三维激光扫描技术在地质测绘中的应用

2020-08-09薛成永

工程技术研究 2020年13期

薛成永

（山东钰镪地质资源勘查开发有限责任公司，山东泰安 271000）

为进一步提升工程项目建设质量，需精确测量相应地质条件情况。在传统地质测绘模式下，测绘项目所需要的人力、物力资源较多，测绘过程烦琐且准确度较低，难以满足当前工程项目建设需要。基于此，三维激光扫描技术在地质测绘工程中得以广泛应用。该技术将激光引入测量装置，凭借激光单色性、方向性、相干性、高亮度等特点开展地质测量，有效提升了测量的效率和质量，为现代工程项目建设创造了有利条件。

1 三维激光扫描的内涵及优势

1.1 三维激光扫描技术的基本内涵

作为一种全新化的地质勘查手段，三维激光扫描技术在测绘领域的应用逐渐广泛，其不仅提升了地质测绘结果的准确性，而且有效地缩短了地质测绘的时间，具有良好的工程效益、经济效益、社会效益。在实际测量中，三维激光扫描技术对传统的GPS定位系统进行改进，然后通过激光进行扫描，并由此来判断建设工程施工环境情况。从测量结果来看，其能为测量人员提供丰富的三维测控点云数据，并且在确保数据精准的情况下，测绘人员可以绘制建设区域三维立体模型。在实际施工中，建设人员能通过该模型，立体化、直观化地掌握建设区域地质情况，保证了地质测绘精度，为工程项目建设创造了有利条件[1]。

1.2 三维激光扫描技术的技术优势

现阶段，三维激光扫描技术在地质测绘中的应用不断普遍。与传统扫描技术相比，三维激光扫描具有极大的技术优势。一方面，该检测技术通过激光射线进行地质环境测量，激光线本身具有单色性、方向性、相干性、高亮度的特点，测绘人员可在非接触模式下，实现地质环境情况的有效测量；另一发面，借助于三维激光扫描系统，测绘人员能动态检测测量数据，并对测量数据进行数字化分析，确保了测量数据的精确性。此外，三维激光扫描技术借助于现代通信手段，实现了测量数据的即时传输、分析、保存、管理和应用，有效地提升了测绘数据的应用价值。需注意的是，现代三维激光测绘手段还能直观地观察地质内部环境，这降低了测绘单位的工作成本，有效地提升了测绘工程的效率和质量[2]。

2 三维激光扫描技术在地质测绘中的应用流程

2.1 地质数据采集

地质测绘工作中，通过地质勘测掌握一定地理区域真实的地质水文情况，是三维激光扫描技术数据采集管理的最终目的[3]。在工程项目建设中，应基于工程建设目标，采集地质情况基础数据（见图1）。在整个数据采集中，应注重以下要点把控：第一，为确保数据采集的高效性，应注重扫描仪的合理选择，同时确定标靶方向，并有效规划测区站点，以减少原始测量数据之间的误差。第二，在实际测量中，需严格按照标准比例尺进行实际测量，同时采用计算机软件处理相关数据，确保测量数据的精确性。

图1 三维激光地质数据采集

2.2 测量数据的预处理

完成地质情况基础数据采集后，需对所采集的数据进行预处理。一方面，需将激光雷达点云数据运用其中，这样不仅能消除和分隔噪声、变换坐标，而且能实现图像匹配、点石匹配的有效处理。另一方面，需对不同点位之间的数据进行匹配处理，即需确保其格式相同，且各数据基于同一坐标体系进行换算处理。此外，应在构建目标模型后定量分析相关数据信息，以获取详细的地质信息。

2.3 提取绘制地面物体

地面物质提取与绘制是地质测绘工作的重要内容。通常，未经处理的地质信息为多组数据信息，在完成数量预处理后，需提取绘制地面物体，建立测量区域地貌模型，并实现测量信息的矢量表达。通常，在地物提取与绘制过程中，同样会使用到三维激光扫描技术。具体而言，可在该技术的支撑下，提取地面的物体，匹配相应的点云数据；同时还可以在特定软件的支撑下，将三维激光扫描得到的结果进行格式转化、存储，并导进相应的软件执行绘图工作。

