基于三維激光的地質工程遙感測繪技術研究

李尚宗

（三和數碼測繪地理信息技術有限公司，甘肅 天水 741000）

地質工程測繪是指為進行地質調查、礦產勘察及其成果圖件的編制涉及的全部測繪工作的總稱。主要包括地質點測量、地質剖面測量、礦區測量、井探工程測量、地表移動觀測、有關圖件的繪制、印制和地質礦產信息系統地建立等。地質工程遙感測繪是利用遙感技術，在計算機上進行相關地質信息的收集和計算，達到測繪目的的行為。由于遙感是非接觸的、遠距離的探測技術，其需要運用遠距離的測繪手段測量相關地質信息。三維激光是指利用現代激光技術對地質工程在實際中的位置進行立體定位的技術。將三維激光技術應用到地質工程遙感技術測繪工作中，能夠在遠距離直接對地形進行測繪，減少了人力的參與，降低了復雜地形中人力測繪的風險性。同時，激光測繪還具備極高的精準度，在地質測繪中發揮著重要作用。

1 三維激光技術概述

三維激光技術是在地質工程遙感測繪中，采用激光采集地貌信息，并且成像的技術，其具備極高的精準度和科學性，在地質測繪作業中發揮著重要作用。激光技術主要是從三個方面進行地質的測繪，即空中掃描技術、地面掃描技術以及地下掃描技術三種。不同的掃描技術分別應用在不同的地質測繪工作中，對地質工程遙感測繪具有重要意義。

1.1 空中激光掃描技術

空中激光掃描技術是指利用無人機等高空作業設備，對地質規模較大、地形較為復雜以及在地面上難以進行測量的山體、大型建筑物以及河流走勢等進行測繪的技術。地質工程遙感測繪需要將地形進行整體的測量，然后利于遙感技術進行成像，該過程需要對信息進行全方位的收集。

但是對諸如山體和河流等十分龐大的地形進行測繪時，難以在地面上收集到地形的全貌，此時，需要利用無人機，甚至航空航天衛星等設備，通過激光技術對地形進行三維立體形象的收集。簡單來說，通過無人機或者是衛星等高空作業設備的激光系統進行大型地質測量，即空中激光掃描技術。

1.2 地面三維激光掃描技術

在地質工程遙感測繪技術中，基于三維激光的掃描還能夠通過地面三維激光掃描技術對地形進行測繪。這種技術由傳統的空間掃描技術變化而來，也是一種非接觸性的地形測繪技術。該技術通過三維激光掃描儀器向需要采集信息的地形發射激光，并且反射回到收集裝置[1]，其通過接收到的信息，測繪出地形的具體數據。這種技術普遍應用在建筑或者是規模適中的地形測量中，而且幾乎全程由機器設備進行信息的收集和整理，避免了人力操作導致的失誤，在精準度方面取得較大的提升。

1.3 地下三維激光掃描技術

在地形的測繪工程中，不只對地面地形進行測繪，有時還需要對地下地形進行測繪作業。在傳統的地下測繪工作中，一般采用聲波或者是人力進行測量，但是這兩者均對地形造成一定程度的破壞，甚至對測繪人員的生命造成威脅。利用激光技術進行地質工程遙感測繪，能夠通過光的反射對地下地形進行測量，不僅速度快，精準度高，還減少了人力測繪的參與度，避免了因地下情況復雜造成的測繪失誤，或者是因地形坍塌對相關工作者造成的生命威脅。

2 三維激光在地質工程遙感測繪中的優勢

2.1 數據較為全面，直觀性較強

在現代的測繪遙感技術發展過程中，隨著社會需要的增強，相關部門對遙感成像有了更高的要求。傳統的測繪技術是二維成像，基于衛星定位系統采集到的數據立體性較差，難以直觀地呈現相關地形。但是三維激光技術能夠對物體進行全方位地測繪，提升了傳統測繪的范圍，并且直觀地展現物體的三維。另一方面，激光技術是利用激光反射進行數據收集的技術，根據物體的不同反射率對其進行色彩的標注，將收集到的物體信息在成像的過程中進行顏色區分，極大程度上增強了地形的辨識度，給人一種直觀性和真實性，可以達到現場復制般的效果。

