三维激光扫描测绘在地质灾害治理中的应用

郭昱铭

（武汉市勘察设计有限公司）

1 引言

近年来，我国地质环境相对复杂，地质灾害频发，为人们的生命安全与财产都带来了难以挽回的损失。如何借助科学技术完善地质灾害治理，也成为相关工作者不懈探索的难题。在这一背景下，三维激光扫描测绘技术的优势进一步凸显。运用三维扫描测绘技术，地质灾害治理人员可以对地质灾害现场进行更为准确、全面的扫描，为地质灾害治理提供有效的指导，真正提升地质灾害治理的质量与效率。

2 三维激光扫描仪技术概述

2.1 三维激光扫描仪技术原理

三维激光扫描仪在我国属于一项较为新型的技术，是在测绘领域应用了GPS定位技术后，应运而生的一种先进技术，引起了国内各研究领域的全面关注。地面激光扫描仪的种类繁多，例如，美国的FARD三维激光扫描仪、德国的Z+F三维激光扫描仪以及我国的北科天绘三维激光扫描仪等[1]。通过三维激光扫描仪，工作人员可开展激光测距工作，准确、及时地获取被测物体的表面三维坐标，查看物体的反射率，进而得到被测物体的立体模型数据，以及其他数据，用最短的时间还原被测物体的实际情况（见图1）。三维激光扫描仪的运用，改变了传统测量工作中的单点测量方式，发展出一种能够对物体展开更精准测量的扫描方式。

图1 三维激光扫描仪技术原理图

2.2 三维激光扫描仪在各领域中的应用

当前，我国应用三维激光扫描技术的领域十分广泛，同时，不少三维扫描设备也在市场中畅销，广泛应用，应用价值十分突出。

1）物体测绘领域

在建设大坝、水电站时，工作人员可借助三维激光扫描仪开展对物体的测绘工作，同时，这一技术在公路、铁路、桥梁、建筑物建设中的应用也十分常见。

2）工程结构领域

在桥梁改建工程中，工作人员可借助三维激光扫描技术，完成对桥梁结构的测量，得到各几何图形的具体尺寸、空间位置与面积，进而为桥梁改建工程提供一定的指导。此外，这一技术在管道线路测量安装工程中的应用也较为常见。

3）军事领域

三维激光扫描技术可被运用到军事领域的反恐行动中。例如，反恐人员可借助这一技术，强化对敌方的侦查与攻击，同时也可以运用这一技术完成对犯罪现场的实时监控。

4）游戏开发与电影制作

在拍摄电影时，工作人员可借助这一技术完成对电影的场景设计，同时也可以借助这一技术，优化网络虚拟游戏的开发工作，例如，可以制作高质量的虚拟影像，提升玩家在游戏过程中的体验。

5）灾害预防领域

工作人员可借助三维激光扫描技术，强化对灾害的预防工作，例如可借助这一技术，做好对地质灾害当地地形的勘察，以及对现场的检测。

除此之外，三维激光扫描技术的应用领域还包括文化遗产保护规划设计、城乡规划建设等。

3 三维激光扫描仪在地质灾害地形测绘中的应用

3.1 三维激光扫描仪在地质灾害治理中的应用案例

我国南京市溧水区的天生桥景区存在一定的地质灾害问题。天生桥北段的河口处始终没有设置过布防，在河流水位较高时，河流会向天生河两侧的村庄流动，进而导致灾害的发生。具体表现为土质滑坡、岩石滑坡、滚石等灾害，以及水土流失等环境问题。为避免地质灾害或环境问题的发生，相关工作人员需要对天生桥景区及周边的地形地质数据展开采集工作。但这一区域周边全为树木，运用无人机做岩壁的数据采集较为困难，此时，便可以采用三维激光扫描仪技术。在这一条件下应用三维激光扫描技术，工作人员可获得准确的物体坐标，进而全面分析、处理这些坐标数据，在此之上，绘制出高质量的地形图，做好对河流水位线的空间测量，准确分析当地可能发生的地质灾害问题，为河道地质灾害的预防治理工作指明方向。

