RDK地形測繪法是依靠快速獲取一定數量的基本控制點坐標來生成地形圖。山區地形環境復雜，很多地區人員無法或難以到達，這些都給地形測繪帶來了很大的阻礙，如5 km2的地形測繪，一般一人需要4天的時間，且勞動強度大。而三維激光掃描儀采用了非接觸測量方式直接獲取高精度三維坐標數據，能夠對固態介質物體進行掃描，并且能夠快速將現實世界的信息轉換成可以處理的數據，具有掃描速度快、實時性強、精度高、點密度大、主動性強、全數字特征等特點。徠卡HDS8800作為長距離激光掃描儀的代表性產品，能通過簡易的操作模式、高精度的數據信息來完成大范圍的地形數據采集工作，降低了外業人員的勞動強度，同時也提高了外業采集數據效率。

三、數據采集過程

由于即將掃描的區域為典型川渝淺丘地形，地形復雜，所以前期階段筆者對掃描區域進行了實地勘察，針對現場不同地表地質條件制定出測量項目規劃，然后在掃描區域建立GPS控制網。本次項目是徠卡HDS8800激光掃描儀，它類似于全站儀式的操作，完成后視定向后就可以直接開始掃描工作，無需再單獨布設反射標靶，所以它的效率完成度高。

HDS8800激光掃描儀是一款高速激光掃描、7000萬像素相機，具有2 km長距離的掃描距離，能通過自帶的14倍望遠鏡鏡頭進行后視，并能通過手持控制面板進行坐標寫入和掃描控制工作，這些硬件大大提高了外業工作效率，也降低了勞動強度。

本次油氣勘探項目施工區域屬四川盆地淺丘地形，交通網復雜、人煙稠密、多植被。

利用徠卡HDS8800激光掃描儀和高精度GPS RTK測量系統對該項目部分區域進行了激光測量，數據不足處進行后期補站掃描。外業工作人員2人，現場工作時間0.5 d，掃描面積5 km2。

四、數據處理分析

數據處級過程主要是將點云植被等干擾數據去除，留下地形數據，然后進行抽稀，生成地表數字地形圖、MESH數據和等高線。圖1為數據操作過程，(a)為原始數據;(b)為抽稀完的數據;(c)為生成的等高線數據;(d)為生成的DEM數據模型。

三維激光掃描測量技術繪制的數字地形圖，點位密度、平面位置中誤差和高程中誤差低，效果高于1∶500地形圖，可以更好地應用于油氣管網布設和數字油田建設等領域。

五、后期成果匯報

地震勘探是目前主流勘探方法之一，其特點是勘探效率高，是石油物探中最有力的勘探手段，應用廣泛。但是如何降低成本，如何優化地震測線部署和觀測系統設計，以及合理選擇激發點和接收點，監控野外施工質量，合理組織施工和安全管理等一系列問題一直是野外地震采集工作的難點。徠卡激光掃描系統可獲得精確的三維數據，服務于地震勘探工程的綜合分析、地震測線評價與優選、激發點與接收點室內逐點優化設計及有效制定野外施工風險控制預案。

1.物理點分布分析

圖2為俯瞰工區內某場鎮的情況。圖2中地物、地貌影像均為由掃描儀獲取的真彩色點，在此圖上可以清晰分析、精細設計物理點的分布情況。

2.MESH數據和等高線

將掃描獲取的激光點云數據導入自帶數據處理軟件，將非地面點數據過濾、抽稀，快速生成該項目區域的MESH和等高線等(如圖3所示)。數據生成速度大大提高。

圖2

圖3

3.地震物探野外施工質量監控與管理

徠卡激光掃描系統可獲得精確的三維數據，服務于地震勘探工程的綜合分析精度控制，有效制定野外施工風險控制預案。

作為高新技術成果，此項目中除了使用自帶數據處理軟件進行等高線、MESH模型生成之外，還利用詳細的真彩色點云數據進行物理點分析，服務于油氣勘探工程的綜合分析、部署和設計及驗收物理點，能有效制定野外施工風險控制預案。

徠卡HDS8800在地震物探中的首次運用，打破了原始的復雜、繁瑣的物探測量格局，優化了地震測線部署和觀測系統設計，并能合理選擇激發點和接收點，以及監控野外施工質量，合理組織施工與安全管理，進一步展示了科技就是未來的主題。