周欣

（西安長(zhǎng)安大學(xué)工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，西安710061）

1 引言

地面激光掃描儀的種類(lèi)有很多種，包括美國(guó)的FARO三維激光掃描儀、德國(guó)的Z+F三維激光掃描儀、加拿大的Optrch三維激光掃描儀、中國(guó)的北科天繪三維激光掃描儀等多種品牌，主要應(yīng)用地面型三維激光掃描技術(shù)，測(cè)量方式采用高速激光的非接觸式技術(shù)，使圖形復(fù)雜的地形數(shù)據(jù)和衛(wèi)星影像也可以呈現(xiàn)出來(lái)，勘察員可通過(guò)地形、地貌的三維數(shù)據(jù)進(jìn)行研究地質(zhì)災(zāi)害方面的具體工作，進(jìn)而分配任務(wù)，做到提前預(yù)防或者找到解決問(wèn)題的方法[1]。

2 三維激光掃描儀技術(shù)的簡(jiǎn)單介紹

2.1 三維激光掃描儀簡(jiǎn)述

創(chuàng)造出三維激光掃描技術(shù)的時(shí)間為20世紀(jì)90年代中期，是在測(cè)繪領(lǐng)域發(fā)明了GPS定位技術(shù)之后，所研制出的新型掃描技術(shù)。它與之前的單點(diǎn)測(cè)量方法不同，它所具有的高效作業(yè)、準(zhǔn)確測(cè)量的優(yōu)勢(shì)，是以往傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)所不能比擬的，被掃描物體表面的立體坐標(biāo)數(shù)據(jù)可以被快速測(cè)繪出來(lái)，使所得到的數(shù)字地形模型具有更高的分辨率[2]。

2.2 三維激光掃描儀的技術(shù)原理

最近幾年所出現(xiàn)的三維激光掃描技術(shù)，引起了國(guó)內(nèi)各研究領(lǐng)域的關(guān)注，把激光測(cè)距的技術(shù)運(yùn)用到三維激光掃描技術(shù)當(dāng)中，然后再把被測(cè)物體表面的三維坐標(biāo)記錄下來(lái)，查看物體的反射率后，讓被測(cè)物體的立體模型數(shù)據(jù)以及其他數(shù)據(jù)，在最短的時(shí)間內(nèi)被還原。改變了傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)的單點(diǎn)測(cè)量，演變成可以對(duì)物體進(jìn)行測(cè)量的掃描技術(shù)[3]。使用三維激光掃描技術(shù)的范圍變得越來(lái)越廣泛，比如建筑領(lǐng)域、土木工程領(lǐng)域、室內(nèi)設(shè)計(jì)領(lǐng)域、交通事故領(lǐng)域、數(shù)字城市領(lǐng)域、軍事領(lǐng)域和災(zāi)害評(píng)估領(lǐng)域都有應(yīng)用。

2.3 三維激光掃描技術(shù)在各領(lǐng)域當(dāng)中的應(yīng)用

經(jīng)過(guò)改革創(chuàng)新后的三維激光掃描技術(shù)日漸完善，一些三維掃描設(shè)備也被大量暢銷(xiāo)、廣泛使用，在使用三維激光掃描儀掃描物體時(shí)，可以縮短掃描時(shí)間，掃描后得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)也非常準(zhǔn)確，可以反映出真實(shí)的數(shù)據(jù)，因此在各種領(lǐng)域中都有應(yīng)用[4]。

