三維激光掃描儀在地質災害地形測繪中的應用

周欣

【摘 要】隨著地殼的不斷運動與演變，由于不同地質的不同作用，導致形成災害性的地質事件，地址災害的發生，與自然環境和人類的各種活動都有關系。我國會經常發生一些地質災害問題，隨著各種工程的不斷發展，建設過程中會引發一系列的工程地質問題，為了減少地質災害給人們所帶來的破壞損失，應加強對工程地址的勘察工作，應用三維激光掃描儀，完成勘察地址災害的地形測繪工作，完成高難度作業。

【Abstract】 With the continuous movement and evolution of the earth's crust， due to the different effects of different geology， the disaster geological event is formed. The occurrence of geological disasters is related to the natural environment and human activities. Some geological disasters often occur in China. With the continuous development of various projects， a series of engineering geological problems will be caused in the process of construction. In order to reduce the damage and loss caused by geological disasters， we should strengthen the investigation work of the project address， and apply three-dimensional laser scanner to complete the topographic mapping of geological disasters and high difficulty work.

【關鍵詞】三維激光掃描儀；地質災害；地形測繪；應用

【Keywords】three-dimensional laser scanner； geological hazard； topographic mapping； application

【中圖分類號】P225 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）07-0147-02

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。

【參考文獻】

【1】胡磊，彭勁松，葉波，等.三維激光掃描技術在地質災害應急測繪中的應用[J].測繪通報，2017（09）：154-155.

【2】阮曉光，殷耀國.TLS地形測繪技術的現狀與展望[J].測繪與空間地理信息，2016，39（04）：113-117.

【3】黃姍，薛勇，蔣濤.三維激光掃描技術在地質滑坡中的應用[J].測繪通報，2012（01）：100-101.

【4】孫德鴻，王占超.三維激光掃描技術在地形地質研究中的應用（二）[J].測繪通報，2011（04）：85-86.

【5】孫德鴻，王占超.三維激光掃描技術在地形地質測量中的應用[J].水利水電施工，2011（01）：76-80.

【6】馬存富.基于無人機傾斜攝影技術礦山地形精準測量方法[J].世界有色金屬，2018（03）：15-16.

【7】毛崔磊，田毅，陳建平，等.基于無人機技術的廢棄礦山地形精準測量方法[J].江蘇農業科學，2017，45（16）：198-201.