三維激光掃描技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害方面的應(yīng)用探討

余江河

摘 要：簡要介紹了三維激光掃描的優(yōu)點(diǎn)及其與傳統(tǒng)測(cè)量的區(qū)別，并分析了三維激光掃描方法及數(shù)據(jù)處理，以供參考。

關(guān)鍵詞：三維激光掃描技術(shù)；點(diǎn)云數(shù)據(jù)；三維數(shù)據(jù)；測(cè)量精度

中圖分類號(hào)：P225 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.12.140

我國是一個(gè)地質(zhì)災(zāi)害頻繁發(fā)生的國家，隨著國家基礎(chǔ)工程建設(shè)迅猛發(fā)展，由此引發(fā)的一系列工程地質(zhì)問題也日益突出，工程地質(zhì)勘察工作凸顯出任務(wù)重、時(shí)間緊、難度高等特點(diǎn)。

三維激光掃描技術(shù)的產(chǎn)生，為上述問題的解決提供了最為有效、實(shí)用和先進(jìn)的技術(shù)手段。通過應(yīng)用地面型三維激光掃描技術(shù)，可通過地形、地貌三維數(shù)據(jù)采集在斜坡穩(wěn)定性研究及大變形監(jiān)測(cè)等方面進(jìn)行大量工作。

1 三維激光掃描的優(yōu)點(diǎn)

與傳統(tǒng)的儀器相比，三維激光掃描儀在使用上具有非常顯著的優(yōu)點(diǎn)，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①可以全天候作業(yè)。由于采用的是激光，無需太陽光，因此，三維激光掃描儀在黑暗的環(huán)境中照樣可以正常工作，例如隧道中或地下礦井中。②掃描的數(shù)據(jù)密度可以調(diào)節(jié)，根據(jù)不同距離，點(diǎn)間距可設(shè)小于1 mm或大于1 000 mm。③高精度。三維激光掃描儀的精度可以工作的范圍內(nèi)可達(dá)到1 cm，模型化后的精度更可達(dá)3 mm，可以充分滿足大部分的測(cè)量需求。

2 三維激光掃描與傳統(tǒng)測(cè)量的區(qū)別

與全站儀等單點(diǎn)采集三維數(shù)據(jù)的方法相比，三維激光掃描儀無需設(shè)置反射棱鏡，無接觸測(cè)量，在人員難以企及的危險(xiǎn)地段使用優(yōu)勢(shì)明顯；突破了單點(diǎn)測(cè)量方式，以高密度、高分辨率獲取掃描物體的海量點(diǎn)云數(shù)據(jù)，對(duì)目標(biāo)描述細(xì)致、采樣速率高。這都是傳統(tǒng)方法難以實(shí)現(xiàn)的。但缺點(diǎn)是比全站儀的測(cè)量精度低。

三維激光掃描儀與以光學(xué)攝影測(cè)量為原理的近景攝影測(cè)量及航空攝影測(cè)量的獲取結(jié)果不同：攝影測(cè)量獲取的是影像照片，而激光掃描獲取的是三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)；獲取的數(shù)據(jù)格式不同：攝影測(cè)量數(shù)據(jù)拼接采用相對(duì)或絕對(duì)定向方式，三維激光掃描采用數(shù)據(jù)的坐標(biāo)匹配方式。另外，兩者拼接各測(cè)站間數(shù)據(jù)的方式、解析方法、測(cè)量精度、測(cè)量環(huán)境要求（攝影測(cè)量對(duì)環(huán)境光線、溫度要求高）和數(shù)據(jù)處理方式也不同。

3 三維激光掃描方法及數(shù)據(jù)處理

三維激光掃描技術(shù)在工程測(cè)量應(yīng)用中需要將點(diǎn)云數(shù)據(jù)反映到工程實(shí)際當(dāng)中去，因此將掃描的點(diǎn)云數(shù)據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到與工程實(shí)際相符的大地坐標(biāo)中具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

地質(zhì)體表面所蘊(yùn)育的地質(zhì)信息被抽象為數(shù)以百萬記的三維點(diǎn)坐標(biāo)，有著與其原型相一致或相近的一切外部幾何特征，但又有別于原型體，需要對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)所構(gòu)造成的地質(zhì)體進(jìn)行分析、解譯，得出與其對(duì)應(yīng)的客觀原型的真實(shí)數(shù)據(jù)信息。

邊坡點(diǎn)云數(shù)據(jù)的局部細(xì)節(jié)如圖2所示。

邊坡點(diǎn)云數(shù)據(jù)解譯圖如圖3所示。

邊坡巖體結(jié)構(gòu)面平面分布圖如圖4所示。

4 結(jié)束語

三維激光掃描技術(shù)具有很強(qiáng)的工程適用性，在巖土、地質(zhì)工程的調(diào)查中應(yīng)用三維激光掃描技術(shù)具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義，有著巨大的應(yīng)用潛力。傳統(tǒng)的地質(zhì)調(diào)查方法費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，并存在調(diào)查人員人身安全難以確保的問題，同時(shí)在某些情況下，還可能無法獲取令人滿意的結(jié)果。將三維激光掃描技術(shù)引入到巖土、地質(zhì)工程領(lǐng)域，在某些地質(zhì)調(diào)查方面，該技術(shù)有著傳統(tǒng)地質(zhì)調(diào)查方法難以比擬的優(yōu)勢(shì)，可以獲得一些傳統(tǒng)方法難以獲得的結(jié)果，無論對(duì)于測(cè)繪，還是工程領(lǐng)域，都具有重要的里程碑意義。

〔編輯：王霞〕