薛成永

（山東鈺鏹地質(zhì)資源勘查開發(fā)有限責(zé)任公司，山東 泰安 271000）

為進一步提升工程項目建設(shè)質(zhì)量，需精確測量相應(yīng)地質(zhì)條件情況。在傳統(tǒng)地質(zhì)測繪模式下，測繪項目所需要的人力、物力資源較多，測繪過程煩瑣且準確度較低，難以滿足當(dāng)前工程項目建設(shè)需要?；诖?，三維激光掃描技術(shù)在地質(zhì)測繪工程中得以廣泛應(yīng)用。該技術(shù)將激光引入測量裝置，憑借激光單色性、方向性、相干性、高亮度等特點開展地質(zhì)測量，有效提升了測量的效率和質(zhì)量，為現(xiàn)代工程項目建設(shè)創(chuàng)造了有利條件。

1 三維激光掃描的內(nèi)涵及優(yōu)勢

1.1 三維激光掃描技術(shù)的基本內(nèi)涵

作為一種全新化的地質(zhì)勘查手段，三維激光掃描技術(shù)在測繪領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸廣泛，其不僅提升了地質(zhì)測繪結(jié)果的準確性，而且有效地縮短了地質(zhì)測繪的時間，具有良好的工程效益、經(jīng)濟效益、社會效益。在實際測量中，三維激光掃描技術(shù)對傳統(tǒng)的GPS定位系統(tǒng)進行改進，然后通過激光進行掃描，并由此來判斷建設(shè)工程施工環(huán)境情況。從測量結(jié)果來看，其能為測量人員提供豐富的三維測控點云數(shù)據(jù)，并且在確保數(shù)據(jù)精準的情況下，測繪人員可以繪制建設(shè)區(qū)域三維立體模型。在實際施工中，建設(shè)人員能通過該模型，立體化、直觀化地掌握建設(shè)區(qū)域地質(zhì)情況，保證了地質(zhì)測繪精度，為工程項目建設(shè)創(chuàng)造了有利條件[1]。

1.2 三維激光掃描技術(shù)的技術(shù)優(yōu)勢

現(xiàn)階段，三維激光掃描技術(shù)在地質(zhì)測繪中的應(yīng)用不斷普遍。與傳統(tǒng)掃描技術(shù)相比，三維激光掃描具有極大的技術(shù)優(yōu)勢。一方面，該檢測技術(shù)通過激光射線進行地質(zhì)環(huán)境測量，激光線本身具有單色性、方向性、相干性、高亮度的特點，測繪人員可在非接觸模式下，實現(xiàn)地質(zhì)環(huán)境情況的有效測量；另一發(fā)面，借助于三維激光掃描系統(tǒng)，測繪人員能動態(tài)檢測測量數(shù)據(jù)，并對測量數(shù)據(jù)進行數(shù)字化分析，確保了測量數(shù)據(jù)的精確性。此外，三維激光掃描技術(shù)借助于現(xiàn)代通信手段，實現(xiàn)了測量數(shù)據(jù)的即時傳輸、分析、保存、管理和應(yīng)用，有效地提升了測繪數(shù)據(jù)的應(yīng)用價值。需注意的是，現(xiàn)代三維激光測繪手段還能直觀地觀察地質(zhì)內(nèi)部環(huán)境，這降低了測繪單位的工作成本，有效地提升了測繪工程的效率和質(zhì)量[2]。

