激光掃描測繪在地質(zhì)災害治理中應用

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【摘要】三維激光掃描測繪技術能夠通過高速激光掃描的方式，完成對空間點位信息的精準測量，進而獲取被測對象的數(shù)據(jù)，具有數(shù)據(jù)準確、操作快捷等多種優(yōu)勢，特別是在地質(zhì)災害治理中發(fā)揮了極為突出的作用。文章對三維激光掃描測繪技術在地質(zhì)災害治理中的應用展開了探討。

【關鍵詞】三維激光掃描測繪；地質(zhì)災害；治理

1引言

近年來，我國地質(zhì)環(huán)境相對復雜，地質(zhì)災害頻發(fā)，為人們的生命安全與財產(chǎn)都帶來了難以挽回的損失。如何借助科學技術完善地質(zhì)災害治理，也成為相關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的優(yōu)勢進一步凸顯。運用三維掃描測繪技術，地質(zhì)災害治理人員可以對地質(zhì)災害現(xiàn)場進行更為準確、全面的掃描，為地質(zhì)災害治理提供有效的指導，真正提升地質(zhì)災害治理的質(zhì)量與效率。

2三維激光掃描儀技術概述

2.1三維激光掃描儀技術原理

三維激光掃描儀在我國屬于一項較為新型的技術，是在測繪領域應用了GPS定位技術后，應運而生的一種先進技術，引起了國內(nèi)各研究領域的全面關注。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，準確、及時地獲取被測物體的表面三維坐標，查看物體的反射率，進而得到被測物體的立體模型數(shù)據(jù)，以及其他數(shù)據(jù)，用最短的時間還原被測物體的實際情況（見圖1）。三維激光掃描儀的運用，改變了傳統(tǒng)測量工作中的單點測量方式，發(fā)展出一種能夠?qū)ξ矬w展開更精準測量的掃描方式。

2.2三維激光掃描儀在各領域中的應用

當前，我國應用三維激光掃描技術的領域十分廣泛，同時，不少三維掃描設備也在市場中暢銷，廣泛應用，應用價值十分突出。1）物體測繪領域在建設大壩、水電站時，工作人員可借助三維激光掃描儀開展對物體的測繪工作，同時，這一技術在公路、鐵路、橋梁、建筑物建設中的應用也十分常見。2）工程結構領域在橋梁改建工程中，工作人員可借助三維激光掃描技術，完成對橋梁結構的測量，得到各幾何圖形的具體尺寸、空間位置與面積，進而為橋梁改建工程提供一定的指導。此外，這一技術在管道線路測量安裝工程中的應用也較為常見。3）軍事領域三維激光掃描技術可被運用到軍事領域的反恐行動中。例如，反恐人員可借助這一技術，強化對敵方的偵查與攻擊，同時也可以運用這一技術完成對犯罪現(xiàn)場的實時監(jiān)控。4）游戲開發(fā)與電影制作在拍攝電影時，工作人員可借助這一技術完成對電影的場景設計，同時也可以借助這一技術，優(yōu)化網(wǎng)絡虛擬游戲的開發(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。5）災害預防領域工作人員可借助三維激光掃描技術，強化對災害的預防工作，例如可借助這一技術，做好對地質(zhì)災害當?shù)氐匦蔚目辈?，以及對現(xiàn)場的檢測。除此之外，三維激光掃描技術的應用領域還包括文化遺產(chǎn)保護規(guī)劃設計、城鄉(xiāng)規(guī)劃建設等。

3三維激光掃描儀在地質(zhì)災害地形測繪中的應用

3.1三維激光掃描儀在地質(zhì)災害治理中的應用案例

我國南京市溧水區(qū)的天生橋景區(qū)存在一定的地質(zhì)災害問題。天生橋北段的河口處始終沒有設置過布防，在河流水位較高時，河流會向天生河兩側的村莊流動，進而導致災害的發(fā)生。具體表現(xiàn)為土質(zhì)滑坡、巖石滑坡、滾石等災害，以及水土流失等環(huán)境問題。為避免地質(zhì)災害或環(huán)境問題的發(fā)生，相關工作人員需要對天生橋景區(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，運用無人機做巖壁的數(shù)據(jù)采集較為困難，此時，便可以采用三維激光掃描儀技術。在這一條件下應用三維激光掃描技術，工作人員可獲得準確的物體坐標，進而全面分析、處理這些坐標數(shù)據(jù)，在此之上，繪制出高質(zhì)量的地形圖，做好對河流水位線的空間測量，準確分析當?shù)乜赡馨l(fā)生的地質(zhì)災害問題，為河道地質(zhì)災害的預防治理工作指明方向。