2.4 生成等高线

等高线生成是地质测绘过程中一个较为重要的环节。三维扫描技术扫描的密度相对较大，这使得在测绘过程中，容易因点位密度大而造成分布不均匀，此时如果继续使用三维激光扫描技术扫描等高线，就会造成等高线信息获取混乱，影响地面信息获取的准确度。因此，在地质测绘等高线生成过程中，要合理使用三维激光扫描技术，还需要排除地形干扰因素，结合测绘技术的相应精度标准适当改动，这样可利用处理之后的信息数据生成等高线，确保了地质测绘的精确程度。

2.5 地形图的编辑

编辑地形图，进而指导工程项目建设是地理测绘的重要目标[4]。在地形图编辑过程中，核心要点在于实现地面物体图形与等高线图形的匹配。在地形图实际编辑中，由于前期处理会删除一些地形数据，这使得等高线会出现部分缺失问题，影响了地形图编辑工作的开展。对此，在实际工作开展中，需手动修改，然后结合相关资料，通过较为真实的数据反馈进行补充；同时应加大编辑软件的应用程度，不断完善图形信息，以确保地形图最终成图的完整性、准确性。

3 三维激光扫描技术的应用要点

3.1 车载激光扫描系统应用

车载激光扫描系统在当前地质测绘中的应用极为广泛（见图2）。从应用过程来看，其在三维激光扫描系统的基础上，融合使用车载移动测量系统。在当前测量过程中，为了更快、更准确地测量地质信息，人们在车载移动设施内加入精确导航系统和数据信息，这使得设备规避障碍时更加灵活，有效保证了地质信息的扫描质量。

图2 车载激光扫描

越野车是车载系统的前身车型，在地质测绘过程中，将激光扫描设备与摄像系统安装在上面，就构成了全新的扫描系统。从应用过程来看，车载激光扫描系统应用环境不同，其实际的高度也存在较大差异。基于此，应在测量前，系统分析选取的地点，并在固定升降设备的支撑下，调整扫描仪高度。同时，为了保证测量的精确度，还需在扫描点附近设置一些检查点，这样，通过对车辆自身定位系统的利用，车载激光扫描系统能将自身的地理坐标确定下来，这样能有效减少测量工作所用时间，提升测量的效率。需注意的是，在地理信息收集过程中，受测量车辆体积的影响，其还会产生一定的测量盲区。对此，需在测量前系统设计测量车之间的间距；同时，还应在数码照片同步技术的支撑下，调节照片的透明度，进而对构建的模型进行约束；此外，还应通过自动化数据处理与人工结合的方式，优化处理车载激光扫描的结果，以减小测量误差，提升地形测量的准确性。

3.2 3D激光扫描仪应用

通过激光测量距离是3D激光扫描仪的主要功能。在实际应用中，扫描棱镜属于内部设备，3D激光扫描仪应在该设备单元的支撑下，不需要反射棱镜就可以实现对扫描点三维坐标的精确测量，而且扫描速度非常快。与传统扫描方式相比，其具有较高的分辨率，同时测量过程无须进行实物接触，数据采集效率较高。在使用其余全息照片时有着相同的原理，即将激光分成2束，一束光照射物件，一束直接照到底片上，使感光元件感光。在使用中，为确保记录物体的立体，需注重激光分束的合理应用[5]。

3.3 海量数据获取

相比于传统地质测绘，三维激光扫描技术在地质测绘中注重海量数据的测量和应用。这主要得益于其自身较高的数据获取效率和处理效率。在实际测量中，针对三维激光扫描技术大密度的地址信息扫描获取，不仅要注重原始数据的收集和分类存储，还应注重数据从护理软件的有效更新，通过云计算系统进行测量数据校准、分析，由此获得较为准确的地理地质信息，并构建地形模型，为后期工程建设提供有效指导。