王定琨 姚月龍

江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局九一五地質(zhì)大隊 江西南昌 330000

1 三維激光掃描技術發(fā)展概述

三維激光掃描技術是現(xiàn)代國際上一種十分先進的測量技術，其主要基于激光測距原理，通過記錄被測物體表面各個點的三維坐標、反射率、紋理等信息來被測目標進行三維模型構建并得到被測目標線、面、體等相關數(shù)據(jù)。這一技術下實際測量的點數(shù)更多，所以基于以點成面的原理，三維激光掃描技術能夠完成面測量，這相較于傳統(tǒng)單點測量技術無疑形成巨大突破。此外，相較傳統(tǒng)測量技術，三維激光掃描技術還具有快速性、無接觸性、實時動態(tài)性、高精度、數(shù)字化、自動化等顯著特點，相較傳統(tǒng)技術實現(xiàn)了全面性的突破。如三維激光掃描技術的掃描速度可以達到每秒數(shù)萬點，如此就極大提升了測量速度，同時該技術所進行的細微點位的測量，能夠進一步提升測量精度，保證測量的準確性[1]。由此可見，三維激光掃描技術在測量方面擁有極為突出的優(yōu)勢，加之其能夠在汽車、飛機、地面等不同載體上進行裝載，如此就使得其在實踐中的應用變得極為廣泛。目前，該技術已經(jīng)被廣泛應用在了古跡保護、建筑、規(guī)劃、土木工程、工廠改造、室內(nèi)設計、建筑監(jiān)測、交通事故處理、法律證據(jù)收集、災害評估、船舶設計、數(shù)字城市、軍事分析等諸多領域，并對這些領域工作的開展提供了強大技術支撐。

2 三維激光掃描技術的作業(yè)程序

當前三維激光掃描技術實際工作的具體程序一般為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、地面物體提取與繪制、等高線生成、地形圖編輯。

數(shù)據(jù)采集是其在地質(zhì)測繪中發(fā)揮作用的第一步，其主要目的是對勘測區(qū)的數(shù)據(jù)信息進行收集，以掌握勘測區(qū)的具體情況。在進行數(shù)據(jù)采集時，為確保數(shù)據(jù)采集的準確性并減少數(shù)據(jù)處理的工作量，通常不需要選取過多勘測區(qū)站點。同時采集中還需要利用點云數(shù)據(jù)來對相關數(shù)據(jù)進行獲取與處理。此外，數(shù)據(jù)采集過程中在進行采樣標準選取時還必須注意以標準比例尺為規(guī)格。

數(shù)據(jù)處理過程主要是利用消除和分隔噪聲、變換坐標、匹配圖像和點石匹配等方式對數(shù)據(jù)加以處理，期間需要注意對不同站點的數(shù)據(jù)信息進行匹配，并將這些信息統(tǒng)一在一個坐標系中。此外還要對各項信息數(shù)據(jù)做好定量分析并對測量目標進行構模。

地面物體提取和繪制主要是通過點云數(shù)據(jù)的匹配以及激光掃描結果的處理來進一步借助相關軟件進行地質(zhì)特點的繪制。繪制出對地面物體可以被轉(zhuǎn)換成所需格式并被存儲起來。

等高線生成主要是進一步對地形的各種干擾因素進行排除，然后再結合測繪技術的具體精度標準對其進行改動，最后借助專業(yè)軟件將處理后的信息數(shù)據(jù)生成等高線，從而完成地質(zhì)測繪。

地形圖編輯是地質(zhì)測繪工作的最后一環(huán)，其主要通過將地面物體圖形與等高圖形進行匹配然后再相應完成各編輯動作。實踐中需要將軟件編輯與手動編輯相互結合，以應對實際編輯過程中出現(xiàn)的各種問題[2]。

3 三維激光掃描技術在地質(zhì)測繪中的具體應用

目前，三維激光掃描技術已經(jīng)在地質(zhì)測繪中的許多測量工作中得到應用，如地形測繪、地質(zhì)研究、滑坡監(jiān)測，極大推動現(xiàn)代地質(zhì)測繪工作的發(fā)展。

3.1 在邊坡安全監(jiān)測中的應用

在地質(zhì)測繪領域，邊坡的情況監(jiān)測是十分關鍵的，其關系到地質(zhì)工程中邊坡的安全性。邊坡安全問題主要涉及邊坡的破壞信息，即實踐中需要通過測量技術獲取信息并對邊坡破壞進行預測、破壞狀況分析，進而做好邊坡破壞的預防。利用三維激光掃描技術，地質(zhì)測繪中可以對邊坡災害發(fā)生前后地形變化實施測量，從中獲取邊坡信息并對其可能發(fā)生的破壞與危害進行預防。該技術在邊坡安全監(jiān)測中的具體應用一般是先進行數(shù)據(jù)收集，然后利用DEM、TIM等軟件對采集到的數(shù)據(jù)進行分析與模型構建，然后再進行坐標轉(zhuǎn)換。在坐標轉(zhuǎn)換完成后，就可以通過進一步的分析賴對邊坡安全實施監(jiān)測并做好相關預防。其主要分析內(nèi)容一般包含平面圖的重合比較、等高線重合比較、斷面圖重合比較、斷面圖差分比較等。

3.2 地質(zhì)露頭研究中的應用

三維激光掃描技術在地質(zhì)露頭中的應用主要涉及露頭三維模型獲取、供準確數(shù)據(jù)、地質(zhì)災害預防、地震研究等方面內(nèi)容。實際應用中，人們可以利用該技術對地質(zhì)露頭的影像數(shù)據(jù)進行獲取，并利用相關軟件對地質(zhì)露頭模型進行構建，從而獲取到其三維空間內(nèi)的點、線、面、體等信息，然后再以DXF 格式將數(shù)據(jù)導入到后期圖像繪制過程中，進而展開對地質(zhì)露頭的進一步研究

3.3 在基礎地形繪制中的應用

基礎地形繪制中三維激光掃描技術的應用主要按照以下程序進行：①對基礎地形進行掃描。期間需要結合具體的地勢地形環(huán)境進行掃描站點的合理設置，并調(diào)整好分辨率、掃描范圍，同時控制好各站點的具體坐標。②利用相關軟件對要掃描的站點的坐標加以控制，使各站點能夠在同一坐標之中，然后對輸出進行拼接，最終完成掃描數(shù)據(jù)在坐標上的轉(zhuǎn)換。③利用軟件對建筑物與制備進行剔除并構建出一個TIN 網(wǎng)，然后再對其進行優(yōu)化。④以TIN 網(wǎng)為基礎生產(chǎn)等高線，完成基礎地形繪制[4]。

3.4 在地質(zhì)裂縫研究中的應用

三維激光掃描技術也可以實現(xiàn)對各種復雜地質(zhì)的測量，如在地質(zhì)裂縫中，三維激光掃描技術可以對裂縫中的三維信息進行有效收集。一方面，該技術能夠拍攝高密度、高清晰度照片然后再借助虛擬功能對這些照片導入相關軟件中進行處理。另一方面，可以借助軟件再進行模型構建，用以對裂縫進行進一步的研究分析。

4 結語

綜上所述，三維激光掃描技術能夠在當前地質(zhì)測繪的多領域工作中都加以運用，并依靠其突出的功能優(yōu)勢提升地質(zhì)測繪測量效率與準確度，因此未來的地質(zhì)測繪中應進一步加強該技術應用的研究，以為地質(zhì)工程相關工作產(chǎn)生推動作用。