三維激光掃描測繪在地質災害治理中的應用

徐靜靜

中核勘察設計研究有限公司 河南 鄭州 450000

地質災害作為自然災害的一種，對人類生命財產安全構成嚴重威脅。隨著全球氣候變化，地質災害的頻繁度和嚴重性正在日益加劇，傳統(tǒng)的測量方法已無法滿足地質災害治理的需求，三維激光掃描測繪技術的出現(xiàn)為地質災害治理提供了新的解決方案。

1 三維激光掃描測繪技術概述

三維激光掃描測繪采用激光測距和三角測量技術，通過發(fā)射激光測量其反射時間，結合掃描角度精確計算目標物體的三維坐標和空間數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)包括物體的空間位置（X，Y，Z）、反射率、顏色（R.G.B）等，處理數(shù)據(jù)幫助建立物體的真實色彩三維點云模型，為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和工程應用提供了準確的參考。相比于傳統(tǒng)的單點測量技術，三維激光掃描測繪技術具有非接觸性、快速性、高精度、數(shù)字化等特點，它可以在短時間內獲取大量的空間點位信息，實現(xiàn)高效率測量和建模[1]。

2 三維激光掃描測繪在地質災害治理中現(xiàn)存問題

2.1 受地形限制

應對復雜地形和地勢陡峭地區(qū)，三維激光掃描設備的布設和測量面臨著極大的挑戰(zhàn)，例如：陡峭的地勢增加了設備安置難度，導致掃描數(shù)據(jù)不完整，無法覆蓋整個目標區(qū)域，地形的不規(guī)則性使掃描反射角度發(fā)生變化，獲取的數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差等。在地形復雜地區(qū)進行三維激光掃描涉及安全問題，設備在安置和移動過程中可能會發(fā)生滑落、碰撞等意外情況，對設備的安全造成威脅，在陡峭的地形上工作增加了人員操作的風險，需要采取相應的安全措施來保障人員的安全。

2.2 數(shù)據(jù)處理難度

三維激光掃描通過格式轉換和統(tǒng)一進行數(shù)據(jù)處理，快速捕獲的海量點云數(shù)據(jù)對數(shù)據(jù)存儲、傳輸和處理帶來了嚴峻的挑戰(zhàn)，需要專業(yè)的數(shù)據(jù)處理軟件和技術人員進行操作。受掃描環(huán)境、設備精度等因素的影響，原始點云數(shù)據(jù)中存在大量噪聲點，增加了數(shù)據(jù)處理的難度，點云數(shù)據(jù)的處理涉及多個步驟，如濾波、配準、拼接等，每個步驟都可能面臨不同的技術難題。

2.3 特殊地質結構的挑戰(zhàn)

受地形地貌復雜的影響，例如：存在大量的山谷、陡峭的山坡等，增加了激光掃描設備的布設和測量工作難度，設備無法穩(wěn)定地安放和覆蓋整個目標區(qū)域，導致數(shù)據(jù)不完整或精度較低。地形的不規(guī)則性和地質結構的復雜性使激光掃描的精度和分辨率受到影響，數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差或失真。

2.4 技術標準與規(guī)范不完善

缺乏統(tǒng)一的技術標準，導致不同地區(qū)在數(shù)據(jù)處理和分析方法上存在差異，影響數(shù)據(jù)的可比性和互用性，限制了技術的推廣和應用，造成地質災害的準確評估和治理效果出現(xiàn)偏差，缺乏規(guī)范操作導致數(shù)據(jù)精度下降、穩(wěn)定性不足等問題，降低了數(shù)據(jù)的準確性和可靠性[2]。