①物體測(cè)繪領(lǐng)域：在建設(shè)大壩和電站時(shí)，經(jīng)常被用于物體測(cè)繪工作中，還被運(yùn)用到公路、鐵路、橋梁和建筑物等各種建設(shè)的測(cè)繪當(dāng)中。②工程結(jié)構(gòu)領(lǐng)域：在進(jìn)行橋梁改建工程時(shí)，可應(yīng)用到橋梁的結(jié)構(gòu)測(cè)量當(dāng)中，可以測(cè)量幾何圖形的尺寸、空間位置和空間面積等，也可應(yīng)用到管道線(xiàn)路的測(cè)量與安裝工程中。③軍事領(lǐng)域：可被應(yīng)用于軍事當(dāng)中的反恐行動(dòng)，用于陸地偵查和攻擊當(dāng)中，可以對(duì)犯罪現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行移動(dòng)監(jiān)控。④游戲開(kāi)發(fā)與電影制作領(lǐng)域：在拍攝電影的過(guò)程中，經(jīng)常被用于電影的場(chǎng)景設(shè)計(jì)，還可以把這項(xiàng)技術(shù)用于網(wǎng)絡(luò)虛擬游戲的開(kāi)發(fā)中，制成虛擬影像。⑤災(zāi)害預(yù)防領(lǐng)域：可以被應(yīng)用到災(zāi)害估計(jì)當(dāng)中，可以進(jìn)行地址災(zāi)害地形的勘察，以及進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)[5]。

3 三維激光掃描儀在地質(zhì)災(zāi)害地形測(cè)繪中的應(yīng)用

三維激光掃描技術(shù)是比較突出的先進(jìn)技術(shù)，它具有工作效率高、分辨率高、儲(chǔ)存信息量大等各種優(yōu)勢(shì),被廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中，以下是對(duì)三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用的具體分析。

3.1 舉例說(shuō)明三維激光掃描儀在地質(zhì)災(zāi)害中的應(yīng)用

例如位于南京市溧水區(qū)的天生橋景區(qū)就存在地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題，因?yàn)樘焐訕虮倍魏涌谑冀K沒(méi)設(shè)過(guò)布防，所以當(dāng)河的水位較高時(shí)，河水就會(huì)流向天生河兩側(cè)的村莊，導(dǎo)致災(zāi)害的發(fā)生。還會(huì)出現(xiàn)土質(zhì)滑坡、巖石滑坡、滾石滾下或者水土流失等地質(zhì)災(zāi)害，為了避免出現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害或者破壞環(huán)境的問(wèn)題，就要對(duì)周?chē)鷶?shù)據(jù)進(jìn)行采集，但是周?chē)菢?shù)木，因而無(wú)法使用無(wú)人機(jī)進(jìn)行巖壁的數(shù)據(jù)采集，但是卻可以使用地面三維激光掃描儀去掃描，從而獲得準(zhǔn)確的物體坐標(biāo)，然后再進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最后繪制出地形圖，還可以進(jìn)行水位線(xiàn)的空間測(cè)量，準(zhǔn)確分析出地質(zhì)災(zāi)害的類(lèi)型，為河道等自然環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)防提供了具體數(shù)據(jù)[6]。

3.2 地質(zhì)災(zāi)害中使用三維激光掃描儀的優(yōu)勢(shì)

