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        基于三維激光的地質(zhì)工程遙感測(cè)繪技術(shù)研究

        2021-11-30 06:19:06李尚宗
        世界有色金屬 2021年21期
        關(guān)鍵詞:精準(zhǔn)度遙感技術(shù)測(cè)繪

        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。

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