三維激光技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害中成果制作工藝研究

付博

摘 要：伴隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，各行各業(yè)對地理信息的需求越來越強，越來越多的領(lǐng)域如礦難救援、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測、海域管理、環(huán)境評估、公共設(shè)施管理等都離不開地理信息的使用。傳統(tǒng)的測量方式已經(jīng)無法滿足現(xiàn)實場景、搶救時間等需求，采用三維激光掃描儀對地質(zhì)災(zāi)害中的重點區(qū)域進行數(shù)據(jù)采集是目前最為理想的手段。論文研究該技術(shù)在地災(zāi)害中的應(yīng)用，探究其采集流程以及數(shù)字化成果的制作工藝，為地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)用快速提供第一手數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)災(zāi)害;三維激光;數(shù)據(jù)采集

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.02.128

1 引言

我國河北省是地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)地區(qū)，地質(zhì)災(zāi)害隱患點有3000多個，其中重大地質(zhì)災(zāi)害隱患點有331個，嚴重威脅著人民群眾的生命財產(chǎn)安全，阻礙著社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。面對日益突出的地質(zhì)災(zāi)害問題，相應(yīng)的應(yīng)急測繪保障系統(tǒng)必須實時跟進，這就要求提高地理信息數(shù)據(jù)快速獲取能力。但是，常規(guī)測量手段受周期、環(huán)境等因素限制，滿足不了國土管理部門的及時、精確災(zāi)害監(jiān)測的需要，因此，一種既快速又經(jīng)濟的數(shù)據(jù)獲取和更新方法是當前需要解決的問題。采用地面激光掃描技術(shù)獲取重點區(qū)域點云數(shù)據(jù)，并對其進行三維建模以及綜合管理，是目前最適合進行地理信息數(shù)據(jù)快速獲取的理想手段，它也得到了各地國土和測繪行政主管部門的高度重視。

2 總體工作思路

利用地面三維激光掃描儀對各個地質(zhì)災(zāi)害隱患點進行測量，所以在進行外業(yè)數(shù)據(jù)采集前需要進行行車路線設(shè)計和測站設(shè)站設(shè)計，然后通過外業(yè)踏勘來確認路線的可行性;外業(yè)采集數(shù)據(jù)主要是地面激光掃描技術(shù)，在車輛的行進和設(shè)備單點架設(shè)之中快速采集災(zāi)害點區(qū)域的整體空間位置數(shù)據(jù)和影像數(shù)據(jù)，經(jīng)后續(xù)處理，形成所需的數(shù)字高程模型（DEM）和實景影像，經(jīng)過疊加比對分析，為國土資源管理部門提供不同類型地質(zhì)災(zāi)害點區(qū)域的地理信息。

在地質(zhì)災(zāi)害隱患點附近選取2～4個地面標識點作為控制點，并用RTK測量來獲取其坐標，用于測量數(shù)據(jù)的起算坐標，實現(xiàn)數(shù)據(jù)坐標系統(tǒng)一致。對各個地質(zhì)災(zāi)害隱患點進行掃描完成后，對外業(yè)數(shù)據(jù)進行內(nèi)業(yè)處理，最終得到所需的成果數(shù)據(jù)。

3 地質(zhì)災(zāi)害成果制作工藝

3.1 制作點云數(shù)據(jù)和實景影像

外業(yè)采集完成后，需要對原始點云數(shù)據(jù)和實景影像數(shù)據(jù)進行處理，主要包括以下幾個方面：

（1）多站點三維激光掃描系統(tǒng)數(shù)據(jù)整理和融合。

（2）剔除原始點云數(shù)據(jù)中的粗差和噪聲。本次主要是獲取滑坡和泥石流區(qū)域地形地貌，區(qū)外的地形不在要求范圍內(nèi)，因此應(yīng)把其他的多余點刪除。手動刪除方式和CAD軟件上選中點，delete鍵刪除相同。除此之外，軟件還有其他多種過濾方式，包括：1）距離過濾;2）孤點過濾; 3）光柵過濾; 4）隨機過濾。

（3）對點云數(shù)據(jù)進行濾波處理，濾除點云中的樹木、植被、房屋等，提取主要地面要素，并進行分層處理。植被是目前地形測量中最主要的干擾物，因其覆蓋地球表面，使得我們一般情況下無法直接觀察到地表結(jié)構(gòu)，全波段的三維激光掃描系統(tǒng)能夠根據(jù)波段的不同，測量的部分真實的地表信息，為數(shù)字高程模型的建立提供科學的依據(jù)和可靠的數(shù)據(jù)。

（4）對GPS靜態(tài)測量得到的控制點數(shù)據(jù)從WGS84坐標系轉(zhuǎn)換到2000國家大地坐標系，然后將處理后的點云數(shù)據(jù)根據(jù)轉(zhuǎn)換好的起算控制點數(shù)據(jù)進行坐標系統(tǒng)轉(zhuǎn)換，最終形成項目所需要的點云數(shù)據(jù)成果。

把RTK采集的標靶的數(shù)據(jù)導出來，生成相關(guān)的數(shù)據(jù)格式。標靶數(shù)據(jù)導入掃描儀軟件后，把RTK測得的標靶的坐標導入到掃描儀軟件中。

把掃描儀掃描的坐標系導入到軟件以后，軟件就會自動的解算任何三點組成的三角形的邊長、角度信息，然后軟件在坐標轉(zhuǎn)換的過程中會把兩個最相近的三角形重疊到一起，這樣兩個三角形重疊在一起了，即坐標也轉(zhuǎn)換了。

以第一站為例：擺放了三個標靶S1、S2、S3。SOCS往GLCS坐標系中轉(zhuǎn)換時，軟件會解算點S1與S2，S1與S3，S2與S3的距離信息，邊S1S2與S1S3，S2S1與S2S3，S3S1與S3S2之間的角度信息。同時軟件也會解算GLCS中任何3點之間的這種距離、角度信息。最終SOCS（S1、S2、S3）構(gòu)成的三角形會符合到GLCS（S1`、S2`、S3`）這個三角形上，并且在坐標轉(zhuǎn)換過程中會自動進行平差計算。

（5）將實景影像數(shù)據(jù)和點云數(shù)據(jù)進行配準。

3.2 制作數(shù)字高程模型

根據(jù)制作的點云數(shù)據(jù)成果，生成數(shù)字高程模型。

4 結(jié)束語

利用先進三維激光掃描系統(tǒng)測量技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害中的應(yīng)用，彌補傳統(tǒng)方式的不足，快速獲取災(zāi)害地質(zhì)區(qū)域的數(shù)據(jù)，解決實際環(huán)境中的儀器擺設(shè)問題，提高人工效率。獲取的數(shù)字化成果為地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測、預(yù)警和突發(fā)事件的處理決策有非?，F(xiàn)實的工程意義。

參考文獻：

[1]王利.地質(zhì)災(zāi)害高精度GPS監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)研究[J].測繪學報， 2015，44（07）：826.

[2]金鼎堅，支曉棟，王建超等.面向地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查的無人機遙感影像處理軟件比較[J].國土資源遙感，2016，28（01）：183-189.

[3]唐川，馬國超.基于地貌單元的小區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性分區(qū)方法研究[J].地理科學，2015，35（01）：91-98.