3.2 地质灾害中应用三维激光扫描技术的优势

3.2.1 借助三维激光扫描技术扫描，工作人员能够节约工作时间

在地质灾害抢救工作中，天气变化往往较为复杂，同时不同地区的地质往往也存在一定差别，这些都会导致一些不可察觉、难以预料的因素，对地质灾害抢救工作带来不利影响。例如，发生灾害的现场，可能会连带引发其他地质灾害，如地面坍塌、滑坡、泥石流等，因此，地质灾害现场勘察的时间直接关乎着工作人员的人身安全。目前，三维激光扫描仪的测量速度约为每秒5万点，相较传统扫描仪，其速度增加了十倍。这就能够显著提升工作人员的扫描速度，为工作人员节省一定的工作时间，进而帮助工作人员更快地撤退，保证工作人员的人身安全[2]。

3.2.2 借助三维激光扫描技术扫描，工作人员能够完成站位不受限制的全景测量

在勘察一些结构较为复杂的山体、隧道时，传统的测量仪器，往往会对工作人员的站位起到一定的限制作用。在工作过程中，工作人员需要时刻考虑自身的站位以及测量仪器的位置、距离问题，十分不便。而在三维激光扫描仪的应用下，工作人员可在同一地点，获取到大量的全景数据内容，将仪器放置于一个位置，就可以完成对事物的不同角度的全景测量，这有助于提升工作人员扫描所得数据的质量。

3.2.3 借助三维激光扫描技术扫描，工作人员对数据处理的难度更低

三维激光扫描仪测量出来的数据准确性更高，同时，扫描仪获取的点云数据，分布十分均匀，清晰直观，能够为工作人员的数据处理提供很大便利，降低工作人员处理、分析数据的难度。

3.2.4 借助三维激光扫描技术扫描，工作人员无需亲身接触所测量的事物，这能够让工作人员的工作更加安全

在实际的地质灾害治理中，现场的情况往往较为复杂，工作人员需要切实考虑自身的人身安全，避免与发生灾害的区域有直接接触。而在三维激光扫描技术的应用下，工作人员可在不近距离靠近灾区的情况下，完成对数据的远距离采集，让专家能够远程完成对数据的分析与处理，进而完成对地质灾害治理工作的指导。

3.3 运用三维激光扫描技术完成地质灾害地形测绘的特点

3.3.1 非接触性测量

在三维激光扫描技术的支持下，工作人员可不用近距离地接触目标，便获得目标的立体点云坐标，不需任何处理简单准确地获取扫描数据。因此，运用三维激光扫描技术，在采集一些危险目标的数据时，具有突出优势。

3.3.2 扫描速度快

三维激光扫描仪采样点速率高，扫描速度快，能够为测量人员节省更多的时间，让测量人员在测量完毕后更早地回到安全区域。

3.3.3 信息存储量大

借助三维激光扫描技术，工作人员可完成对庞大的灾害隐患信息数据的存储，同时，借助与地质灾害有关的图幅信息，专家能够更为快捷地处理地质灾害问题，节省地质灾害治理的时间（见图2）。

图2 信息存储示意图

3.4 对地质灾害数据的处理

三维激光扫描仪本身带有GPS系统，能够让扫描采集的数据，呈现出大致的地理坐标，以及反北反向角，可借助地理坐标与反北反向角，及时纠正所测量的数据，提升测量数据的精确性。

多站点调整则需要借助RISCANPRO软件，可运用这一软件拼接两个或多个图片，进而完成对图片与数据的拟合，让图片呈现出良好的平差效果[3]。

植被过滤采用的是具有全波形数字处理技术的设备，此种技术能够保证光线顺利穿透植被，进而得到大量、准确的地面数据，结合配套软件的功能，提升内页作业的方便性、快捷性。同时，这一技术所绘制的图像也具有鲜明的清晰性。在之后所生成的三角网与等高线，则可以让图像更为逼真。

成果提交是指对扫描得到的点云数据展开去噪处理，去除噪点后的点云数据，能够形成数字高程模型，得到DEM成果，这能够进一步扩展三维激光扫描技术在地质灾害中的应用效果。

成果应用主要是对扫描仪所生成的图像展开分析，进而得出该地发生地质灾害的可能性，并从地质条件等方面，全面分析灾害发生的具体原因，预测得出灾害未来的发展走向。

4 结语

综上所述，在地质灾害治理中应用三维激光扫描技术，有助于为工作人员带来及时、准确的高质量数据，节省工作人员的测量时间，同时为后续的数据分析工作提供一定方便。工作人员可借助这一技术完成对地质灾害地形的测绘，得到真实可靠的地质灾害地形数据，进而在综合分析的基础上，为地质灾害预防与治理指明方向，提升地质灾害治理工作的效率与质量，维护我国人民的人身安全与财产安全。