三維激光掃描技術在地質測繪中的應用

薛成永

（山東鈺鏹地質資源勘查開發有限責任公司，山東 泰安 271000）

為進一步提升工程項目建設質量，需精確測量相應地質條件情況。在傳統地質測繪模式下，測繪項目所需要的人力、物力資源較多，測繪過程煩瑣且準確度較低，難以滿足當前工程項目建設需要?；诖耍S激光掃描技術在地質測繪工程中得以廣泛應用。該技術將激光引入測量裝置，憑借激光單色性、方向性、相干性、高亮度等特點開展地質測量，有效提升了測量的效率和質量，為現代工程項目建設創造了有利條件。

1 三維激光掃描的內涵及優勢

1.1 三維激光掃描技術的基本內涵

作為一種全新化的地質勘查手段，三維激光掃描技術在測繪領域的應用逐漸廣泛，其不僅提升了地質測繪結果的準確性，而且有效地縮短了地質測繪的時間，具有良好的工程效益、經濟效益、社會效益。在實際測量中，三維激光掃描技術對傳統的GPS定位系統進行改進，然后通過激光進行掃描，并由此來判斷建設工程施工環境情況。從測量結果來看，其能為測量人員提供豐富的三維測控點云數據，并且在確保數據精準的情況下，測繪人員可以繪制建設區域三維立體模型。在實際施工中，建設人員能通過該模型，立體化、直觀化地掌握建設區域地質情況，保證了地質測繪精度，為工程項目建設創造了有利條件[1]。

1.2 三維激光掃描技術的技術優勢

現階段，三維激光掃描技術在地質測繪中的應用不斷普遍。與傳統掃描技術相比，三維激光掃描具有極大的技術優勢。一方面，該檢測技術通過激光射線進行地質環境測量，激光線本身具有單色性、方向性、相干性、高亮度的特點，測繪人員可在非接觸模式下，實現地質環境情況的有效測量；另一發面，借助于三維激光掃描系統，測繪人員能動態檢測測量數據，并對測量數據進行數字化分析，確保了測量數據的精確性。此外，三維激光掃描技術借助于現代通信手段，實現了測量數據的即時傳輸、分析、保存、管理和應用，有效地提升了測繪數據的應用價值。需注意的是，現代三維激光測繪手段還能直觀地觀察地質內部環境，這降低了測繪單位的工作成本，有效地提升了測繪工程的效率和質量[2]。

2 三維激光掃描技術在地質測繪中的應用流程

2.1 地質數據采集

地質測繪工作中，通過地質勘測掌握一定地理區域真實的地質水文情況，是三維激光掃描技術數據采集管理的最終目的[3]。在工程項目建設中，應基于工程建設目標，采集地質情況基礎數據（見圖1）。在整個數據采集中，應注重以下要點把控：第一，為確保數據采集的高效性，應注重掃描儀的合理選擇，同時確定標靶方向，并有效規劃測區站點，以減少原始測量數據之間的誤差。第二，在實際測量中，需嚴格按照標準比例尺進行實際測量，同時采用計算機軟件處理相關數據，確保測量數據的精確性。

圖1 三維激光地質數據采集

2.2 測量數據的預處理

完成地質情況基礎數據采集后，需對所采集的數據進行預處理。一方面，需將激光雷達點云數據運用其中，這樣不僅能消除和分隔噪聲、變換坐標，而且能實現圖像匹配、點石匹配的有效處理。另一方面，需對不同點位之間的數據進行匹配處理，即需確保其格式相同，且各數據基于同一坐標體系進行換算處理。此外，應在構建目標模型后定量分析相關數據信息，以獲取詳細的地質信息。

2.3 提取繪制地面物體

地面物質提取與繪制是地質測繪工作的重要內容。通常，未經處理的地質信息為多組數據信息，在完成數量預處理后，需提取繪制地面物體，建立測量區域地貌模型，并實現測量信息的矢量表達。通常，在地物提取與繪制過程中，同樣會使用到三維激光掃描技術。具體而言，可在該技術的支撐下，提取地面的物體，匹配相應的點云數據；同時還可以在特定軟件的支撐下，將三維激光掃描得到的結果進行格式轉化、存儲，并導進相應的軟件執行繪圖工作。