3 三維激光掃描技術重要性

三維激光掃描測繪在地質災害治理中具有重要意義，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

3.1 提高地質災害治理的質量與效率

地質災害治理人員利用三維掃描測繪技術，對災害現(xiàn)場進行精確且全面的測繪，為地質災害治理提供精準指導，這種技術可以快速獲取高精度的點云數(shù)據(jù)并生成三維模型，幫助搜救人員掌握災害現(xiàn)場的情況，制定更加科學、合理的治理方案。三維激光掃描測繪還可以結合其他技術手段，例如：無人機、遙感等，實現(xiàn)全方位、多角度的地質災害監(jiān)測和治理，這些技術的綜合應用可以提高數(shù)據(jù)的獲取速度、精度和可靠性，為地質災害治理提供更加全面和準確的信息支持。

3.2 迅速掌握地質災害隱患區(qū)域的整體情況

三維激光掃描技術通過獲取災區(qū)的地形地貌數(shù)據(jù)，提供詳盡的地形信息，幫助搜救人員了解災區(qū)的地形特征和地貌變化。災害發(fā)生后可以快速生成災區(qū)的三維模型，呈現(xiàn)災區(qū)的地形地貌、建筑物和基礎設施的受損情況等，為救援人員提供了直觀的災區(qū)情況，迅速制定救援計劃和分配資源。幫助救援人員及時發(fā)現(xiàn)潛在的危險因素，如滑坡、崩塌等地質災害的隱患點，為預警系統(tǒng)提供重要的數(shù)據(jù)支持，監(jiān)測災害發(fā)生的時間和地點，提前采取防范措施，減少災害造成的人員傷亡和財產損失。此外，三維激光掃描技術還可以用于災后恢復重建的過程中，通過測量和建模，評估建筑物和基礎設施的損壞程度，為修復和重建工作提供精確的數(shù)據(jù)支持，這種技術的應用提高了災后重建的效率，幫助恢復災區(qū)的生活秩序。

3.3 推動地質災害治理領域的科技創(chuàng)新

隨著技術的不斷發(fā)展，三維激光掃描測繪技術將繼續(xù)升級和完善，推動地質災害治理的科技創(chuàng)新，為相關領域的技術進步做出貢獻，例如：引入更先進的數(shù)據(jù)處理和分析算法，提高數(shù)據(jù)的精度和可靠性，為災害預警和防范提供更加準確的數(shù)據(jù)支持等。隨著硬件設備的不斷升級和改進，提高了三維激光掃描測繪技術的速度和效率，為地質災害治理提供更加全面和及時的支持。這項技術在地質災害治理中發(fā)揮越來越重要的作用，為災害防治和減災工作提供了有力支持，為保障人民生命財產安全和社會可持續(xù)發(fā)展做出更大的貢獻。

4 三維激光掃描測繪在地質災害治理中的應用

地質災害預警與評估是地質災害防治工作的核心環(huán)節(jié)，通過科學的方法對地質災害的發(fā)生進行預測和評估，為災害防治和應急響應提供決策依據(jù)。隨著科技的發(fā)展，三維激光掃描測繪技術以其高精度、高效率和非接觸性的優(yōu)點，逐漸成為預警與評估工作的重要工具。

4.1 快速獲取災區(qū)的地形地貌數(shù)據(jù)

為建立預警模型提供基礎資料。在滑坡、崩塌等地質災害中，預警模型的建立至關重要。三維激光掃描技術通過獲取地形的起伏變化建立預警模型，預測災害發(fā)生的可能性，例如：在滑坡災害預警中，對滑坡體的三維數(shù)據(jù)進行測量和分析，了解滑坡體的形態(tài)、規(guī)模、滑動方向等信息，為災害預警提供決策依據(jù)。

4.2 分析結構和損壞評估

在地震、洪水等災害中，建筑物的結構完整性和安全性對于評估工作至關重要，三維激光掃描技術可以快速獲取建筑物結構特征數(shù)據(jù)，對建筑物的結構完整性進行評估，檢測建筑物在災害中遭受的損壞程度，例如：在地震災后評估中，利用三維激光掃描技術對建筑物進行測繪和分析，快速了解建筑物的結構特點和損壞程度，為災后重建和修復工作提供重要依據(jù)。

