地面三維激光掃描技術在地質調查中的應用

王瑞芳 荊地

摘要：地面三維激光掃描技術屬于新型的測量手段，相較于以往的單點測量方法具有多方面的優勢。單點測量范圍相對較小，并且測量精度有限，同時單點測量技術的覆蓋范圍小，測量效率低。而地面三維激光掃描技術的應用則實現了從點上測量到面上測量的轉變，因此測量精度更高，數據獲取速度更高。該技術還可以實現非接觸測量，因此能夠滿足那些復雜地形的測量工作，并且可以更好地保障工作人員的人身安全。正是因為這些方面的優勢，使得地面三維激光掃描技術在地質調查中的應用十分廣泛，可以為地質調查工作提供有力的支持，可以在很大程度上提升地質調查工作的質量和效率。基于此，本文就地面三維激光掃描技術在地質調查中的應用進行探究，僅供大家參考。

關鍵詞：地質調查地面三維激光掃描技術三維建模應用

Application of Ground 3D Laser Scanning Technology in Geological Survey

WANG Ruifang ?JING Di

（Henan College of Surveying and Mapping， Zhengzhou， Henan Province，450015 China）

Abstract： The terrestrial 3D laser scanning technology is a new type of measurement method， which has many advantages compared with the previous single-point measurement methods. The single-point measurement range is relatively small and the measurement accuracy is limited. At the same time， the single-point measurement technology has a small coverage area and low measurement efficiency. The application of terrestrial 3D laser scanning technology has realized the transformation from point measurement to surface measurement， so the measurement accuracy is higher and the data acquisition speed is higher. The technology can also achieve non-contact measurement， so it can meet the measurement work of those complex terrain， and can better protect the personal safety of the staff. It is precisely because of these advantages that terrestrial 3D laser scanning technology is widely used in address surveys， which can provide strong support for geological survey work， and can greatly improve the quality and efficiency of geological survey work. Based on this， this article explores the application of terrestrial 3D laser scanning technology in geological surveys for your reference only.

Key Words： Geological survey; ground 3D laser scanning technology; 3D modeling; application

地面三維激光掃描技術主要用于測量，該技術的優勢主要體現在面上測量方面，借助該技術能夠有效提升測量效率和測量的精確度。在地質研究中，對該技術的運用也非常普遍，對于提升地質調查工作效率和保障地質調查成果的準確性等具有十分重要的意義，因此可以為導致調查工作提供有力的支持。

1地面三維激光掃描技術發展現狀分析

地面三維激光掃描技術的優勢十分顯著，因此該技術在近年來得到了快速發展。以往的測量技術只能進行點對點的測量，而且借助地面三維激光掃描技術則實現了對面的測量，既能提升地質調查工作的效率，也能保證地質調查成果的精確度。該技術在數字城市建設、地形測繪、建筑監測與地質調查等領域中均有十分廣泛的應用，并且取得了十分顯著的應用效果，能夠為相關領域的發展提供有力的支持。該技術的應用，需要借助三維激光掃描儀，三維激光掃描儀是一個能夠大規模、速率、高精度、大密度獲取目標地物的三維形狀和位置的檢測裝置，內含了掃描棱鏡，不反射棱鏡就可以準確測得數字化掃描點的三維位置。隨著三維激光掃描儀性能的完善，以及數據后臺處理軟件的發展，使得地面三維激光掃描技術的應用效果更為顯著。除此之外，該技術還可以與全站儀和GPS數據相結合，實現對地質災害的監測分析，能夠幫助人們更好地規避和預防地質災害。地面三維激光掃描技術因自身的優勢十分顯著，因此在很多領域中均得到了廣泛的應用，并且對該技術的市場需求也在不斷擴大。但是該技術的應用成本相對較高，這會在很大程度上影響技術的普及率，針對這種情況，應加強對地面三維激光掃描儀的研發，降低技術應用成本，推動技術的廣泛應用，使其更好地為地質調查服務。AA022FC1-DF4F-4474-93B5-E8A209DC7CED

