李尚宗

（三和數(shù)碼測(cè)繪地理信息技術(shù)有限公司，甘肅 天水 741000）

地質(zhì)工程測(cè)繪是指為進(jìn)行地質(zhì)調(diào)查、礦產(chǎn)勘察及其成果圖件的編制涉及的全部測(cè)繪工作的總稱。主要包括地質(zhì)點(diǎn)測(cè)量、地質(zhì)剖面測(cè)量、礦區(qū)測(cè)量、井探工程測(cè)量、地表移動(dòng)觀測(cè)、有關(guān)圖件的繪制、印制和地質(zhì)礦產(chǎn)信息系統(tǒng)地建立等。地質(zhì)工程遙感測(cè)繪是利用遙感技術(shù)，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行相關(guān)地質(zhì)信息的收集和計(jì)算，達(dá)到測(cè)繪目的的行為。由于遙感是非接觸的、遠(yuǎn)距離的探測(cè)技術(shù)，其需要運(yùn)用遠(yuǎn)距離的測(cè)繪手段測(cè)量相關(guān)地質(zhì)信息。三維激光是指利用現(xiàn)代激光技術(shù)對(duì)地質(zhì)工程在實(shí)際中的位置進(jìn)行立體定位的技術(shù)。將三維激光技術(shù)應(yīng)用到地質(zhì)工程遙感技術(shù)測(cè)繪工作中，能夠在遠(yuǎn)距離直接對(duì)地形進(jìn)行測(cè)繪，減少了人力的參與，降低了復(fù)雜地形中人力測(cè)繪的風(fēng)險(xiǎn)性。同時(shí)，激光測(cè)繪還具備極高的精準(zhǔn)度，在地質(zhì)測(cè)繪中發(fā)揮著重要作用。

1 三維激光技術(shù)概述

三維激光技術(shù)是在地質(zhì)工程遙感測(cè)繪中，采用激光采集地貌信息，并且成像的技術(shù)，其具備極高的精準(zhǔn)度和科學(xué)性，在地質(zhì)測(cè)繪作業(yè)中發(fā)揮著重要作用。激光技術(shù)主要是從三個(gè)方面進(jìn)行地質(zhì)的測(cè)繪，即空中掃描技術(shù)、地面掃描技術(shù)以及地下掃描技術(shù)三種。不同的掃描技術(shù)分別應(yīng)用在不同的地質(zhì)測(cè)繪工作中，對(duì)地質(zhì)工程遙感測(cè)繪具有重要意義。

1.1 空中激光掃描技術(shù)

空中激光掃描技術(shù)是指利用無(wú)人機(jī)等高空作業(yè)設(shè)備，對(duì)地質(zhì)規(guī)模較大、地形較為復(fù)雜以及在地面上難以進(jìn)行測(cè)量的山體、大型建筑物以及河流走勢(shì)等進(jìn)行測(cè)繪的技術(shù)。地質(zhì)工程遙感測(cè)繪需要將地形進(jìn)行整體的測(cè)量，然后利于遙感技術(shù)進(jìn)行成像，該過(guò)程需要對(duì)信息進(jìn)行全方位的收集。

但是對(duì)諸如山體和河流等十分龐大的地形進(jìn)行測(cè)繪時(shí)，難以在地面上收集到地形的全貌，此時(shí)，需要利用無(wú)人機(jī)，甚至航空航天衛(wèi)星等設(shè)備，通過(guò)激光技術(shù)對(duì)地形進(jìn)行三維立體形象的收集。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，通過(guò)無(wú)人機(jī)或者是衛(wèi)星等高空作業(yè)設(shè)備的激光系統(tǒng)進(jìn)行大型地質(zhì)測(cè)量，即空中激光掃描技術(shù)。

1.2 地面三維激光掃描技術(shù)

在地質(zhì)工程遙感測(cè)繪技術(shù)中，基于三維激光的掃描還能夠通過(guò)地面三維激光掃描技術(shù)對(duì)地形進(jìn)行測(cè)繪。這種技術(shù)由傳統(tǒng)的空間掃描技術(shù)變化而來(lái)，也是一種非接觸性的地形測(cè)繪技術(shù)。該技術(shù)通過(guò)三維激光掃描儀器向需要采集信息的地形發(fā)射激光，并且反射回到收集裝置[1]，其通過(guò)接收到的信息，測(cè)繪出地形的具體數(shù)據(jù)。這種技術(shù)普遍應(yīng)用在建筑或者是規(guī)模適中的地形測(cè)量中，而且?guī)缀跞逃蓹C(jī)器設(shè)備進(jìn)行信息的收集和整理，避免了人力操作導(dǎo)致的失誤，在精準(zhǔn)度方面取得較大的提升。

