徐靜靜

中核勘察設計研究有限公司 河南 鄭州 450000

地質(zhì)災害作為自然災害的一種，對人類生命財產(chǎn)安全構(gòu)成嚴重威脅。隨著全球氣候變化，地質(zhì)災害的頻繁度和嚴重性正在日益加劇，傳統(tǒng)的測量方法已無法滿足地質(zhì)災害治理的需求，三維激光掃描測繪技術(shù)的出現(xiàn)為地質(zhì)災害治理提供了新的解決方案。

1 三維激光掃描測繪技術(shù)概述

三維激光掃描測繪采用激光測距和三角測量技術(shù)，通過發(fā)射激光測量其反射時間，結(jié)合掃描角度精確計算目標物體的三維坐標和空間數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)包括物體的空間位置（X，Y，Z）、反射率、顏色（R.G.B）等，處理數(shù)據(jù)幫助建立物體的真實色彩三維點云模型，為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和工程應用提供了準確的參考。相比于傳統(tǒng)的單點測量技術(shù)，三維激光掃描測繪技術(shù)具有非接觸性、快速性、高精度、數(shù)字化等特點，它可以在短時間內(nèi)獲取大量的空間點位信息，實現(xiàn)高效率測量和建模[1]。

2 三維激光掃描測繪在地質(zhì)災害治理中現(xiàn)存問題

2.1 受地形限制

應對復雜地形和地勢陡峭地區(qū)，三維激光掃描設備的布設和測量面臨著極大的挑戰(zhàn)，例如：陡峭的地勢增加了設備安置難度，導致掃描數(shù)據(jù)不完整，無法覆蓋整個目標區(qū)域，地形的不規(guī)則性使掃描反射角度發(fā)生變化，獲取的數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差等。在地形復雜地區(qū)進行三維激光掃描涉及安全問題，設備在安置和移動過程中可能會發(fā)生滑落、碰撞等意外情況，對設備的安全造成威脅，在陡峭的地形上工作增加了人員操作的風險，需要采取相應的安全措施來保障人員的安全。

2.2 數(shù)據(jù)處理難度

三維激光掃描通過格式轉(zhuǎn)換和統(tǒng)一進行數(shù)據(jù)處理，快速捕獲的海量點云數(shù)據(jù)對數(shù)據(jù)存儲、傳輸和處理帶來了嚴峻的挑戰(zhàn)，需要專業(yè)的數(shù)據(jù)處理軟件和技術(shù)人員進行操作。受掃描環(huán)境、設備精度等因素的影響，原始點云數(shù)據(jù)中存在大量噪聲點，增加了數(shù)據(jù)處理的難度，點云數(shù)據(jù)的處理涉及多個步驟，如濾波、配準、拼接等，每個步驟都可能面臨不同的技術(shù)難題。

2.3 特殊地質(zhì)結(jié)構(gòu)的挑戰(zhàn)

受地形地貌復雜的影響，例如：存在大量的山谷、陡峭的山坡等，增加了激光掃描設備的布設和測量工作難度，設備無法穩(wěn)定地安放和覆蓋整個目標區(qū)域，導致數(shù)據(jù)不完整或精度較低。地形的不規(guī)則性和地質(zhì)結(jié)構(gòu)的復雜性使激光掃描的精度和分辨率受到影響，數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差或失真。

2.4 技術(shù)標準與規(guī)范不完善

缺乏統(tǒng)一的技術(shù)標準，導致不同地區(qū)在數(shù)據(jù)處理和分析方法上存在差異，影響數(shù)據(jù)的可比性和互用性，限制了技術(shù)的推廣和應用，造成地質(zhì)災害的準確評估和治理效果出現(xiàn)偏差，缺乏規(guī)范操作導致數(shù)據(jù)精度下降、穩(wěn)定性不足等問題，降低了數(shù)據(jù)的準確性和可靠性[2]。

3 三維激光掃描技術(shù)重要性

三維激光掃描測繪在地質(zhì)災害治理中具有重要意義，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