4.3 道路交通的監(jiān)測與評估

在地質災害中，道路交通的破壞導致救援物資無法及時送達災區(qū)，影響應急響應的效果。三維激光掃描技術可以快速獲取道路的三維數(shù)據(jù)，包括道路的走向、寬度、路面狀況等，對道路的損壞程度進行評估。此技術為道路搶修和重建工作提供決策依據(jù)，在泥石流災害后利用三維激光掃描技術對道路進行測量和分析，快速了解道路的損壞程度和修復難度，為搶修工作提供科學依據(jù)。

4.4 變形監(jiān)測

三維激光掃描技術測量精度在一定條件下可以達到毫米級別，是監(jiān)測變形的理想工具，在地質災害治理中，變形監(jiān)測是非常重要的環(huán)節(jié)，它可以幫助救援人員及時發(fā)現(xiàn)和評估建筑物的變形情況，預防災害的發(fā)生，并為災后恢復提供科學依據(jù)。橋梁變形監(jiān)測是三維激光掃描技術的重要應用之一，橋梁的安全性直接關系到人們的生命財產安全，其安全性和穩(wěn)定性至關重要，三維激光掃描技術可以高精度地獲取橋梁的表面數(shù)據(jù)，分析橋梁的變形情況，及時發(fā)現(xiàn)和解決潛在的安全隱患。除了建筑物和橋梁，隧道也是地質災害治理中需要重點關注的對象之一，隧道變形會導致其結構破壞、通行受阻等嚴重后果，三維激光掃描技術可以精準地獲取隧道數(shù)據(jù)，實時監(jiān)測其變形情況，為隧道的維護和修復提供科學依據(jù)[3]。

通過實踐證明，三維激光掃描測繪技術展現(xiàn)出高精度、高效率和非接觸性的優(yōu)勢，這些技術的應用為地質災害預警與評估提供了重要的技術支持和決策依據(jù)。隨著技術的不斷發(fā)展和完善，三維激光掃描測繪技術將在地質災害防治領域中扮演重要角色，為減少災害損失和保護人民生命財產安全作出更大的貢獻。

5 提高三維激光掃描測繪技術的策略

5.1 優(yōu)化設備性能

設備性能決定了測量精度和數(shù)據(jù)質量，需要專業(yè)人員不斷優(yōu)化設備性能，提高設備的測量精度，加大研發(fā)力度，開發(fā)更先進的三維激光掃描儀；通過采用先進的激光測距技術和高靈敏度接收器，加強設備的校準和標定，確保設備在任何環(huán)境條件下都能夠保持高精度的測量結果；設備的速度和穩(wěn)定性是影響三維激光掃描測繪效率和質量的重要因素，結合優(yōu)化設備的硬件設計和算法，提高設備的掃描速度，縮短數(shù)據(jù)采集的時間，加強設備的穩(wěn)定性測試和可靠性分析，保證設備在長時間工作和復雜環(huán)境下能夠保持穩(wěn)定的性能；加強設備的日常維護和保養(yǎng)，確保設備處于良好的工作狀態(tài)，制定合理的維護計劃和操作規(guī)程，定期對設備進行清潔、檢查和保養(yǎng)，及時發(fā)現(xiàn)和修復設備潛在的問題，防止因設備故障影響數(shù)據(jù)的精度和質量。優(yōu)化設備性能是提高三維激光掃描測繪技術的基礎和關鍵，為三維激光掃描測繪技術的整體水平提供有力保障[4]。

5.2 加強數(shù)據(jù)采集與處理規(guī)范化

規(guī)范三維激光測繪技術，為技術人員提供了明確的工作指導和操作流程，有助于減少人為誤差和操作不當帶來的影響。制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集和處理標準，保證項目數(shù)據(jù)具有一致性和可比性，方便數(shù)據(jù)的共享和交流；在制定規(guī)范和標準時，充分考慮三維激光掃描測繪技術的特點和要求，明確數(shù)據(jù)采集的內容、格式、精度，結合實際應用需求，針對不同領域和行業(yè)的特殊要求，制定具有針對性的規(guī)范和標準；確保規(guī)范和標準的實施效果，加強技術人員的培訓和交流，定期舉辦培訓班、研討會和工作坊等活動，提高技術人員對三維激光掃描測繪技術的認識和操作技能，加強不同團隊之間的交流與合作，分享經(jīng)驗和技巧，共同提升技術水平。