1.3 地下三維激光掃描技術(shù)

在地形的測(cè)繪工程中，不只對(duì)地面地形進(jìn)行測(cè)繪，有時(shí)還需要對(duì)地下地形進(jìn)行測(cè)繪作業(yè)。在傳統(tǒng)的地下測(cè)繪工作中，一般采用聲波或者是人力進(jìn)行測(cè)量，但是這兩者均對(duì)地形造成一定程度的破壞，甚至對(duì)測(cè)繪人員的生命造成威脅。利用激光技術(shù)進(jìn)行地質(zhì)工程遙感測(cè)繪，能夠通過(guò)光的反射對(duì)地下地形進(jìn)行測(cè)量，不僅速度快，精準(zhǔn)度高，還減少了人力測(cè)繪的參與度，避免了因地下情況復(fù)雜造成的測(cè)繪失誤，或者是因地形坍塌對(duì)相關(guān)工作者造成的生命威脅。

2 三維激光在地質(zhì)工程遙感測(cè)繪中的優(yōu)勢(shì)

2.1 數(shù)據(jù)較為全面，直觀性較強(qiáng)

在現(xiàn)代的測(cè)繪遙感技術(shù)發(fā)展過(guò)程中，隨著社會(huì)需要的增強(qiáng)，相關(guān)部門(mén)對(duì)遙感成像有了更高的要求。傳統(tǒng)的測(cè)繪技術(shù)是二維成像，基于衛(wèi)星定位系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)立體性較差，難以直觀地呈現(xiàn)相關(guān)地形。但是三維激光技術(shù)能夠?qū)ξ矬w進(jìn)行全方位地測(cè)繪，提升了傳統(tǒng)測(cè)繪的范圍，并且直觀地展現(xiàn)物體的三維。另一方面，激光技術(shù)是利用激光反射進(jìn)行數(shù)據(jù)收集的技術(shù)，根據(jù)物體的不同反射率對(duì)其進(jìn)行色彩的標(biāo)注，將收集到的物體信息在成像的過(guò)程中進(jìn)行顏色區(qū)分，極大程度上增強(qiáng)了地形的辨識(shí)度，給人一種直觀性和真實(shí)性，可以達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)復(fù)制般的效果。

2.2 科學(xué)性較強(qiáng)，保證了地形測(cè)繪的效率和質(zhì)量

在傳統(tǒng)的地質(zhì)工程測(cè)繪遙感技術(shù)的地形測(cè)量環(huán)節(jié)，一般采用聲波或者人力等方式進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量的時(shí)間最快在兩秒左右，但對(duì)于地形較為復(fù)雜或者是規(guī)模較大的物體時(shí)，測(cè)量時(shí)間通常需要花費(fèi)幾分鐘。但是在現(xiàn)代化的地形測(cè)量中，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)無(wú)法滿足測(cè)繪工程的需要。通過(guò)激光技術(shù)進(jìn)行測(cè)繪，可以有效地提升測(cè)繪的速度。相位式掃描儀的最高速度已經(jīng)達(dá)到120萬(wàn)點(diǎn)每秒，脈沖掃描儀也已經(jīng)達(dá)到了5萬(wàn)點(diǎn)每秒，大大提升了地質(zhì)工程測(cè)繪遙感技術(shù)的效率。在成像的質(zhì)量方面，由于具備極強(qiáng)的科學(xué)性，受環(huán)境影響較小，保障了質(zhì)量。因此，基于三維激光的地質(zhì)工程遙感測(cè)繪技術(shù)在效率上和質(zhì)量上都有很大地提升。

2.3 增強(qiáng)了操作人員的安全性

傳統(tǒng)的地形測(cè)繪技術(shù)，需要工作人員深入地形進(jìn)行實(shí)地的考察，在一些危險(xiǎn)的地形中，測(cè)繪人員需要冒著生命危險(xiǎn)安裝測(cè)繪設(shè)備。因?yàn)?，為了提高操作人員的安全性，利用三維激光技術(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)距離的測(cè)繪，該技術(shù)屬于非接觸式的測(cè)量技術(shù)，僅需將相關(guān)裝備安裝在測(cè)量地點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)收集相關(guān)信息，避免了人力的參與。

3 基于三維激光的地質(zhì)工程遙感測(cè)繪技術(shù)

