郭昱銘

（武漢市勘察設(shè)計(jì)有限公司）

1 引言

近年來，我國地質(zhì)環(huán)境相對(duì)復(fù)雜，地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，為人們的生命安全與財(cái)產(chǎn)都帶來了難以挽回的損失。如何借助科學(xué)技術(shù)完善地質(zhì)災(zāi)害治理，也成為相關(guān)工作者不懈探索的難題。在這一背景下，三維激光掃描測繪技術(shù)的優(yōu)勢(shì)進(jìn)一步凸顯。運(yùn)用三維掃描測繪技術(shù)，地質(zhì)災(zāi)害治理人員可以對(duì)地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)場進(jìn)行更為準(zhǔn)確、全面的掃描，為地質(zhì)災(zāi)害治理提供有效的指導(dǎo)，真正提升地質(zhì)災(zāi)害治理的質(zhì)量與效率。

2 三維激光掃描儀技術(shù)概述

2.1 三維激光掃描儀技術(shù)原理

三維激光掃描儀在我國屬于一項(xiàng)較為新型的技術(shù)，是在測繪領(lǐng)域應(yīng)用了GPS定位技術(shù)后，應(yīng)運(yùn)而生的一種先進(jìn)技術(shù)，引起了國內(nèi)各研究領(lǐng)域的全面關(guān)注。地面激光掃描儀的種類繁多，例如，美國的FARD三維激光掃描儀、德國的Z+F三維激光掃描儀以及我國的北科天繪三維激光掃描儀等[1]。通過三維激光掃描儀，工作人員可開展激光測距工作，準(zhǔn)確、及時(shí)地獲取被測物體的表面三維坐標(biāo)，查看物體的反射率，進(jìn)而得到被測物體的立體模型數(shù)據(jù)，以及其他數(shù)據(jù)，用最短的時(shí)間還原被測物體的實(shí)際情況（見圖1）。三維激光掃描儀的運(yùn)用，改變了傳統(tǒng)測量工作中的單點(diǎn)測量方式，發(fā)展出一種能夠?qū)ξ矬w展開更精準(zhǔn)測量的掃描方式。

圖1 三維激光掃描儀技術(shù)原理圖

2.2 三維激光掃描儀在各領(lǐng)域中的應(yīng)用

當(dāng)前，我國應(yīng)用三維激光掃描技術(shù)的領(lǐng)域十分廣泛，同時(shí)，不少三維掃描設(shè)備也在市場中暢銷，廣泛應(yīng)用，應(yīng)用價(jià)值十分突出。

1）物體測繪領(lǐng)域

在建設(shè)大壩、水電站時(shí)，工作人員可借助三維激光掃描儀開展對(duì)物體的測繪工作，同時(shí)，這一技術(shù)在公路、鐵路、橋梁、建筑物建設(shè)中的應(yīng)用也十分常見。

2）工程結(jié)構(gòu)領(lǐng)域

在橋梁改建工程中，工作人員可借助三維激光掃描技術(shù)，完成對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的測量，得到各幾何圖形的具體尺寸、空間位置與面積，進(jìn)而為橋梁改建工程提供一定的指導(dǎo)。此外，這一技術(shù)在管道線路測量安裝工程中的應(yīng)用也較為常見。

3）軍事領(lǐng)域

三維激光掃描技術(shù)可被運(yùn)用到軍事領(lǐng)域的反恐行動(dòng)中。例如，反恐人員可借助這一技術(shù)，強(qiáng)化對(duì)敵方的偵查與攻擊，同時(shí)也可以運(yùn)用這一技術(shù)完成對(duì)犯罪現(xiàn)場的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

4）游戲開發(fā)與電影制作

在拍攝電影時(shí)，工作人員可借助這一技術(shù)完成對(duì)電影的場景設(shè)計(jì)，同時(shí)也可以借助這一技術(shù)，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)虛擬游戲的開發(fā)工作，例如，可以制作高質(zhì)量的虛擬影像，提升玩家在游戲過程中的體驗(yàn)。

5）災(zāi)害預(yù)防領(lǐng)域

工作人員可借助三維激光掃描技術(shù)，強(qiáng)化對(duì)災(zāi)害的預(yù)防工作，例如可借助這一技術(shù)，做好對(duì)地質(zhì)災(zāi)害當(dāng)?shù)氐匦蔚目辈?，以及?duì)現(xiàn)場的檢測。