5.3 促進多領域融合

三維激光掃描測繪技術的應用遠不止地理信息領域，它具有廣泛的應用前景和跨領域的潛力。通過與建筑、考古、文化遺產保護等領域的結合，可以進一步拓展三維激光掃描測繪技術的應用范圍，提高其在不同領域的專業(yè)化水平。在建筑領域，三維激光掃描測繪技術為建筑設計和施工提供精確的三維模型，掃描建筑物表面獲取高精度的點云數(shù)據(jù)，快速重建出建筑物的三維模型，這種技術可以幫助建筑師、工程師和設計師理解建筑結構，進行設計優(yōu)化、施工規(guī)劃和結構分析等；在考古領域，三維激光掃描測繪技術為考古研究提供寶貴的三維數(shù)據(jù)資料，通過掃描遺址和文物獲取高精度的三維模型，為遺址復原、文物修復和古建筑結構分析等提供有力支持，幫助考古學家了解古代文明和文化遺產，為保護和傳承歷史提供科學依據(jù)；在文化遺產保護領域，此技術為文化遺產的數(shù)字化保護和傳承提供重要手段，經(jīng)過高精度地掃描文化遺產對象建立精確的三維模型，為數(shù)字化存檔、虛擬修復和展示提供基礎數(shù)據(jù)，提高文化遺產的可見度和公眾參與度[5]。

5.4 加強技術研發(fā)與創(chuàng)新

積極與高校和研究機構合作，共同開展三維激光掃描測繪技術的研發(fā)工作，充分利用資源，加速技術的研發(fā)進程，利用高校和研究機構的人才優(yōu)勢為技術研發(fā)提供強有力的人才支持；除了與高校和研究機構合作外，還應關注市場需求和行業(yè)動態(tài)，深入了解市場需求，研發(fā)出符合市場需求的產品和技術，針對性地開展技術研發(fā)和創(chuàng)新工作；在合作過程中需要保持敏銳的洞察力，及時關注國內外最新的技術動態(tài)和研究成果，將其引入到國內研發(fā)工作中，推動技術的不斷創(chuàng)新和發(fā)展。

5.5 提升數(shù)據(jù)處理技術

具體來講，要積極關注數(shù)據(jù)處理領域的新技術和新工具，及時引入先進的數(shù)據(jù)處理工具和技術，提高數(shù)據(jù)處理的速度和準確性；定期進行數(shù)據(jù)處理相關技能的培訓和提升，使數(shù)據(jù)處理人員能夠掌握最新的數(shù)據(jù)處理技術和工具，優(yōu)化數(shù)據(jù)處理流程；建立完善的數(shù)據(jù)處理流程和規(guī)范，制定科學、合理的數(shù)據(jù)處理流程和規(guī)范，確保數(shù)據(jù)處理工作的有序、高效進行；人工智能和機器學習技術在數(shù)據(jù)處理領域的應用越來越廣泛，引入人工智能和機器學習技術，自動化處理大量數(shù)據(jù)；建立完善的數(shù)據(jù)質量控制系統(tǒng)和管理制度，及時發(fā)現(xiàn)和解決數(shù)據(jù)質量問題，保證數(shù)據(jù)的準確性和完整性。

6 結束語

三維激光掃描測繪在地質災害治理中起到了至關重要的作用。通過高精度地獲取地形地貌數(shù)據(jù)能夠精確地評估災害的嚴重程度，預測未來的災害風險，并制定出科學合理的治理方案。在實際應用中，該技術大大提高了災害治理的效率和準確性，為保障人民生命財產安全提供了強有力的支持。隨著技術的不斷進步，三維激光掃描測繪在地質災害治理中的應用將更加廣泛和深入，為人民群眾生活帶來更多的安全保障。