2.2 科學性較強，保證了地形測繪的效率和質量

在傳統的地質工程測繪遙感技術的地形測量環節，一般采用聲波或者人力等方式進行測量，測量的時間最快在兩秒左右，但對于地形較為復雜或者是規模較大的物體時，測量時間通常需要花費幾分鐘。但是在現代化的地形測量中，時間過長無法滿足測繪工程的需要。通過激光技術進行測繪，可以有效地提升測繪的速度。相位式掃描儀的最高速度已經達到120萬點每秒，脈沖掃描儀也已經達到了5萬點每秒，大大提升了地質工程測繪遙感技術的效率。在成像的質量方面，由于具備極強的科學性，受環境影響較小，保障了質量。因此，基于三維激光的地質工程遙感測繪技術在效率上和質量上都有很大地提升。

2.3 增強了操作人員的安全性

傳統的地形測繪技術，需要工作人員深入地形進行實地的考察，在一些危險的地形中，測繪人員需要冒著生命危險安裝測繪設備。因為，為了提高操作人員的安全性，利用三維激光技術進行遠距離的測繪，該技術屬于非接觸式的測量技術，僅需將相關裝備安裝在測量地點，實現自動收集相關信息，避免了人力的參與。

3 基于三維激光的地質工程遙感測繪技術

3.1 地形數據的采集

相關地形成像時，首先需要采集地形的各種信息。在三維激光技術的信息采集作業中，相關人員根據實際情況決定采集的方式和設備，對于工程量較大作業，如森林、山體等地形，利用無人機等設備持續地進行激光掃描，從而全面掌握地形信息；在小地形的測繪中，采用三維激光測繪儀器進行信息地收集，有效避免浪費資源和重復采集。同時，需要事先確立進行掃描點，借助點云數據，對相關信息進行收集。

3.2 地形數據的處理

在對相關的地質信息進行收集之后，通過計算機設備處理收集到的信息，進而將信息轉化為地形圖，以地形圖的形式直觀地反映地形信息，為后續的工作提供便利條件。在相關處理工作中，包括三個層面的處理，即信息除噪、信息匹配以及信息存儲[2]。信息除噪：在信息收集的過程中，由于各種環境的影響，加上激光技術具備較強的收集能力，會將大部分的無用信息也進行收集。這些無用信息不止準確性較差，還會影響必要的信息，因此，需要利用拉普拉斯濾波法、雙邊濾波法以及等間距采樣法進行信息除噪；信息匹配：指將各個點位收集到的信息在計算機上和實物進行配比，進而將地形的整體形象進行掌握。可以采用點石匹配等方式進行處理；信息存儲：顧名思義，就是將收集到的信息進行儲存。由于激光技術精確度較高，對信息的收集較為全面，需要對信息進行壓縮之后，根據不同的類型進行存儲，方便后續查找和使用。

3.3 利用相關軟件生成等高線

在對相關的地形信息進行收集和存儲之后，將相關信息導入專業的軟件，通過專業軟件生成等高線。但是三維掃描技術也存在一定的缺陷，比如，掃描的頻率過于頻繁，造成掃描結果密度較大，進而造成分布不均勻的現象，從而影響成像的質量。因此，在進行成像之前，需要生成等高線，保證信息的精準度。而此過程需要相關人員排除地形地勢等因素的影響，并且結合實際的情況，在相關的技術軟件中生成等高線，避免測繪中出現高度和密度的誤差。

3.4 繪制成地形圖

地形測繪的主要目的就是生成地形圖，因此，三維激光地質工程遙感技術的最后一步是生成地形圖。在生成地形圖時，需要結合激光技術收集到的信息，并且在專業的軟件上，精準地將地面物體實際圖形與等高線圖形進行匹配。如果在匹配的過程中，出現數據和實際情況不相符的情況，需要及時確認，并結合相關資料通過手動的方式進行修改和調整，保障繪制結果的真實性和精密性。

4 結語

傳統的測繪方式已經難以適應現代化的策劃需求，逐漸被地質工程遙感技術取代。該技術需要相關人員利用激光技術，進而達到增強測繪工作的效率和質量的目的。因此，需要相關人員掌握激光測繪的技術以及按照操作流程，進行地質工程的地形測繪。