2.4 生成等高線

等高線生成是地質測繪過程中一個較為重要的環節。三維掃描技術掃描的密度相對較大，這使得在測繪過程中，容易因點位密度大而造成分布不均勻，此時如果繼續使用三維激光掃描技術掃描等高線，就會造成等高線信息獲取混亂，影響地面信息獲取的準確度。因此，在地質測繪等高線生成過程中，要合理使用三維激光掃描技術，還需要排除地形干擾因素，結合測繪技術的相應精度標準適當改動，這樣可利用處理之后的信息數據生成等高線，確保了地質測繪的精確程度。

2.5 地形圖的編輯

編輯地形圖，進而指導工程項目建設是地理測繪的重要目標[4]。在地形圖編輯過程中，核心要點在于實現地面物體圖形與等高線圖形的匹配。在地形圖實際編輯中，由于前期處理會刪除一些地形數據，這使得等高線會出現部分缺失問題，影響了地形圖編輯工作的開展。對此，在實際工作開展中，需手動修改，然后結合相關資料，通過較為真實的數據反饋進行補充；同時應加大編輯軟件的應用程度，不斷完善圖形信息，以確保地形圖最終成圖的完整性、準確性。

3 三維激光掃描技術的應用要點

3.1 車載激光掃描系統應用

車載激光掃描系統在當前地質測繪中的應用極為廣泛（見圖2）。從應用過程來看，其在三維激光掃描系統的基礎上，融合使用車載移動測量系統。在當前測量過程中，為了更快、更準確地測量地質信息，人們在車載移動設施內加入精確導航系統和數據信息，這使得設備規避障礙時更加靈活，有效保證了地質信息的掃描質量。

圖2 車載激光掃描

越野車是車載系統的前身車型，在地質測繪過程中，將激光掃描設備與攝像系統安裝在上面，就構成了全新的掃描系統。從應用過程來看，車載激光掃描系統應用環境不同，其實際的高度也存在較大差異。基于此，應在測量前，系統分析選取的地點，并在固定升降設備的支撐下，調整掃描儀高度。同時，為了保證測量的精確度，還需在掃描點附近設置一些檢查點，這樣，通過對車輛自身定位系統的利用，車載激光掃描系統能將自身的地理坐標確定下來，這樣能有效減少測量工作所用時間，提升測量的效率。需注意的是，在地理信息收集過程中，受測量車輛體積的影響，其還會產生一定的測量盲區。對此，需在測量前系統設計測量車之間的間距；同時，還應在數碼照片同步技術的支撐下，調節照片的透明度，進而對構建的模型進行約束；此外，還應通過自動化數據處理與人工結合的方式，優化處理車載激光掃描的結果，以減小測量誤差，提升地形測量的準確性。

3.2 3D激光掃描儀應用

通過激光測量距離是3D激光掃描儀的主要功能。在實際應用中，掃描棱鏡屬于內部設備，3D激光掃描儀應在該設備單元的支撐下，不需要反射棱鏡就可以實現對掃描點三維坐標的精確測量，而且掃描速度非?？?。與傳統掃描方式相比，其具有較高的分辨率，同時測量過程無須進行實物接觸，數據采集效率較高。在使用其余全息照片時有著相同的原理，即將激光分成2束，一束光照射物件，一束直接照到底片上，使感光元件感光。在使用中，為確保記錄物體的立體，需注重激光分束的合理應用[5]。

3.3 海量數據獲取

相比于傳統地質測繪，三維激光掃描技術在地質測繪中注重海量數據的測量和應用。這主要得益于其自身較高的數據獲取效率和處理效率。在實際測量中，針對三維激光掃描技術大密度的地址信息掃描獲取，不僅要注重原始數據的收集和分類存儲，還應注重數據從護理軟件的有效更新，通過云計算系統進行測量數據校準、分析，由此獲得較為準確的地理地質信息，并構建地形模型，為后期工程建設提供有效指導。

4 結論

三維激光掃描技術對于現代地質測繪工程的發展具有重大影響。實際測量中，測繪人員只有充分認識到三維激光掃描技術的測量原理和應用優勢，并在把控其測量過程的同時，進行技術要點的全面把握，才能有效提升三維激光掃描技術的應用水平，進而保證地質測量精度，推動測繪工程的進一步發展。