三维激光扫描技术及其在地形地质测量中的应用

雷泽飞

（贵州省有色金属和核工业地质勘查局地质勘测设计院，贵州 贵阳 550001）

相比较传统的测量方式，三维激光扫描技术具有高测量精度，高工作效率等优点，在各行业当中应用日渐广泛。尤其是在地形地质测量当中，可以通过激光的放射，对所测量区域的数据进行精准的采集，且工作范围较广，可以极大的提高地形地质的测量精度和工作效率。因此，研究分析三维激光扫描技术在地形地质测量中的应用具有重要的现实意义。

1 三维激光扫描技术的优势

（1）扫描硬件的技术优势。①扫描速度：相比较传统的扫描技术，采用三维激光可以实现每秒数万点的扫描速度，极大的提高数据采集的工作效率，缩短了野外数据采集工作的时间，保障了相关工作人员的安全[1]。②扫描结构：随着科学技术的发展，三维激光扫描技术进一步的集成化，扫描电池内置、高分辨率触摸屏、高分辨率的数码相机等组成了三维激光扫描仪，不仅便于相关工作人员进行操作，而且携带方便。③视场角和精确度：现阶段，三维激光扫描技术可以实现全景扫描，有效的扩大了测量区域的扫描范围，同时还具有现细微扫描点的测量的功能，精确度进一步得到了提高，可以满足需求者对不同级别精度数据的要求[2]。

（2）软件方面的应用优势。①处理量：利用扫描软件，可以在较短的时间内对数以亿计的数据进行处理和存储，极大的提高了对数据的处理效率，帮助相关工作者可以更为精准和快速的获得所需的测量信息。②功能齐全：当前三维激光扫描技术不仅可以完成建模、地形精准测量等功能，而且还具有二维线条提取等功能，可以满足不同行业的不同功能需求，在建筑结构测绘、工业设计、地形地质测量等多个领域应用十分广泛。

2 三维激光扫描技术在地形地质测量中应用

（1）监测边坡安全。对于边坡而言，很容易出现滑坡等严重的地质灾害。因此必须采取有效的技术手段，对边坡的实时情况进行监测，预测可能存在的边坡破坏，并采取有效的措施对边坡破坏进行预测。采用三维激光扫描技术，可以精准的对边坡灾害进行精准的扫描测量，掌握灾害发生前后的地形变化情况，从而帮助相关工作者制定科学合理的技术措施，预防二次边坡破坏。

（2）研究地质露头。在进行地质露头研究过程中，应用三维激光扫描技术，可以为相关工作者开展地质灾害预防和地震灾害研究提供帮助。此外，在采用三维激光扫描技术的过程中，增设内置相机还可以帮助相关工作者获得较为清晰的影像资料，帮助其后期进行数据分析时，可以更精准的掌握现场的地质信息。此外，在进行地质露头测量过程中，还可以实现彩色Mesh模型的搭建，利用点、线、面等信息实现三维空间的数据信息获取，并将DXF格式的数据导入到后期的灰绘图当中，有效的提高了地质露头测量的准确性。

（3）测绘基础地形。借助三维激光扫描技术，还可以帮助相关工作者，在进行基础地形测绘中，更精准的进行地形图的绘制。主要测量步骤如下所示：①扫描作业：首先结合所需进行基础地形绘制区域的地形地貌特点，对三维扫描仪的站点进行科学合理的设置，然后根据各个站点不同的情况，设置相对应的扫描分辨率，最后控制好各个站点的扫描范围和地理坐标，完成整个地形的扫描作业。②将扫描所获得的采集数据进行转换，并利用相关的软件，将不同站点扫描所获得数据拼接到同一个坐标系中。③构建TIN网：利用软件对扫描所获得数据中的建筑物以及植被等信息进行提出，构建并优化TIN网。并在此基础上，进行等高线的生成，最终完成基础地形信息的绘制作业。

（4）研究地质裂缝。通过三维激光扫描技术进行地质探测，可以对所探测区域内的实际情况进行精准的勘查，包括所勘查区域的地质裂缝及其形状。这样，不仅可以实现地质裂缝的高清晰度、高密度照片的获取，而且能够将采集到的数据绘制成三维模型，便于相关工作者对地质裂缝展开分析。

3 三维激光扫描技术应用实例分析

某水利工程项目存在一处公路边坡滑坡，由于公路的施工开挖，导致该处边坡坡角的阻滑体被挖出，存在较大的滑坡地质灾害风险。为了有效的对此边坡的现状进行监测，并为后期的治理措施提供科学的数据支持，本工程计划采用三维激光扫描技术对该处边坡进行扫描和数据采集。

（1）扫描测站和后视点坐标的获取。首先将三维激光扫描仪架设在加密点T1，并在T2设置反射标靶。受到三维激光扫描仪本身测程的硬性，不同测站的测量数据如何拼接到一起，都需要标靶来完成，因此根据扫描仪测程，需要在各相邻测站重合的位置布设3个以上形成不规则图形的标靶，以供点云拼接需要。

（2）点云数据的采集。①布设：结合本工程的实际情况，计划采用分两站进行扫描测量，并选择合适的位置进行测站和后视点的定位。②扫描：首先将三维激光扫描仪架设在事先选定的测站上，确保仪器参数调整无误后，进行边坡指定区域的扫描作业（如图1所示）。③精扫：对该场景进行扫描结束后，对后视点所在区域进行精细扫描，并严格控制不同测站的中心位置，确保最后的点云数据可以处于同一坐标系统下进行拼接。

图1 扫描后点云数据示意图

图2 点云数据拼接示意图

（3）数据处理。本工程根据两站所获得扫描数据，利用Cyclone软件对其进行拼接处理，从而获得该边坡区域的完整扫描数据。点云数据拼接后的图形如图2所示。

（4）采用三维激光扫描技术与传统方法监测数据的对比。由于本工程针对滑坡的变形监测大多是采用全站仪进行水平位移的监测，为了验证三维激光扫描技术数据的精准性，特采用全站仪对该区域进行了二次测量。对比两次测量所得结果，各监测点的偏差值均满足滑坡体监测点精度要求。

4 结语

综上所述，随着科学技术的发展，越来越多的新技术和新材料被应用到各行各业当中，推动了人们社会的发展与进步。三维激光扫描技术具有高精度，扫描范围广等优点，可以有效提高地形地质测量的精度和作业效率，提高野外作业过程中相关工作人员的安全性，值得进一步的推广和应用。