除此之外，三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域還包括文化遺產(chǎn)保護(hù)規(guī)劃設(shè)計(jì)、城鄉(xiāng)規(guī)劃建設(shè)等。

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

3.1 三維激光掃描儀在地質(zhì)災(zāi)害治理中的應(yīng)用案例

我國南京市溧水區(qū)的天生橋景區(qū)存在一定的地質(zhì)災(zāi)害問題。天生橋北段的河口處始終沒有設(shè)置過布防，在河流水位較高時(shí)，河流會(huì)向天生河兩側(cè)的村莊流動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致災(zāi)害的發(fā)生。具體表現(xiàn)為土質(zhì)滑坡、巖石滑坡、滾石等災(zāi)害，以及水土流失等環(huán)境問題。為避免地質(zhì)災(zāi)害或環(huán)境問題的發(fā)生，相關(guān)工作人員需要對(duì)天生橋景區(qū)及周邊的地形地質(zhì)數(shù)據(jù)展開采集工作。但這一區(qū)域周邊全為樹木，運(yùn)用無人機(jī)做巖壁的數(shù)據(jù)采集較為困難，此時(shí)，便可以采用三維激光掃描儀技術(shù)。在這一條件下應(yīng)用三維激光掃描技術(shù)，工作人員可獲得準(zhǔn)確的物體坐標(biāo)，進(jìn)而全面分析、處理這些坐標(biāo)數(shù)據(jù)，在此之上，繪制出高質(zhì)量的地形圖，做好對(duì)河流水位線的空間測量，準(zhǔn)確分析當(dāng)?shù)乜赡馨l(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害問題，為河道地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)防治理工作指明方向。

3.2 地質(zhì)災(zāi)害中應(yīng)用三維激光掃描技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

3.2.1 借助三維激光掃描技術(shù)掃描，工作人員能夠節(jié)約工作時(shí)間

在地質(zhì)災(zāi)害搶救工作中，天氣變化往往較為復(fù)雜，同時(shí)不同地區(qū)的地質(zhì)往往也存在一定差別，這些都會(huì)導(dǎo)致一些不可察覺、難以預(yù)料的因素，對(duì)地質(zhì)災(zāi)害搶救工作帶來不利影響。例如，發(fā)生災(zāi)害的現(xiàn)場，可能會(huì)連帶引發(fā)其他地質(zhì)災(zāi)害，如地面坍塌、滑坡、泥石流等，因此，地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)場勘察的時(shí)間直接關(guān)乎著工作人員的人身安全。目前，三維激光掃描儀的測量速度約為每秒5萬點(diǎn)，相較傳統(tǒng)掃描儀，其速度增加了十倍。這就能夠顯著提升工作人員的掃描速度，為工作人員節(jié)省一定的工作時(shí)間，進(jìn)而幫助工作人員更快地撤退，保證工作人員的人身安全[2]。

3.2.2 借助三維激光掃描技術(shù)掃描，工作人員能夠完成站位不受限制的全景測量

在勘察一些結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的山體、隧道時(shí)，傳統(tǒng)的測量儀器，往往會(huì)對(duì)工作人員的站位起到一定的限制作用。在工作過程中，工作人員需要時(shí)刻考慮自身的站位以及測量儀器的位置、距離問題，十分不便。而在三維激光掃描儀的應(yīng)用下，工作人員可在同一地點(diǎn)，獲取到大量的全景數(shù)據(jù)內(nèi)容，將儀器放置于一個(gè)位置，就可以完成對(duì)事物的不同角度的全景測量，這有助于提升工作人員掃描所得數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

3.2.3 借助三維激光掃描技術(shù)掃描，工作人員對(duì)數(shù)據(jù)處理的難度更低

三維激光掃描儀測量出來的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性更高，同時(shí)，掃描儀獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，分布十分均勻，清晰直觀，能夠?yàn)楣ぷ魅藛T的數(shù)據(jù)處理提供很大便利，降低工作人員處理、分析數(shù)據(jù)的難度。