2地面三維激光掃描技術在地質調查中的應用

在地質調查中應用地面三維激光掃描技術，可以全面收集地質環境信息，并借助這些相關信息建模。相較于傳統測量手段，該技術的優越性更強，不僅能夠幫助人們獲取更加全面的地質環境信息，而且還可以更好地保障信息的準確性。除此之外，借助該技術還可以實現非接觸式測量，因此能夠更好地應對復雜地形與環境，能夠對人力難以觸及到的位置進行掃描，獲取這些位置的數據信息。因此該技術的應用還可以更好地保障工作人員的人身安全。本文以水利工程建設為例，分析地面三維激光掃描技術的應用措施。由于水利工程多建設在高山峽谷之中，因此其地形十分復雜，面對陡峭的邊坡，人力難以觸及，因此傳統的地質調查手段難以滿足水電工程建設的需求，這便需要借助地面三維激光掃描技術進行地質調查，而技術的具體應用則應從以下幾個方面入手。

2.1結構面的識別

在地質調查過程中，需要對結構面進行調查，這是地質調查工作的主要內容之一，而借助地面三維激光掃描技術則可以幫助工作人員獲取地質表面的三維數據。但是借助地質表面三維數據只是結構面的地表露出部分，因此數據缺乏全面性。針對這種情況，在結構面識別過程中應該結合地質情況。例如，在技術的實際應用過程中，如果結構面有著明顯的特征，并且結構面的產狀穩定，這對這種類型的結構面，可以直接通過點云數據進行識別。而針對那些結構面特征不明顯，并且存在產狀變化的結構面，則不能直接通過點云數據進行識別，應參照現場照片進行識別，同時為了提升結構面識別的精確性，還需要參考現場調查相關數據，這樣才能對結構面進行準確識別。

2.2結構面產狀等相關測量

以ILRIS 36D地面三維激光掃描儀的應用為例，該掃描儀借助Ploy-works軟件進行數據處理，但是該軟件為直接提供結構面產狀測量模塊，即便如此，也可以實現對結構面產狀的測量。可以借助Ploy-works軟件中的擬合平面模塊進行測量，通過該模塊可以對結構面進行模擬，在完成模擬之后便可以對結構面產狀等進行測量。在實際的操作過程中，應先將測量對象結構面擬合成平面結構，在此基礎上便可以顯示出測量對象結構面的平面方程參數。再結合平面一般方程式“Ax+By+Cz+D=0”便可以得出結構面產狀。由此可見，借助地面三維激光掃描儀，可以為結構面產狀的測量提供有力的支持，極大地提升了地質調查的工作效率，同時也能更好地規避因人為失誤而造成的測量誤差。

2.3危巖體三維尺寸和角度測量

在水電工程建設過程中，需要對高位危巖體進行全面的調查，確保其穩定性與安全性，避免給水電工程建設和水電工程的應用帶來不利影響。高位危巖體存在掉落風險，并且由于其所處位置較高，因此對測量工作而言不僅難度大，同時還會面臨著較高的風險[1]。調查人員難以靠近高位危巖體，進而難以對其進行有效地測量。即使能夠靠近高位危巖體，但是采用傳統技術對其進行角度測量等，需要進行接觸測量，這會給調查人員帶來巨大的風險。針對這種情況便需要借助地面三維激光掃描技術進行測量。該技術可以實現非接觸式測量，因此無需對危巖體進行現場實地測量，能夠更好地保障調查人員的人身安全，并且也可以保障獲取數據的準確性和全面性，幫助調查人員掌握危巖體的三維尺寸和角度，并且借助相關數據還可以準確計算出危巖體的面積與體積，進而為高位危巖體的處理提供參考與依據。除此之外地面三維激光技術可以為水電工程建設提供有力的支持，借助該技術可以實現對開發體積以及土石方量等進行測量。

3案例分析

以某危巖體的測量為例，該危巖體巖層產狀280°～300°<4°～5°，出露地層為二疊系灰巖和志留系頁巖。該危巖體由于二疊系灰巖形成高陡崖，危巖體基底風化嚴重，同時受降雨入滲與工程建設等方面的影響，使其穩定性不斷降低。如果遇到地震或者持續性暴雨等情況，該危巖體出現崩塌現象的幾率較高，因此會給附近居民的生命財產安全帶來巨大的威脅[2]，以此針對該危巖體的測量與調查具有十分重要的意義。