①用三維激光掃描儀進(jìn)行掃描，節(jié)省了很多時(shí)間。在進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害搶救時(shí)，由于天氣變化高端莫測(cè)，不同區(qū)域的地質(zhì)也不同，發(fā)生災(zāi)害的現(xiàn)場(chǎng)會(huì)連帶引發(fā)其他的地質(zhì)災(zāi)害，例如地面坍塌、滑坡和泥石流等，因此進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘察的時(shí)間長(zhǎng)短，關(guān)乎現(xiàn)場(chǎng)人員的人身安全，三維激光掃描儀的測(cè)量速度大概為每秒五萬(wàn)點(diǎn)，比傳統(tǒng)掃描儀的速度增加了十倍，大大節(jié)省了測(cè)量時(shí)間，給測(cè)量人員留出更多撤退的時(shí)間，不僅快速完成了測(cè)量數(shù)據(jù)，還給測(cè)量人員留出了更多退到安全區(qū)域的時(shí)間。②運(yùn)用三維激光掃描儀進(jìn)行掃描，可以使測(cè)量人完成站位不受限制的全景測(cè)量。在對(duì)較為復(fù)雜的山體和隧道進(jìn)行勘察時(shí)，傳統(tǒng)的測(cè)量?jī)x器會(huì)限制測(cè)量人員的站位，還要考慮測(cè)量?jī)x器的位置問(wèn)題，非常不方便。然而在勘查時(shí)使用三維激光掃描技術(shù)后，可以在同一地點(diǎn)獲取到更多的數(shù)據(jù)內(nèi)容，把機(jī)器放在一個(gè)位置它可以完成不同角度的全景測(cè)量，獲得全面精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。③使用三維激光掃描儀進(jìn)行掃描，減小了處理的難度。三維激光掃描儀測(cè)量的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度高，并且獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)分布均勻、比較清晰，為之后的處理工作提供了便利，減小了處理數(shù)據(jù)的難度。④使用三維激光掃描儀進(jìn)行掃描，不會(huì)與測(cè)量物體有接觸，更加安全。測(cè)量時(shí)要考慮地質(zhì)災(zāi)害勘察人員的人身安全，并不能與災(zāi)害區(qū)域有近距離的接觸，使用三維激光掃描儀進(jìn)行掃描，不用近距離靠近災(zāi)害地區(qū)，可以進(jìn)行遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)采集，讓有關(guān)專(zhuān)家可以遠(yuǎn)程進(jìn)行預(yù)測(cè)和指導(dǎo)[7]。

3.3 三維激光掃描儀進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害地形測(cè)繪的特點(diǎn)

在使用三維激光掃描技術(shù)進(jìn)行地形測(cè)繪時(shí)，它能夠遠(yuǎn)程對(duì)掃描物體進(jìn)行測(cè)量，快速呈現(xiàn)出測(cè)繪數(shù)據(jù)，每個(gè)立體的點(diǎn)云數(shù)據(jù)都是真實(shí)準(zhǔn)確的，因此最終分析的結(jié)果也是有理可依的，總的來(lái)說(shuō)，用三維激光掃描儀進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害地形測(cè)繪具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：①非接觸性的測(cè)量，可用于采集危險(xiǎn)目標(biāo)。三維激光掃描技術(shù)不用近距離接觸掃描目標(biāo)，就可以采集到目標(biāo)的立體點(diǎn)云坐標(biāo)，不需要進(jìn)行任何處理，簡(jiǎn)單準(zhǔn)確地獲取數(shù)據(jù)，可以遠(yuǎn)距離的用于采集危險(xiǎn)目標(biāo)。②掃描速度快，降低地質(zhì)災(zāi)害勘察中對(duì)調(diào)查人員的安全威脅。三維激光掃描儀的采樣點(diǎn)速率可達(dá)到每秒數(shù)萬(wàn)點(diǎn)或數(shù)十萬(wàn)點(diǎn)，掃描速度非常快，給測(cè)量人員留出了更多退到安全區(qū)域的時(shí)間。③三維激光掃描儀儲(chǔ)存信息量比較大。運(yùn)用三維激光掃描技術(shù)，可以?xún)?chǔ)存大量災(zāi)害隱患信息，內(nèi)部具備有關(guān)地質(zhì)災(zāi)害的圖幅信息，可以幫助專(zhuān)家有效處理地質(zhì)災(zāi)害的問(wèn)題，提供出有關(guān)數(shù)據(jù)，節(jié)省了拯救的時(shí)間。

4 結(jié)語(yǔ)

將三維激光掃描儀引入到地址災(zāi)害的地形測(cè)繪中，節(jié)省了大量的資源，提高了工作效率，使測(cè)量的數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，為工作人員提供了便利，可以快速地進(jìn)行測(cè)量，有利于完成對(duì)地質(zhì)災(zāi)害地形的測(cè)繪，為地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)防做了貢獻(xiàn)。