3.1 地形數(shù)據(jù)的采集

相關(guān)地形成像時(shí)，首先需要采集地形的各種信息。在三維激光技術(shù)的信息采集作業(yè)中，相關(guān)人員根據(jù)實(shí)際情況決定采集的方式和設(shè)備，對(duì)于工程量較大作業(yè)，如森林、山體等地形，利用無(wú)人機(jī)等設(shè)備持續(xù)地進(jìn)行激光掃描，從而全面掌握地形信息；在小地形的測(cè)繪中，采用三維激光測(cè)繪儀器進(jìn)行信息地收集，有效避免浪費(fèi)資源和重復(fù)采集。同時(shí)，需要事先確立進(jìn)行掃描點(diǎn)，借助點(diǎn)云數(shù)據(jù)，對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行收集。

3.2 地形數(shù)據(jù)的處理

在對(duì)相關(guān)的地質(zhì)信息進(jìn)行收集之后，通過(guò)計(jì)算機(jī)設(shè)備處理收集到的信息，進(jìn)而將信息轉(zhuǎn)化為地形圖，以地形圖的形式直觀地反映地形信息，為后續(xù)的工作提供便利條件。在相關(guān)處理工作中，包括三個(gè)層面的處理，即信息除噪、信息匹配以及信息存儲(chǔ)[2]。信息除噪：在信息收集的過(guò)程中，由于各種環(huán)境的影響，加上激光技術(shù)具備較強(qiáng)的收集能力，會(huì)將大部分的無(wú)用信息也進(jìn)行收集。這些無(wú)用信息不止準(zhǔn)確性較差，還會(huì)影響必要的信息，因此，需要利用拉普拉斯濾波法、雙邊濾波法以及等間距采樣法進(jìn)行信息除噪；信息匹配：指將各個(gè)點(diǎn)位收集到的信息在計(jì)算機(jī)上和實(shí)物進(jìn)行配比，進(jìn)而將地形的整體形象進(jìn)行掌握?？梢圆捎命c(diǎn)石匹配等方式進(jìn)行處理；信息存儲(chǔ)：顧名思義，就是將收集到的信息進(jìn)行儲(chǔ)存。由于激光技術(shù)精確度較高，對(duì)信息的收集較為全面，需要對(duì)信息進(jìn)行壓縮之后，根據(jù)不同的類(lèi)型進(jìn)行存儲(chǔ)，方便后續(xù)查找和使用。

3.3 利用相關(guān)軟件生成等高線

在對(duì)相關(guān)的地形信息進(jìn)行收集和存儲(chǔ)之后，將相關(guān)信息導(dǎo)入專業(yè)的軟件，通過(guò)專業(yè)軟件生成等高線。但是三維掃描技術(shù)也存在一定的缺陷，比如，掃描的頻率過(guò)于頻繁，造成掃描結(jié)果密度較大，進(jìn)而造成分布不均勻的現(xiàn)象，從而影響成像的質(zhì)量。因此，在進(jìn)行成像之前，需要生成等高線，保證信息的精準(zhǔn)度。而此過(guò)程需要相關(guān)人員排除地形地勢(shì)等因素的影響，并且結(jié)合實(shí)際的情況，在相關(guān)的技術(shù)軟件中生成等高線，避免測(cè)繪中出現(xiàn)高度和密度的誤差。

3.4 繪制成地形圖

地形測(cè)繪的主要目的就是生成地形圖，因此，三維激光地質(zhì)工程遙感技術(shù)的最后一步是生成地形圖。在生成地形圖時(shí)，需要結(jié)合激光技術(shù)收集到的信息，并且在專業(yè)的軟件上，精準(zhǔn)地將地面物體實(shí)際圖形與等高線圖形進(jìn)行匹配。如果在匹配的過(guò)程中，出現(xiàn)數(shù)據(jù)和實(shí)際情況不相符的情況，需要及時(shí)確認(rèn)，并結(jié)合相關(guān)資料通過(guò)手動(dòng)的方式進(jìn)行修改和調(diào)整，保障繪制結(jié)果的真實(shí)性和精密性。

4 結(jié)語(yǔ)

傳統(tǒng)的測(cè)繪方式已經(jīng)難以適應(yīng)現(xiàn)代化的策劃需求，逐漸被地質(zhì)工程遙感技術(shù)取代。該技術(shù)需要相關(guān)人員利用激光技術(shù)，進(jìn)而達(dá)到增強(qiáng)測(cè)繪工作的效率和質(zhì)量的目的。因此，需要相關(guān)人員掌握激光測(cè)繪的技術(shù)以及按照操作流程，進(jìn)行地質(zhì)工程的地形測(cè)繪。