3.1基礎測量

以往，主要借助RTK定位后做點間連線的方式對災害體進行基礎測量。這種方法存在一定的不足，如其連續性不強，進而會給測量精度帶來不利影響，測量結果與實際情況之間容易出現較大的偏差。而地面三維激光掃描技術的應用則可以實現面的測量，不僅測量效率更高，而且測量精度也能得到更好的保障，借助該技術可以更加準確地體現出危巖體的實際狀況。對危巖體進行掃描測量，進而獲取危巖體表面點云數據，再進行數據處理便可以獲取危巖體的基礎幾何參數。借助該技術進行掃描測量，掌握該危巖體表面的點云信息，重要為反射率圖和真彩點云圖，借助這些信息來掌握危巖體的表面狀況，在此基礎上再對點云進行測量，則可以幫助調查人員獲取該危巖體的幾何參數[3]。借助地面三維激光掃描技術，實現了對危巖體的非接觸測量，將野外測量轉化成電腦數據分析，結合數據構建模型，既能保障測量數據的精確性和全面性，也能更好地保障調查人員的人身安全，因此相較于傳統的接觸式測量，該技術的作用和優勢更加顯著。

3.2構建DEM模型

在完成基礎測量之后，可以借助點云數據構建危巖體的DEM模型。DEM模型構建能夠將測量數據轉化為測量成果，因此是技術應用的重要環節。借助DEM模型可以實現對危巖體體積的推算，同時，也能提取到等高線等方面的數據信息，因此DEM模型的構建對于地質調查而言具有十分重要的意義。在構建DEM模型之前，需要對點云數據進行降噪處理，這樣做的目的在于能夠更好地保障DEM模型的精度[4]。在掃描數據中存在噪聲點，因此要將噪聲點刪除，這樣才能保證數據的準確性，而刪除噪聲點則需要借助濾波處理的方式，可以手動進行處理，也可以自動處理。手動處理通常用于那些特征明顯的噪聲點刪除中，而針對其他類型的噪聲點刪除處理則需要借助自動處理的方式。在完成噪聲點刪除處理之后便可以直接生成危巖體的DEM模型，借助該模型，能夠直接體現出危巖體表面的結構特征，如其表面存在的節理裂隙等。AA022FC1-DF4F-4474-93B5-E8A209DC7CED

3.3提取等高線

針對高位危巖體的測量，傳統方法的應用不僅會給調查人員帶來極大的安全風險，而且測量精度也難以保證，很容易出現等高線重疊的現象[5]。而借助三維激光掃描技術則可以有效規避此類問題，可以更好地保障測量的精確性。三維本身便具有立體屬性，借助該技術構建DEM模型便可直接生成等高線，因此運用該技術提取等高線十分便捷，同時借助三維等高線還能夠更好地展現出地形的起伏狀況，可以有效規避等高線重疊問題的發生。

3.4體積推算

傳統的測量技術獲取的數據精確性不足，因此以這些數據推算出的危巖體的體積也必然缺乏精確性，容易出現較大的誤差。而借助三維激光掃描技術，可以根據DEM模型的分析來獲取危巖體的體積參數[6]。由于該危巖體之前發生過小規模的崩塌，以此該危巖體依然存在著加到的安全隱患，需要借助三維激光掃描技術準確進行體積推算，準確判斷存在崩塌隱患的體積，進而為安全防范措施的制定提供參考依據。除此之外，借助該技術還可以實現對已崩塌體積的推算，可以在DEM模型基礎上虛擬崩塌發生之前的危巖體外表面，然后測算出危巖體總體積，然后再減去目前危巖體體積便可推算出崩塌體積[7]。

4結語

地面是哪位激光掃描技術的應用，能夠為地質調查工作提供有力的支持，不僅有助于提升地質調查工作的質量和效率，而且還可以更好地保障調查工作的安全性。因此要充分認識到該技術的優勢和作用，并結合地質調查工作的實際需求加強技術應用。

參考文獻

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[6]陳錦.基于地面三維激光掃描技術的潮灘地物分類和含水量反演研究[D].上海：華東師范大學，2020.

[7]李東海.三維激光掃描技術在1∶1萬地質災害詳細調查中的應用——以河北邢臺峽谷群國家地質公園為例[J].測繪通報，2019（7）：160-162.AA022FC1-DF4F-4474-93B5-E8A209DC7CED