雷澤飛

（貴州省有色金屬和核工業(yè)地質勘查局地質勘測設計院，貴州 貴陽 550001）

相比較傳統(tǒng)的測量方式，三維激光掃描技術具有高測量精度，高工作效率等優(yōu)點，在各行業(yè)當中應用日漸廣泛。尤其是在地形地質測量當中，可以通過激光的放射，對所測量區(qū)域的數(shù)據(jù)進行精準的采集，且工作范圍較廣，可以極大的提高地形地質的測量精度和工作效率。因此，研究分析三維激光掃描技術在地形地質測量中的應用具有重要的現(xiàn)實意義。

1 三維激光掃描技術的優(yōu)勢

（1）掃描硬件的技術優(yōu)勢。①掃描速度：相比較傳統(tǒng)的掃描技術，采用三維激光可以實現(xiàn)每秒數(shù)萬點的掃描速度，極大的提高數(shù)據(jù)采集的工作效率，縮短了野外數(shù)據(jù)采集工作的時間，保障了相關工作人員的安全[1]。②掃描結構：隨著科學技術的發(fā)展，三維激光掃描技術進一步的集成化，掃描電池內(nèi)置、高分辨率觸摸屏、高分辨率的數(shù)碼相機等組成了三維激光掃描儀，不僅便于相關工作人員進行操作，而且攜帶方便。③視場角和精確度：現(xiàn)階段，三維激光掃描技術可以實現(xiàn)全景掃描，有效的擴大了測量區(qū)域的掃描范圍，同時還具有現(xiàn)細微掃描點的測量的功能，精確度進一步得到了提高，可以滿足需求者對不同級別精度數(shù)據(jù)的要求[2]。

（2）軟件方面的應用優(yōu)勢。①處理量：利用掃描軟件，可以在較短的時間內(nèi)對數(shù)以億計的數(shù)據(jù)進行處理和存儲，極大的提高了對數(shù)據(jù)的處理效率，幫助相關工作者可以更為精準和快速的獲得所需的測量信息。②功能齊全：當前三維激光掃描技術不僅可以完成建模、地形精準測量等功能，而且還具有二維線條提取等功能，可以滿足不同行業(yè)的不同功能需求，在建筑結構測繪、工業(yè)設計、地形地質測量等多個領域應用十分廣泛。

2 三維激光掃描技術在地形地質測量中應用

（1）監(jiān)測邊坡安全。對于邊坡而言，很容易出現(xiàn)滑坡等嚴重的地質災害。因此必須采取有效的技術手段，對邊坡的實時情況進行監(jiān)測，預測可能存在的邊坡破壞，并采取有效的措施對邊坡破壞進行預測。采用三維激光掃描技術，可以精準的對邊坡災害進行精準的掃描測量，掌握災害發(fā)生前后的地形變化情況，從而幫助相關工作者制定科學合理的技術措施，預防二次邊坡破壞。

（2）研究地質露頭。在進行地質露頭研究過程中，應用三維激光掃描技術，可以為相關工作者開展地質災害預防和地震災害研究提供幫助。此外，在采用三維激光掃描技術的過程中，增設內(nèi)置相機還可以幫助相關工作者獲得較為清晰的影像資料，幫助其后期進行數(shù)據(jù)分析時，可以更精準的掌握現(xiàn)場的地質信息。此外，在進行地質露頭測量過程中，還可以實現(xiàn)彩色Mesh模型的搭建，利用點、線、面等信息實現(xiàn)三維空間的數(shù)據(jù)信息獲取，并將DXF格式的數(shù)據(jù)導入到后期的灰繪圖當中，有效的提高了地質露頭測量的準確性。