3.2地質(zhì)災害中應用三維激光掃描技術的優(yōu)勢

3.2.1借助三維激光掃描技術掃描。借助三維激光掃描技術掃描，工作人員能夠節(jié)約工作時間在地質(zhì)災害搶救工作中，天氣變化往往較為復雜，同時不同地區(qū)的地質(zhì)往往也存在一定差別，這些都會導致一些不可察覺、難以預料的因素，對地質(zhì)災害搶救工作帶來不利影響。例如，發(fā)生災害的現(xiàn)場，可能會連帶引發(fā)其他地質(zhì)災害，如地面坍塌、滑坡、泥石流等，因此，地質(zhì)災害現(xiàn)場勘察的時間直接關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，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)省一定的工作時間，進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掃描。借助三維激光掃描技術掃描，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構較為復雜的山體、隧道時，傳統(tǒng)的測量儀器，往往會對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用下，工作人員可在同一地點，獲取到大量的全景數(shù)據(jù)內(nèi)容，將儀器放置于一個位置，就可以完成對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掃描。借助三維激光掃描技術掃描，工作人員對數(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)準確性更高，同時，掃描儀獲取的點云數(shù)據(jù)，分布十分均勻，清晰直觀，能夠為工作人員的數(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。掃描借助三維激光掃描技術掃描，工作人員無需親身接觸所測量的事物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際的地質(zhì)災害治理中，現(xiàn)場的情況往往較為復雜，工作人員需要切實考慮自身的人身安全，避免與發(fā)生災害的區(qū)域有直接接觸。而在三維激光掃描技術的應用下，工作人員可在不近距離靠近災區(qū)的情況下，完成對數(shù)據(jù)的遠距離采集，讓專家能夠遠程完成對數(shù)據(jù)的分析與處理，進而完成對地質(zhì)災害治理工作的指導。

3.3運用三維激光掃描技術完成地質(zhì)災害地形測繪的特點

3.3.1非接觸性測量。在三維激光掃描技術的支持下，工作人員可不用近距離地接觸目標，便獲得目標的立體點云坐標，不需任何處理簡單準確地獲取掃描數(shù)據(jù)。因此，運用三維激光掃描技術，在采集一些危險目標的數(shù)據(jù)時，具有突出優(yōu)勢。3.3.2掃描速度快。三維激光掃描儀采樣點速率高，掃描速度快，能夠為測量人員節(jié)省更多的時間，讓測量人員在測量完畢后更早地回到安全區(qū)域。3.3.3信息存儲量大。借助三維激光掃描技術，工作人員可完成對龐大的災害隱患信息數(shù)據(jù)的存儲，同時，借助與地質(zhì)災害有關的圖幅信息，專家能夠更為快捷地處理地質(zhì)災害問題，節(jié)省地質(zhì)災害治理的時間（見圖2）。

3.4對地質(zhì)災害數(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，以及反北反向角，可借助地理坐標與反北反向角，及時糾正所測量的數(shù)據(jù)，提升測量數(shù)據(jù)的精確性。多站點調(diào)整則需要借助RISCANPRO軟件，可運用這一軟件拼接兩個或多個圖片，進而完成對圖片與數(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)字處理技術的設備，此種技術能夠保證光線順利穿透植被，進而得到大量、準確的地面數(shù)據(jù)，結合配套軟件的功能，提升內(nèi)頁作業(yè)的方便性、快捷性。同時，這一技術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。成果提交是指對掃描得到的點云數(shù)據(jù)展開去噪處理，去除噪點后的點云數(shù)據(jù)，能夠形成數(shù)字高程模型，得到DEM成果，這能夠進一步擴展三維激光掃描技術在地質(zhì)災害中的應用效果。成果應用主要是對掃描儀所生成的圖像展開分析，進而得出該地發(fā)生地質(zhì)災害的可能性，并從地質(zhì)條件等方面，全面分析災害發(fā)生的具體原因，預測得出災害未來的發(fā)展走向。

4結語

綜上所述，在地質(zhì)災害治理中應用三維激光掃描技術，有助于為工作人員帶來及時、準確的高質(zhì)量數(shù)據(jù)，節(jié)省工作人員的測量時間，同時為后續(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完成對地質(zhì)災害地形的測繪，得到真實可靠的地質(zhì)災害地形數(shù)據(jù)，進而在綜合分析的基礎上，為地質(zhì)災害預防與治理指明方向，提升地質(zhì)災害治理工作的效率與質(zhì)量，維護我國人民的人身安全與財產(chǎn)安全。

參考文獻

[1]褚宏亮，邢顧蓮，李昆仲，王國利，段奇三.基于地面三維激光掃描的三峽庫區(qū)危巖體監(jiān)測[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2021，48(4):124-132.

[2]李冠，張立偉.三維激光掃描技術在地質(zhì)災害調(diào)查中的應用研究[J].城市勘測，2021，4(1):205-208.

[3]鄧麗.三維激光掃描技術在地質(zhì)測繪和工程測量中的綜合應用探討[J].世界有色金屬，2021，4(8):159-160.

作者:郭昱銘 單位:武漢市勘察設計有限公司