徠卡測(cè)量系統(tǒng)貿(mào)易(北京)有限公司 王 興

徠卡測(cè)量新技術(shù)應(yīng)用專(zhuān)欄

徠卡三維激光掃描儀在油氣勘探上的應(yīng)用

徠卡測(cè)量系統(tǒng)貿(mào)易(北京)有限公司 王 興

一、前 言

本文所述項(xiàng)目位于四川省某區(qū)縣山地地形中。由于以往的地形測(cè)量方式外業(yè)上工作量大，生產(chǎn)效率也很有限，為了優(yōu)化地震物探部署方案，筆者提出采用徠卡 HDS8800激光掃描儀及高精度 GPS RTK測(cè)量系統(tǒng)獲取該項(xiàng)目部分區(qū)域多站點(diǎn)的三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并利用HDS8800配套的專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接、去噪、抽稀等工作，從而得到該區(qū)域的地表數(shù)字地形圖、MESH數(shù)據(jù)和等高線(xiàn)等成果。

二、HDS三維激光掃描系統(tǒng)技術(shù)原理

1.技術(shù)原理

HDS(high definition surveying)的意思是高清晰測(cè)量，通俗的叫法是三維激光掃描系統(tǒng)。它是利用激光測(cè)距的原理，密集記錄目標(biāo)物體的表面三維坐標(biāo)、反射率和紋理信息，對(duì)空間進(jìn)行真實(shí)的三維記錄。

2.技術(shù)特點(diǎn)

常規(guī)測(cè)量地形法(如用經(jīng)緯儀、測(cè)距儀等)通常是先布控制網(wǎng)點(diǎn)，最后依靠加密控制點(diǎn)和圖根控制點(diǎn)進(jìn)行繪制平面圖，而GPS RDK地形測(cè)繪法是依靠快速獲取一定數(shù)量的基本控制點(diǎn)坐標(biāo)來(lái)生成地形圖。山區(qū)地形環(huán)境復(fù)雜，很多地區(qū)人員無(wú)法或難以到達(dá)，這些都給地形測(cè)繪帶來(lái)了很大的阻礙，如5 km2的地形測(cè)繪，一般一人需要4天的時(shí)間，且勞動(dòng)強(qiáng)度大。而三維激光掃描儀采用了非接觸測(cè)量方式直接獲取高精度三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，能夠?qū)虘B(tài)介質(zhì)物體進(jìn)行掃描，并且能夠快速將現(xiàn)實(shí)世界的信息轉(zhuǎn)換成可以處理的數(shù)據(jù)，具有掃描速度快、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、精度高、點(diǎn)密度大、主動(dòng)性強(qiáng)、全數(shù)字特征等特點(diǎn)。徠卡HDS8800作為長(zhǎng)距離激光掃描儀的代表性產(chǎn)品，能通過(guò)簡(jiǎn)易的操作模式、高精度的數(shù)據(jù)信息來(lái)完成大范圍的地形數(shù)據(jù)采集工作，降低了外業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)也提高了外業(yè)采集數(shù)據(jù)效率。

三、數(shù)據(jù)采集過(guò)程

由于即將掃描的區(qū)域?yàn)榈湫痛ㄓ鍦\丘地形，地形復(fù)雜，所以前期階段筆者對(duì)掃描區(qū)域進(jìn)行了實(shí)地勘察，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)不同地表地質(zhì)條件制定出測(cè)量項(xiàng)目規(guī)劃，然后在掃描區(qū)域建立GPS控制網(wǎng)。本次項(xiàng)目是徠卡HDS8800激光掃描儀，它類(lèi)似于全站儀式的操作，完成后視定向后就可以直接開(kāi)始掃描工作，無(wú)需再單獨(dú)布設(shè)反射標(biāo)靶，所以它的效率完成度高。

HDS8800激光掃描儀是一款高速激光掃描、7000萬(wàn)像素相機(jī)，具有2 km長(zhǎng)距離的掃描距離，能通過(guò)自帶的14倍望遠(yuǎn)鏡鏡頭進(jìn)行后視，并能通過(guò)手持控制面板進(jìn)行坐標(biāo)寫(xiě)入和掃描控制工作，這些硬件大大提高了外業(yè)工作效率，也降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。