（3）測繪基礎地形。借助三維激光掃描技術，還可以幫助相關工作者，在進行基礎地形測繪中，更精準的進行地形圖的繪制。主要測量步驟如下所示：①掃描作業(yè)：首先結合所需進行基礎地形繪制區(qū)域的地形地貌特點，對三維掃描儀的站點進行科學合理的設置，然后根據(jù)各個站點不同的情況，設置相對應的掃描分辨率，最后控制好各個站點的掃描范圍和地理坐標，完成整個地形的掃描作業(yè)。②將掃描所獲得的采集數(shù)據(jù)進行轉換，并利用相關的軟件，將不同站點掃描所獲得數(shù)據(jù)拼接到同一個坐標系中。③構建TIN網(wǎng)：利用軟件對掃描所獲得數(shù)據(jù)中的建筑物以及植被等信息進行提出，構建并優(yōu)化TIN網(wǎng)。并在此基礎上，進行等高線的生成，最終完成基礎地形信息的繪制作業(yè)。

（4）研究地質裂縫。通過三維激光掃描技術進行地質探測，可以對所探測區(qū)域內(nèi)的實際情況進行精準的勘查，包括所勘查區(qū)域的地質裂縫及其形狀。這樣，不僅可以實現(xiàn)地質裂縫的高清晰度、高密度照片的獲取，而且能夠將采集到的數(shù)據(jù)繪制成三維模型，便于相關工作者對地質裂縫展開分析。

3 三維激光掃描技術應用實例分析

某水利工程項目存在一處公路邊坡滑坡，由于公路的施工開挖，導致該處邊坡坡角的阻滑體被挖出，存在較大的滑坡地質災害風險。為了有效的對此邊坡的現(xiàn)狀進行監(jiān)測，并為后期的治理措施提供科學的數(shù)據(jù)支持，本工程計劃采用三維激光掃描技術對該處邊坡進行掃描和數(shù)據(jù)采集。

（1）掃描測站和后視點坐標的獲取。首先將三維激光掃描儀架設在加密點T1，并在T2設置反射標靶。受到三維激光掃描儀本身測程的硬性，不同測站的測量數(shù)據(jù)如何拼接到一起，都需要標靶來完成，因此根據(jù)掃描儀測程，需要在各相鄰測站重合的位置布設3個以上形成不規(guī)則圖形的標靶，以供點云拼接需要。

（2）點云數(shù)據(jù)的采集。①布設：結合本工程的實際情況，計劃采用分兩站進行掃描測量，并選擇合適的位置進行測站和后視點的定位。②掃描：首先將三維激光掃描儀架設在事先選定的測站上，確保儀器參數(shù)調(diào)整無誤后，進行邊坡指定區(qū)域的掃描作業(yè)（如圖1所示）。③精掃：對該場景進行掃描結束后，對后視點所在區(qū)域進行精細掃描，并嚴格控制不同測站的中心位置，確保最后的點云數(shù)據(jù)可以處于同一坐標系統(tǒng)下進行拼接。

圖1 掃描后點云數(shù)據(jù)示意圖

圖2 點云數(shù)據(jù)拼接示意圖

（3）數(shù)據(jù)處理。本工程根據(jù)兩站所獲得掃描數(shù)據(jù)，利用Cyclone軟件對其進行拼接處理，從而獲得該邊坡區(qū)域的完整掃描數(shù)據(jù)。點云數(shù)據(jù)拼接后的圖形如圖2所示。

（4）采用三維激光掃描技術與傳統(tǒng)方法監(jiān)測數(shù)據(jù)的對比。由于本工程針對滑坡的變形監(jiān)測大多是采用全站儀進行水平位移的監(jiān)測，為了驗證三維激光掃描技術數(shù)據(jù)的精準性，特采用全站儀對該區(qū)域進行了二次測量。對比兩次測量所得結果，各監(jiān)測點的偏差值均滿足滑坡體監(jiān)測點精度要求。

4 結語

綜上所述，隨著科學技術的發(fā)展，越來越多的新技術和新材料被應用到各行各業(yè)當中，推動了人們社會的發(fā)展與進步。三維激光掃描技術具有高精度，掃描范圍廣等優(yōu)點，可以有效提高地形地質測量的精度和作業(yè)效率，提高野外作業(yè)過程中相關工作人員的安全性，值得進一步的推廣和應用。