3.2.4 借助三維激光掃描技術(shù)掃描，工作人員無需親身接觸所測量的事物，這能夠讓工作人員的工作更加安全

在實(shí)際的地質(zhì)災(zāi)害治理中，現(xiàn)場的情況往往較為復(fù)雜，工作人員需要切實(shí)考慮自身的人身安全，避免與發(fā)生災(zāi)害的區(qū)域有直接接觸。而在三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用下，工作人員可在不近距離靠近災(zāi)區(qū)的情況下，完成對(duì)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離采集，讓專家能夠遠(yuǎn)程完成對(duì)數(shù)據(jù)的分析與處理，進(jìn)而完成對(duì)地質(zhì)災(zāi)害治理工作的指導(dǎo)。

3.3 運(yùn)用三維激光掃描技術(shù)完成地質(zhì)災(zāi)害地形測繪的特點(diǎn)

3.3.1 非接觸性測量

在三維激光掃描技術(shù)的支持下，工作人員可不用近距離地接觸目標(biāo)，便獲得目標(biāo)的立體點(diǎn)云坐標(biāo)，不需任何處理簡單準(zhǔn)確地獲取掃描數(shù)據(jù)。因此，運(yùn)用三維激光掃描技術(shù)，在采集一些危險(xiǎn)目標(biāo)的數(shù)據(jù)時(shí)，具有突出優(yōu)勢(shì)。

3.3.2 掃描速度快

三維激光掃描儀采樣點(diǎn)速率高，掃描速度快，能夠?yàn)闇y量人員節(jié)省更多的時(shí)間，讓測量人員在測量完畢后更早地回到安全區(qū)域。

3.3.3 信息存儲(chǔ)量大

借助三維激光掃描技術(shù)，工作人員可完成對(duì)龐大的災(zāi)害隱患信息數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，同時(shí)，借助與地質(zhì)災(zāi)害有關(guān)的圖幅信息，專家能夠更為快捷地處理地質(zhì)災(zāi)害問題，節(jié)省地質(zhì)災(zāi)害治理的時(shí)間（見圖2）。

圖2 信息存儲(chǔ)示意圖

3.4 對(duì)地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)的處理

三維激光掃描儀本身帶有GPS系統(tǒng)，能夠讓掃描采集的數(shù)據(jù)，呈現(xiàn)出大致的地理坐標(biāo)，以及反北反向角，可借助地理坐標(biāo)與反北反向角，及時(shí)糾正所測量的數(shù)據(jù)，提升測量數(shù)據(jù)的精確性。

多站點(diǎn)調(diào)整則需要借助RISCANPRO軟件，可運(yùn)用這一軟件拼接兩個(gè)或多個(gè)圖片，進(jìn)而完成對(duì)圖片與數(shù)據(jù)的擬合，讓圖片呈現(xiàn)出良好的平差效果[3]。

植被過濾采用的是具有全波形數(shù)字處理技術(shù)的設(shè)備，此種技術(shù)能夠保證光線順利穿透植被，進(jìn)而得到大量、準(zhǔn)確的地面數(shù)據(jù)，結(jié)合配套軟件的功能，提升內(nèi)頁作業(yè)的方便性、快捷性。同時(shí)，這一技術(shù)所繪制的圖像也具有鮮明的清晰性。在之后所生成的三角網(wǎng)與等高線，則可以讓圖像更為逼真。

成果提交是指對(duì)掃描得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)展開去噪處理，去除噪點(diǎn)后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，能夠形成數(shù)字高程模型，得到DEM成果，這能夠進(jìn)一步擴(kuò)展三維激光掃描技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害中的應(yīng)用效果。

成果應(yīng)用主要是對(duì)掃描儀所生成的圖像展開分析，進(jìn)而得出該地發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的可能性，并從地質(zhì)條件等方面，全面分析災(zāi)害發(fā)生的具體原因，預(yù)測得出災(zāi)害未來的發(fā)展走向。

4 結(jié)語

綜上所述，在地質(zhì)災(zāi)害治理中應(yīng)用三維激光掃描技術(shù)，有助于為工作人員帶來及時(shí)、準(zhǔn)確的高質(zhì)量數(shù)據(jù)，節(jié)省工作人員的測量時(shí)間，同時(shí)為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析工作提供一定方便。工作人員可借助這一技術(shù)完成對(duì)地質(zhì)災(zāi)害地形的測繪，得到真實(shí)可靠的地質(zhì)災(zāi)害地形數(shù)據(jù)，進(jìn)而在綜合分析的基礎(chǔ)上，為地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防與治理指明方向，提升地質(zhì)災(zāi)害治理工作的效率與質(zhì)量，維護(hù)我國人民的人身安全與財(cái)產(chǎn)安全。