3.1 提高地質(zhì)災害治理的質(zhì)量與效率

地質(zhì)災害治理人員利用三維掃描測繪技術(shù)，對災害現(xiàn)場進行精確且全面的測繪，為地質(zhì)災害治理提供精準指導，這種技術(shù)可以快速獲取高精度的點云數(shù)據(jù)并生成三維模型，幫助搜救人員掌握災害現(xiàn)場的情況，制定更加科學、合理的治理方案。三維激光掃描測繪還可以結(jié)合其他技術(shù)手段，例如：無人機、遙感等，實現(xiàn)全方位、多角度的地質(zhì)災害監(jiān)測和治理，這些技術(shù)的綜合應用可以提高數(shù)據(jù)的獲取速度、精度和可靠性，為地質(zhì)災害治理提供更加全面和準確的信息支持。

3.2 迅速掌握地質(zhì)災害隱患區(qū)域的整體情況

三維激光掃描技術(shù)通過獲取災區(qū)的地形地貌數(shù)據(jù)，提供詳盡的地形信息，幫助搜救人員了解災區(qū)的地形特征和地貌變化。災害發(fā)生后可以快速生成災區(qū)的三維模型，呈現(xiàn)災區(qū)的地形地貌、建筑物和基礎設施的受損情況等，為救援人員提供了直觀的災區(qū)情況，迅速制定救援計劃和分配資源。幫助救援人員及時發(fā)現(xiàn)潛在的危險因素，如滑坡、崩塌等地質(zhì)災害的隱患點，為預警系統(tǒng)提供重要的數(shù)據(jù)支持，監(jiān)測災害發(fā)生的時間和地點，提前采取防范措施，減少災害造成的人員傷亡和財產(chǎn)損失。此外，三維激光掃描技術(shù)還可以用于災后恢復重建的過程中，通過測量和建模，評估建筑物和基礎設施的損壞程度，為修復和重建工作提供精確的數(shù)據(jù)支持，這種技術(shù)的應用提高了災后重建的效率，幫助恢復災區(qū)的生活秩序。

3.3 推動地質(zhì)災害治理領域的科技創(chuàng)新

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，三維激光掃描測繪技術(shù)將繼續(xù)升級和完善，推動地質(zhì)災害治理的科技創(chuàng)新，為相關領域的技術(shù)進步做出貢獻，例如：引入更先進的數(shù)據(jù)處理和分析算法，提高數(shù)據(jù)的精度和可靠性，為災害預警和防范提供更加準確的數(shù)據(jù)支持等。隨著硬件設備的不斷升級和改進，提高了三維激光掃描測繪技術(shù)的速度和效率，為地質(zhì)災害治理提供更加全面和及時的支持。這項技術(shù)在地質(zhì)災害治理中發(fā)揮越來越重要的作用，為災害防治和減災工作提供了有力支持，為保障人民生命財產(chǎn)安全和社會可持續(xù)發(fā)展做出更大的貢獻。

4 三維激光掃描測繪在地質(zhì)災害治理中的應用

地質(zhì)災害預警與評估是地質(zhì)災害防治工作的核心環(huán)節(jié)，通過科學的方法對地質(zhì)災害的發(fā)生進行預測和評估，為災害防治和應急響應提供決策依據(jù)。隨著科技的發(fā)展，三維激光掃描測繪技術(shù)以其高精度、高效率和非接觸性的優(yōu)點，逐漸成為預警與評估工作的重要工具。

4.1 快速獲取災區(qū)的地形地貌數(shù)據(jù)

為建立預警模型提供基礎資料。在滑坡、崩塌等地質(zhì)災害中，預警模型的建立至關重要。三維激光掃描技術(shù)通過獲取地形的起伏變化建立預警模型，預測災害發(fā)生的可能性，例如：在滑坡災害預警中，對滑坡體的三維數(shù)據(jù)進行測量和分析，了解滑坡體的形態(tài)、規(guī)模、滑動方向等信息，為災害預警提供決策依據(jù)。

4.2 分析結(jié)構(gòu)和損壞評估

在地震、洪水等災害中，建筑物的結(jié)構(gòu)完整性和安全性對于評估工作至關重要，三維激光掃描技術(shù)可以快速獲取建筑物結(jié)構(gòu)特征數(shù)據(jù)，對建筑物的結(jié)構(gòu)完整性進行評估，檢測建筑物在災害中遭受的損壞程度，例如：在地震災后評估中，利用三維激光掃描技術(shù)對建筑物進行測繪和分析，快速了解建筑物的結(jié)構(gòu)特點和損壞程度，為災后重建和修復工作提供重要依據(jù)。