2 三維激光掃描技術(shù)在地質(zhì)測繪中的應(yīng)用流程

2.1 地質(zhì)數(shù)據(jù)采集

地質(zhì)測繪工作中，通過地質(zhì)勘測掌握一定地理區(qū)域真實的地質(zhì)水文情況，是三維激光掃描技術(shù)數(shù)據(jù)采集管理的最終目的[3]。在工程項目建設(shè)中，應(yīng)基于工程建設(shè)目標，采集地質(zhì)情況基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（見圖1）。在整個數(shù)據(jù)采集中，應(yīng)注重以下要點把控：第一，為確保數(shù)據(jù)采集的高效性，應(yīng)注重掃描儀的合理選擇，同時確定標靶方向，并有效規(guī)劃測區(qū)站點，以減少原始測量數(shù)據(jù)之間的誤差。第二，在實際測量中，需嚴格按照標準比例尺進行實際測量，同時采用計算機軟件處理相關(guān)數(shù)據(jù)，確保測量數(shù)據(jù)的精確性。

圖1 三維激光地質(zhì)數(shù)據(jù)采集

2.2 測量數(shù)據(jù)的預(yù)處理

完成地質(zhì)情況基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集后，需對所采集的數(shù)據(jù)進行預(yù)處理。一方面，需將激光雷達點云數(shù)據(jù)運用其中，這樣不僅能消除和分隔噪聲、變換坐標，而且能實現(xiàn)圖像匹配、點石匹配的有效處理。另一方面，需對不同點位之間的數(shù)據(jù)進行匹配處理，即需確保其格式相同，且各數(shù)據(jù)基于同一坐標體系進行換算處理。此外，應(yīng)在構(gòu)建目標模型后定量分析相關(guān)數(shù)據(jù)信息，以獲取詳細的地質(zhì)信息。

2.3 提取繪制地面物體

地面物質(zhì)提取與繪制是地質(zhì)測繪工作的重要內(nèi)容。通常，未經(jīng)處理的地質(zhì)信息為多組數(shù)據(jù)信息，在完成數(shù)量預(yù)處理后，需提取繪制地面物體，建立測量區(qū)域地貌模型，并實現(xiàn)測量信息的矢量表達。通常，在地物提取與繪制過程中，同樣會使用到三維激光掃描技術(shù)。具體而言，可在該技術(shù)的支撐下，提取地面的物體，匹配相應(yīng)的點云數(shù)據(jù)；同時還可以在特定軟件的支撐下，將三維激光掃描得到的結(jié)果進行格式轉(zhuǎn)化、存儲，并導(dǎo)進相應(yīng)的軟件執(zhí)行繪圖工作。

2.4 生成等高線

等高線生成是地質(zhì)測繪過程中一個較為重要的環(huán)節(jié)。三維掃描技術(shù)掃描的密度相對較大，這使得在測繪過程中，容易因點位密度大而造成分布不均勻，此時如果繼續(xù)使用三維激光掃描技術(shù)掃描等高線，就會造成等高線信息獲取混亂，影響地面信息獲取的準確度。因此，在地質(zhì)測繪等高線生成過程中，要合理使用三維激光掃描技術(shù)，還需要排除地形干擾因素，結(jié)合測繪技術(shù)的相應(yīng)精度標準適當(dāng)改動，這樣可利用處理之后的信息數(shù)據(jù)生成等高線，確保了地質(zhì)測繪的精確程度。

2.5 地形圖的編輯

編輯地形圖，進而指導(dǎo)工程項目建設(shè)是地理測繪的重要目標[4]。在地形圖編輯過程中，核心要點在于實現(xiàn)地面物體圖形與等高線圖形的匹配。在地形圖實際編輯中，由于前期處理會刪除一些地形數(shù)據(jù)，這使得等高線會出現(xiàn)部分缺失問題，影響了地形圖編輯工作的開展。對此，在實際工作開展中，需手動修改，然后結(jié)合相關(guān)資料，通過較為真實的數(shù)據(jù)反饋進行補充；同時應(yīng)加大編輯軟件的應(yīng)用程度，不斷完善圖形信息，以確保地形圖最終成圖的完整性、準確性。