本次油氣勘探項(xiàng)目施工區(qū)域?qū)偎拇ㄅ璧販\丘地形，交通網(wǎng)復(fù)雜、人煙稠密、多植被。

利用徠卡HDS8800激光掃描儀和高精度GPS RTK測(cè)量系統(tǒng)對(duì)該項(xiàng)目部分區(qū)域進(jìn)行了激光測(cè)量，數(shù)據(jù)不足處進(jìn)行后期補(bǔ)站掃描。外業(yè)工作人員2人，現(xiàn)場(chǎng)工作時(shí)間0.5 d，掃描面積5 km2。

四、數(shù)據(jù)處理分析

數(shù)據(jù)處級(jí)過(guò)程主要是將點(diǎn)云植被等干擾數(shù)據(jù)去除，留下地形數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行抽稀，生成地表數(shù)字地形圖、MESH數(shù)據(jù)和等高線(xiàn)。圖1為數(shù)據(jù)操作過(guò)程，(a)為原始數(shù)據(jù);(b)為抽稀完的數(shù)據(jù);(c)為生成的等高線(xiàn)數(shù)據(jù);(d)為生成的DEM數(shù)據(jù)模型。

三維激光掃描測(cè)量技術(shù)繪制的數(shù)字地形圖，點(diǎn)位密度、平面位置中誤差和高程中誤差低，效果高于1∶500地形圖，可以更好地應(yīng)用于油氣管網(wǎng)布設(shè)和數(shù)字油田建設(shè)等領(lǐng)域。

五、后期成果匯報(bào)

地震勘探是目前主流勘探方法之一，其特點(diǎn)是勘探效率高，是石油物探中最有力的勘探手段，應(yīng)用廣泛。但是如何降低成本，如何優(yōu)化地震測(cè)線(xiàn)部署和觀(guān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以及合理選擇激發(fā)點(diǎn)和接收點(diǎn)，監(jiān)控野外施工質(zhì)量，合理組織施工和安全管理等一系列問(wèn)題一直是野外地震采集工作的難點(diǎn)。徠卡激光掃描系統(tǒng)可獲得精確的三維數(shù)據(jù)，服務(wù)于地震勘探工程的綜合分析、地震測(cè)線(xiàn)評(píng)價(jià)與優(yōu)選、激發(fā)點(diǎn)與接收點(diǎn)室內(nèi)逐點(diǎn)優(yōu)化設(shè)計(jì)及有效制定野外施工風(fēng)險(xiǎn)控制預(yù)案。

1.物理點(diǎn)分布分析

圖2為俯瞰工區(qū)內(nèi)某場(chǎng)鎮(zhèn)的情況。圖2中地物、地貌影像均為由掃描儀獲取的真彩色點(diǎn)，在此圖上可以清晰分析、精細(xì)設(shè)計(jì)物理點(diǎn)的分布情況。

2.MESH數(shù)據(jù)和等高線(xiàn)

將掃描獲取的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)入自帶數(shù)據(jù)處理軟件，將非地面點(diǎn)數(shù)據(jù)過(guò)濾、抽稀，快速生成該項(xiàng)目區(qū)域的MESH和等高線(xiàn)等(如圖3所示)。數(shù)據(jù)生成速度大大提高。

圖2

圖3

3.地震物探野外施工質(zhì)量監(jiān)控與管理

徠卡激光掃描系統(tǒng)可獲得精確的三維數(shù)據(jù)，服務(wù)于地震勘探工程的綜合分析精度控制，有效制定野外施工風(fēng)險(xiǎn)控制預(yù)案。

作為高新技術(shù)成果，此項(xiàng)目中除了使用自帶數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行等高線(xiàn)、MESH模型生成之外，還利用詳細(xì)的真彩色點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行物理點(diǎn)分析，服務(wù)于油氣勘探工程的綜合分析、部署和設(shè)計(jì)及驗(yàn)收物理點(diǎn)，能有效制定野外施工風(fēng)險(xiǎn)控制預(yù)案。

徠卡HDS8800在地震物探中的首次運(yùn)用，打破了原始的復(fù)雜、繁瑣的物探測(cè)量格局，優(yōu)化了地震測(cè)線(xiàn)部署和觀(guān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并能合理選擇激發(fā)點(diǎn)和接收點(diǎn)，以及監(jiān)控野外施工質(zhì)量，合理組織施工與安全管理，進(jìn)一步展示了科技就是未來(lái)的主題。