4.3 道路交通的監(jiān)測與評估

在地質(zhì)災害中，道路交通的破壞導致救援物資無法及時送達災區(qū)，影響應急響應的效果。三維激光掃描技術(shù)可以快速獲取道路的三維數(shù)據(jù)，包括道路的走向、寬度、路面狀況等，對道路的損壞程度進行評估。此技術(shù)為道路搶修和重建工作提供決策依據(jù)，在泥石流災害后利用三維激光掃描技術(shù)對道路進行測量和分析，快速了解道路的損壞程度和修復難度，為搶修工作提供科學依據(jù)。

4.4 變形監(jiān)測

三維激光掃描技術(shù)測量精度在一定條件下可以達到毫米級別，是監(jiān)測變形的理想工具，在地質(zhì)災害治理中，變形監(jiān)測是非常重要的環(huán)節(jié)，它可以幫助救援人員及時發(fā)現(xiàn)和評估建筑物的變形情況，預防災害的發(fā)生，并為災后恢復提供科學依據(jù)。橋梁變形監(jiān)測是三維激光掃描技術(shù)的重要應用之一，橋梁的安全性直接關系到人們的生命財產(chǎn)安全，其安全性和穩(wěn)定性至關重要，三維激光掃描技術(shù)可以高精度地獲取橋梁的表面數(shù)據(jù)，分析橋梁的變形情況，及時發(fā)現(xiàn)和解決潛在的安全隱患。除了建筑物和橋梁，隧道也是地質(zhì)災害治理中需要重點關注的對象之一，隧道變形會導致其結(jié)構(gòu)破壞、通行受阻等嚴重后果，三維激光掃描技術(shù)可以精準地獲取隧道數(shù)據(jù)，實時監(jiān)測其變形情況，為隧道的維護和修復提供科學依據(jù)[3]。

通過實踐證明，三維激光掃描測繪技術(shù)展現(xiàn)出高精度、高效率和非接觸性的優(yōu)勢，這些技術(shù)的應用為地質(zhì)災害預警與評估提供了重要的技術(shù)支持和決策依據(jù)。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，三維激光掃描測繪技術(shù)將在地質(zhì)災害防治領域中扮演重要角色，為減少災害損失和保護人民生命財產(chǎn)安全作出更大的貢獻。

5 提高三維激光掃描測繪技術(shù)的策略

5.1 優(yōu)化設備性能

設備性能決定了測量精度和數(shù)據(jù)質(zhì)量，需要專業(yè)人員不斷優(yōu)化設備性能，提高設備的測量精度，加大研發(fā)力度，開發(fā)更先進的三維激光掃描儀；通過采用先進的激光測距技術(shù)和高靈敏度接收器，加強設備的校準和標定，確保設備在任何環(huán)境條件下都能夠保持高精度的測量結(jié)果；設備的速度和穩(wěn)定性是影響三維激光掃描測繪效率和質(zhì)量的重要因素，結(jié)合優(yōu)化設備的硬件設計和算法，提高設備的掃描速度，縮短數(shù)據(jù)采集的時間，加強設備的穩(wěn)定性測試和可靠性分析，保證設備在長時間工作和復雜環(huán)境下能夠保持穩(wěn)定的性能；加強設備的日常維護和保養(yǎng)，確保設備處于良好的工作狀態(tài)，制定合理的維護計劃和操作規(guī)程，定期對設備進行清潔、檢查和保養(yǎng)，及時發(fā)現(xiàn)和修復設備潛在的問題，防止因設備故障影響數(shù)據(jù)的精度和質(zhì)量。優(yōu)化設備性能是提高三維激光掃描測繪技術(shù)的基礎和關鍵，為三維激光掃描測繪技術(shù)的整體水平提供有力保障[4]。

5.2 加強數(shù)據(jù)采集與處理規(guī)范化

規(guī)范三維激光測繪技術(shù)，為技術(shù)人員提供了明確的工作指導和操作流程，有助于減少人為誤差和操作不當帶來的影響。制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集和處理標準，保證項目數(shù)據(jù)具有一致性和可比性，方便數(shù)據(jù)的共享和交流；在制定規(guī)范和標準時，充分考慮三維激光掃描測繪技術(shù)的特點和要求，明確數(shù)據(jù)采集的內(nèi)容、格式、精度，結(jié)合實際應用需求，針對不同領域和行業(yè)的特殊要求，制定具有針對性的規(guī)范和標準；確保規(guī)范和標準的實施效果，加強技術(shù)人員的培訓和交流，定期舉辦培訓班、研討會和工作坊等活動，提高技術(shù)人員對三維激光掃描測繪技術(shù)的認識和操作技能，加強不同團隊之間的交流與合作，分享經(jīng)驗和技巧，共同提升技術(shù)水平。

