三維激光掃描儀在地質災害地形測繪中的應用

周欣

（西安長安大學工程設計研究院有限公司，西安710061）

1 引言

地面激光掃描儀的種類有很多種，包括美國的FARO三維激光掃描儀、德國的Z+F三維激光掃描儀、加拿大的Optrch三維激光掃描儀、中國的北科天繪三維激光掃描儀等多種品牌，主要應用地面型三維激光掃描技術，測量方式采用高速激光的非接觸式技術，使圖形復雜的地形數據和衛星影像也可以呈現出來，勘察員可通過地形、地貌的三維數據進行研究地質災害方面的具體工作，進而分配任務，做到提前預防或者找到解決問題的方法[1]。

2 三維激光掃描儀技術的簡單介紹

2.1 三維激光掃描儀簡述

創造出三維激光掃描技術的時間為20世紀90年代中期，是在測繪領域發明了GPS定位技術之后，所研制出的新型掃描技術。它與之前的單點測量方法不同，它所具有的高效作業、準確測量的優勢，是以往傳統測量技術所不能比擬的，被掃描物體表面的立體坐標數據可以被快速測繪出來，使所得到的數字地形模型具有更高的分辨率[2]。

2.2 三維激光掃描儀的技術原理

最近幾年所出現的三維激光掃描技術，引起了國內各研究領域的關注，把激光測距的技術運用到三維激光掃描技術當中，然后再把被測物體表面的三維坐標記錄下來，查看物體的反射率后，讓被測物體的立體模型數據以及其他數據，在最短的時間內被還原。改變了傳統測量技術的單點測量，演變成可以對物體進行測量的掃描技術[3]。使用三維激光掃描技術的范圍變得越來越廣泛，比如建筑領域、土木工程領域、室內設計領域、交通事故領域、數字城市領域、軍事領域和災害評估領域都有應用。

2.3 三維激光掃描技術在各領域當中的應用

經過改革創新后的三維激光掃描技術日漸完善，一些三維掃描設備也被大量暢銷、廣泛使用，在使用三維激光掃描儀掃描物體時，可以縮短掃描時間，掃描后得到的點云數據也非常準確，可以反映出真實的數據，因此在各種領域中都有應用[4]。

①物體測繪領域：在建設大壩和電站時，經常被用于物體測繪工作中，還被運用到公路、鐵路、橋梁和建筑物等各種建設的測繪當中。②工程結構領域：在進行橋梁改建工程時，可應用到橋梁的結構測量當中，可以測量幾何圖形的尺寸、空間位置和空間面積等，也可應用到管道線路的測量與安裝工程中。③軍事領域：可被應用于軍事當中的反恐行動，用于陸地偵查和攻擊當中，可以對犯罪現場進行移動監控。④游戲開發與電影制作領域：在拍攝電影的過程中，經常被用于電影的場景設計，還可以把這項技術用于網絡虛擬游戲的開發中，制成虛擬影像。⑤災害預防領域：可以被應用到災害估計當中，可以進行地址災害地形的勘察，以及進行現場檢測[5]。

3 三維激光掃描儀在地質災害地形測繪中的應用

三維激光掃描技術是比較突出的先進技術，它具有工作效率高、分辨率高、儲存信息量大等各種優勢,被廣泛應用到各個領域當中，以下是對三維激光掃描技術應用的具體分析。

3.1 舉例說明三維激光掃描儀在地質災害中的應用

例如位于南京市溧水區的天生橋景區就存在地質災害問題，因為天生河橋北段河口始終沒設過布防，所以當河的水位較高時，河水就會流向天生河兩側的村莊，導致災害的發生。還會出現土質滑坡、巖石滑坡、滾石滾下或者水土流失等地質災害，為了避免出現地質災害或者破壞環境的問題，就要對周圍數據進行采集，但是周圍全是樹木，因而無法使用無人機進行巖壁的數據采集，但是卻可以使用地面三維激光掃描儀去掃描，從而獲得準確的物體坐標，然后再進行數據處理，最后繪制出地形圖，還可以進行水位線的空間測量，準確分析出地質災害的類型，為河道等自然環境地質災害的預防提供了具體數據[6]。

3.2 地質災害中使用三維激光掃描儀的優勢

①用三維激光掃描儀進行掃描，節省了很多時間。在進行地質災害搶救時，由于天氣變化高端莫測，不同區域的地質也不同，發生災害的現場會連帶引發其他的地質災害，例如地面坍塌、滑坡和泥石流等，因此進行現場勘察的時間長短，關乎現場人員的人身安全，三維激光掃描儀的測量速度大概為每秒五萬點，比傳統掃描儀的速度增加了十倍，大大節省了測量時間，給測量人員留出更多撤退的時間，不僅快速完成了測量數據，還給測量人員留出了更多退到安全區域的時間。②運用三維激光掃描儀進行掃描，可以使測量人完成站位不受限制的全景測量。在對較為復雜的山體和隧道進行勘察時，傳統的測量儀器會限制測量人員的站位，還要考慮測量儀器的位置問題，非常不方便。然而在勘查時使用三維激光掃描技術后，可以在同一地點獲取到更多的數據內容，把機器放在一個位置它可以完成不同角度的全景測量，獲得全面精準的數據。③使用三維激光掃描儀進行掃描，減小了處理的難度。三維激光掃描儀測量的數據準確度高，并且獲取的點云數據分布均勻、比較清晰，為之后的處理工作提供了便利，減小了處理數據的難度。④使用三維激光掃描儀進行掃描，不會與測量物體有接觸，更加安全。測量時要考慮地質災害勘察人員的人身安全，并不能與災害區域有近距離的接觸，使用三維激光掃描儀進行掃描，不用近距離靠近災害地區，可以進行遠程的數據采集，讓有關專家可以遠程進行預測和指導[7]。

3.3 三維激光掃描儀進行地質災害地形測繪的特點

在使用三維激光掃描技術進行地形測繪時，它能夠遠程對掃描物體進行測量，快速呈現出測繪數據，每個立體的點云數據都是真實準確的，因此最終分析的結果也是有理可依的，總的來說，用三維激光掃描儀進行地質災害地形測繪具有以下幾個特點：①非接觸性的測量，可用于采集危險目標。三維激光掃描技術不用近距離接觸掃描目標，就可以采集到目標的立體點云坐標，不需要進行任何處理，簡單準確地獲取數據，可以遠距離的用于采集危險目標。②掃描速度快，降低地質災害勘察中對調查人員的安全威脅。三維激光掃描儀的采樣點速率可達到每秒數萬點或數十萬點，掃描速度非常快，給測量人員留出了更多退到安全區域的時間。③三維激光掃描儀儲存信息量比較大。運用三維激光掃描技術，可以儲存大量災害隱患信息，內部具備有關地質災害的圖幅信息，可以幫助專家有效處理地質災害的問題，提供出有關數據，節省了拯救的時間。

4 結語

將三維激光掃描儀引入到地址災害的地形測繪中，節省了大量的資源，提高了工作效率，使測量的數據更加準確，為工作人員提供了便利，可以快速地進行測量，有利于完成對地質災害地形的測繪，為地質災害的預防做了貢獻。