高危邊坡三維激光掃描技術數據采集及處理

阮建軍

摘要：三維激光掃描技術是一項高新技術，能夠準確構建出被測對象的三維立體模型。本文結合某隧道口高危邊坡工程實例，對三維激光掃描技術應用于該高危邊坡數據采集與處理展開了詳細的介紹，為三維激光掃描技術的應用提供參考。

關鍵詞：高危邊坡；三維激光掃描技術；數據采集；處理

1.引言

隨著我國交通建設的快速發(fā)展，隧道工程的施工越來越多，其邊坡工程的安全性也越來越受關注。高危邊坡是隧道工程的公害之一，危及隧道的安全通行以及人們的生命財產安全，采取有效的技術措施對高危邊坡進行監(jiān)測十分必要。其中，三維激光掃描技術相對于其他技術而言具有一定的優(yōu)勢，在高危邊坡監(jiān)測中具有良好的應用價值。

2.高危邊坡數據采集分析

2.1研究對象

經勘查，某市交通線路山體附近存在高危地質災害等隱患，本文研究對象便選擇某隧道進口易發(fā)生邊坡崩塌的區(qū)域。通過運用三維激光掃描儀予以數據掃描并處理，獲取該區(qū)域的DEM模型、大比例尺地形圖以及橫縱斷面圖等，提供研究對象數據成果，并在成果的基礎上，盡可能的消除隧道施工的安全隱患。

2.2具體方案

利用三維精細化掃描測繪，對隧道口附近高危邊坡地質災害予以監(jiān)測，具體技術路線如圖1所示。為確保三維建模精度滿足需求標準，應當合理布設控制網，并引測高程、地方坐標系統(tǒng)。經過分析探討，現將改構建方法予以簡化，即通過全站儀，進行邊角測量和導線測量，共同致力于構建2+1維測量控制網，主要包括高程控制網和平面控制網，并選擇GNSS技術，完成大地坐標控制網的設計工作。

根據技術路線示意圖，現將控制網精度等級予以設置：一級：三角網以及導線網；E級：GNSS網；四等：高程控制網。

測站坐標系作為掃描采集的點云數據，經標靶球測量分析結果，轉換控制網坐標系。完成上述工作后，需要掃描測量，并盡可能地確保覆蓋全面，相鄰站點間數據應有合理的重疊度，并且同時滿足設計標準中的若干控制條件。選擇高精度全站儀進行聯(lián)測，控制測角精度大于等于1mm，測距精度大于等于2+210—6Dmm。運用多測回測角法測量標靶球中心坐標，分兩次進行。

3.數據處理研究

3.1數據處理流程

某種意義上來說，點云數據處理的整體流程較為煩瑣復雜，內容多樣，具體包括數據融合、三維建模、數據精簡、特征提取、數據去噪、數據分割、數據配準以及構建點云模型等，內容有，導人點云數據、曲面片優(yōu)化、三角形優(yōu)化、建模后簡化、優(yōu)化抽稀點云數據、濾波去噪點云數據、封裝建模點云數據、拼接點云數據、整體點云坐標轉換、點云附加照片、漏洞修補以及定位球形標靶等。以上數據處理過程，均在軟件Geomagic Studio中實現，該處理流程如圖2所示。

完成處理點云數據工作后，也就實現了全景模型和實體模型的構建。成果主要包括：①1：500橫、縱斷面圖；②點云原始數據；③地質災害重點監(jiān)測區(qū)域實體模型；④掃描區(qū)整體真彩點云數據；⑤地形圖監(jiān)測區(qū)域全景模型。

3.2數據成果分析

（1）完成封裝處理后，需要精細修補點云數據，最終得出區(qū)域三維模型。

（2）通過提取特征點，制作1：500大比例尺圖，并導入CASS中，完成地形圖的繪制。

（3）一般而言，數字高程模型建模主要包括四種方法：第一種，是點的建模，第二種，是三角形的建模，第三種，是格網的建模，第四種，是任意兩種結合的混合建模。原始數據作為云數據而存在，為此，點的建模方法更為適用。

（4）完成的三維模型，應在所需位置截取線性圖，并導入CASS中，完成橫縱斷面圖繪制，如圖3所示。

4.結語

總之，三維激光掃描技術，具備高效能、高精度等優(yōu)點，能夠構建掃描實物三維模型，是獲取空間數據行之有效的措施之一，能夠在高危邊坡監(jiān)測中發(fā)揮著無可替代的作用。本文以某隧道口案例為例，分析三維激光掃描技術的應用，為高危邊坡提供了有效監(jiān)測，奠定了良好的工程安全施工保障基礎。