5.3 促進多領域融合

三維激光掃描測繪技術(shù)的應用遠不止地理信息領域，它具有廣泛的應用前景和跨領域的潛力。通過與建筑、考古、文化遺產(chǎn)保護等領域的結(jié)合，可以進一步拓展三維激光掃描測繪技術(shù)的應用范圍，提高其在不同領域的專業(yè)化水平。在建筑領域，三維激光掃描測繪技術(shù)為建筑設計和施工提供精確的三維模型，掃描建筑物表面獲取高精度的點云數(shù)據(jù)，快速重建出建筑物的三維模型，這種技術(shù)可以幫助建筑師、工程師和設計師理解建筑結(jié)構(gòu)，進行設計優(yōu)化、施工規(guī)劃和結(jié)構(gòu)分析等；在考古領域，三維激光掃描測繪技術(shù)為考古研究提供寶貴的三維數(shù)據(jù)資料，通過掃描遺址和文物獲取高精度的三維模型，為遺址復原、文物修復和古建筑結(jié)構(gòu)分析等提供有力支持，幫助考古學家了解古代文明和文化遺產(chǎn)，為保護和傳承歷史提供科學依據(jù)；在文化遺產(chǎn)保護領域，此技術(shù)為文化遺產(chǎn)的數(shù)字化保護和傳承提供重要手段，經(jīng)過高精度地掃描文化遺產(chǎn)對象建立精確的三維模型，為數(shù)字化存檔、虛擬修復和展示提供基礎數(shù)據(jù)，提高文化遺產(chǎn)的可見度和公眾參與度[5]。

5.4 加強技術(shù)研發(fā)與創(chuàng)新

積極與高校和研究機構(gòu)合作，共同開展三維激光掃描測繪技術(shù)的研發(fā)工作，充分利用資源，加速技術(shù)的研發(fā)進程，利用高校和研究機構(gòu)的人才優(yōu)勢為技術(shù)研發(fā)提供強有力的人才支持；除了與高校和研究機構(gòu)合作外，還應關注市場需求和行業(yè)動態(tài)，深入了解市場需求，研發(fā)出符合市場需求的產(chǎn)品和技術(shù)，針對性地開展技術(shù)研發(fā)和創(chuàng)新工作；在合作過程中需要保持敏銳的洞察力，及時關注國內(nèi)外最新的技術(shù)動態(tài)和研究成果，將其引入到國內(nèi)研發(fā)工作中，推動技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展。

5.5 提升數(shù)據(jù)處理技術(shù)

具體來講，要積極關注數(shù)據(jù)處理領域的新技術(shù)和新工具，及時引入先進的數(shù)據(jù)處理工具和技術(shù)，提高數(shù)據(jù)處理的速度和準確性；定期進行數(shù)據(jù)處理相關技能的培訓和提升，使數(shù)據(jù)處理人員能夠掌握最新的數(shù)據(jù)處理技術(shù)和工具，優(yōu)化數(shù)據(jù)處理流程；建立完善的數(shù)據(jù)處理流程和規(guī)范，制定科學、合理的數(shù)據(jù)處理流程和規(guī)范，確保數(shù)據(jù)處理工作的有序、高效進行；人工智能和機器學習技術(shù)在數(shù)據(jù)處理領域的應用越來越廣泛，引入人工智能和機器學習技術(shù)，自動化處理大量數(shù)據(jù)；建立完善的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制系統(tǒng)和管理制度，及時發(fā)現(xiàn)和解決數(shù)據(jù)質(zhì)量問題，保證數(shù)據(jù)的準確性和完整性。

6 結(jié)束語

三維激光掃描測繪在地質(zhì)災害治理中起到了至關重要的作用。通過高精度地獲取地形地貌數(shù)據(jù)能夠精確地評估災害的嚴重程度，預測未來的災害風險，并制定出科學合理的治理方案。在實際應用中，該技術(shù)大大提高了災害治理的效率和準確性，為保障人民生命財產(chǎn)安全提供了強有力的支持。隨著技術(shù)的不斷進步，三維激光掃描測繪在地質(zhì)災害治理中的應用將更加廣泛和深入，為人民群眾生活帶來更多的安全保障。