3 三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用要點

3.1 車載激光掃描系統(tǒng)應(yīng)用

車載激光掃描系統(tǒng)在當(dāng)前地質(zhì)測繪中的應(yīng)用極為廣泛（見圖2）。從應(yīng)用過程來看，其在三維激光掃描系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，融合使用車載移動測量系統(tǒng)。在當(dāng)前測量過程中，為了更快、更準確地測量地質(zhì)信息，人們在車載移動設(shè)施內(nèi)加入精確導(dǎo)航系統(tǒng)和數(shù)據(jù)信息，這使得設(shè)備規(guī)避障礙時更加靈活，有效保證了地質(zhì)信息的掃描質(zhì)量。

圖2 車載激光掃描

越野車是車載系統(tǒng)的前身車型，在地質(zhì)測繪過程中，將激光掃描設(shè)備與攝像系統(tǒng)安裝在上面，就構(gòu)成了全新的掃描系統(tǒng)。從應(yīng)用過程來看，車載激光掃描系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境不同，其實際的高度也存在較大差異?；诖耍瑧?yīng)在測量前，系統(tǒng)分析選取的地點，并在固定升降設(shè)備的支撐下，調(diào)整掃描儀高度。同時，為了保證測量的精確度，還需在掃描點附近設(shè)置一些檢查點，這樣，通過對車輛自身定位系統(tǒng)的利用，車載激光掃描系統(tǒng)能將自身的地理坐標確定下來，這樣能有效減少測量工作所用時間，提升測量的效率。需注意的是，在地理信息收集過程中，受測量車輛體積的影響，其還會產(chǎn)生一定的測量盲區(qū)。對此，需在測量前系統(tǒng)設(shè)計測量車之間的間距；同時，還應(yīng)在數(shù)碼照片同步技術(shù)的支撐下，調(diào)節(jié)照片的透明度，進而對構(gòu)建的模型進行約束；此外，還應(yīng)通過自動化數(shù)據(jù)處理與人工結(jié)合的方式，優(yōu)化處理車載激光掃描的結(jié)果，以減小測量誤差，提升地形測量的準確性。

3.2 3D激光掃描儀應(yīng)用

通過激光測量距離是3D激光掃描儀的主要功能。在實際應(yīng)用中，掃描棱鏡屬于內(nèi)部設(shè)備，3D激光掃描儀應(yīng)在該設(shè)備單元的支撐下，不需要反射棱鏡就可以實現(xiàn)對掃描點三維坐標的精確測量，而且掃描速度非常快。與傳統(tǒng)掃描方式相比，其具有較高的分辨率，同時測量過程無須進行實物接觸，數(shù)據(jù)采集效率較高。在使用其余全息照片時有著相同的原理，即將激光分成2束，一束光照射物件，一束直接照到底片上，使感光元件感光。在使用中，為確保記錄物體的立體，需注重激光分束的合理應(yīng)用[5]。

3.3 海量數(shù)據(jù)獲取

相比于傳統(tǒng)地質(zhì)測繪，三維激光掃描技術(shù)在地質(zhì)測繪中注重海量數(shù)據(jù)的測量和應(yīng)用。這主要得益于其自身較高的數(shù)據(jù)獲取效率和處理效率。在實際測量中，針對三維激光掃描技術(shù)大密度的地址信息掃描獲取，不僅要注重原始數(shù)據(jù)的收集和分類存儲，還應(yīng)注重數(shù)據(jù)從護理軟件的有效更新，通過云計算系統(tǒng)進行測量數(shù)據(jù)校準、分析，由此獲得較為準確的地理地質(zhì)信息，并構(gòu)建地形模型，為后期工程建設(shè)提供有效指導(dǎo)。

4 結(jié)論

三維激光掃描技術(shù)對于現(xiàn)代地質(zhì)測繪工程的發(fā)展具有重大影響。實際測量中，測繪人員只有充分認識到三維激光掃描技術(shù)的測量原理和應(yīng)用優(yōu)勢，并在把控其測量過程的同時，進行技術(shù)要點的全面把握，才能有效提升三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用水平，進而保證地質(zhì)測量精度，推動測繪工程的進一步發(fā)展。