三维激光扫描测绘在地质灾害治理中的应用

三维激光扫描测绘在地质灾害治理中的应用

汤维

岳阳市自然资源和规划局事务中心 湖南省岳阳市 4140 00

摘要：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。

关键词：三维激光扫描测绘；地质灾害；治理应用

一、三维激光扫描仪工作原理

三维激光扫描技术是从复杂实体或实景中重建目标的全景三维数据及模型,它通过高速激光扫描测量的方法,获取目标的线、面、体、空间等三维实测数据并进行高精度的三维逆向建模。三维激光扫描技术又称“实景复制技术”。

本次研究采用中海达HS1200三维激光扫描仪进行数据获取,HS1200采用脉冲式激光测距的基本原理,在地质灾害应急方面与传统测绘技术相比有以下优势特点:(1)非接触测量。三维激光扫描技术采用非接触扫描目标的方式进行测量,无需反射棱镜,对扫描目标物体不需进行任何表面处理,直接采集物体表面的三维数据,可以用于解决危险目标、环境等特殊情况,最远距离可达1200m。(2)数据采样率高。目前,采用脉冲激光或时间激光的三维激光扫描仪采样点速率可达到50点/s,可见采样速率是传统测量方式难以比拟的。(3)主动发射扫描光源。三维激光扫描技术采用主动发射扫描光源(激光),通过探测自身发射的激光回波信号来获取目标物体数据信息,因此扫描过程中,可以实现不受扫描环境时间和空间的约束。(4)高分辨率、高精度。三维激光扫描测量技术可以对扫描目标进行高密度的三维数据采集,从而最高可达到5mm高分辨率的三维激光数据,对于单点测量精度也完全满足一般测量需求。

二、技术方案

某地突发泥石流灾害，在野外调查的基础上,分析了此次泥石流灾害的特征,并从其形成条件入手,探讨了此次灾害的成因和未来发展趋势。

（一）目的及要求

测量目的:运用静态三维激光扫描仪实地测量,获取此次泥石流滑坡高精度三维地理信息数据,为以后的灾后重建与防御工作提供第一手资料。

工程要求:应用静态激光扫描仪测绘1∶2000地灾点地形图,完成坐标转换拼接,DEM图形生成,等高线生成等处理。

（二）采集方案制定阶段

采集方案制定是指整个工作总体及技术方案制定过程,针对灾害点采用三维激光扫描仪远距离获取数据,HS1200三维激光扫描仪具有后视定向功能,可高精度获取绝对坐标系的激光点云数据,经过初步踏勘,拟定合适的架站位置,尽可能全覆盖测区,设置合理的激光参数,制定详细的实施方案。

（三）数据采集

(1)调试相机。根据测量环境的光亮成度来调节标配外挂单反相机的曝光时间,以便获取更加真实的影像数据。此次扫描工作正处气候条件湿润的季节,山间雨雾较多,所以单张照片拍照时长应相对长一些。

(2)架设仪器并记录相关信息。将扫描仪架设于踏勘的控制点上,对中整平,记录并量取设备仪器高。

(3)操控仪器采集数据。具体步骤包括:接通电源、连接笔记本电脑、新建项目、开始扫描、搬站。

在每个站点开始扫描之前,需对站点参数进行扫描参数设置。首先目测扫描站点位置到目标区域的大概距离,从而设置扫描模式。由于灾体面积较大,所以本次测量设置的扫描模式都是1200m的远距离扫描模式,便于获取离测站点较远的灾体数据。同时勾选影像获取,打开姿态评估功能键(记录反北方向角)。

需要说明的是,每站扫描时长约为12mm左右,扫描时间的长短取决于2个方面:第一,设置的点密度大小,点云密集比点云稀疏所用扫描时间较长(本次扫描1200m的地方点云密度为15cm)。第二,设置的扫描距离长远,扫描越远的地方比扫描较近的区域所用时间较长(本次扫描距离模式为1200m长远距离)。

（四）内业数据处理阶段

通过HD_3LS_SCENE软件可将点云导入,同时将获取的绝对坐标信息以文本格式导入,软件将自动识别后视标靶并匹配绝对坐标可自动将点云匹配至WGS-84坐标系下。

三、地质灾害中应用三维激光扫描技术的优势

（一）工作人员能够节约工作时间

在地质灾害救援工作中，天气变化往往是复杂的，不同地区的地质存在一定的差异，这将导致一些不可察觉和不可预测的因素，这将对地质灾害救援工作产生不利影响。例如，灾害现场可能会引发其他地质灾害，如地面塌陷、滑坡、泥石流等。因此，地质灾害现场调查的时间直接关系到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50000点，是传统扫描仪的十倍。这样可以大大提高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，确保工作人员的人身安全。

（二）工作人员可以在不受站位限制的情况下完成全景测量

在调查一些结构复杂的山区和隧道时，传统的测量仪器往往会限制工作人员的位置。在工作过程中，工作人员需要始终考虑自己的位置和测量仪器的位置和距离，这是非常不方便的。在三维激光扫描仪的应用中，工作人员可以在同一地点获取大量全景数据内容。如果将仪器放置在一个位置，可以从不同角度完成物体的全景测量，这有助于提高工作人员扫描数据的质量。

（三）员工数据处理难度较低

三维激光扫描仪测量的数据精度较高。同时，扫描仪获取的点云数据分布均匀、清晰直观，可以为工作人员的数据处理提供极大的便利，降低工作人员处理和分析数据的难度。

（四）加强安全生产

借助三维激光扫描技术，工作人员无需亲自接触被测物，可以使工作人员的工作更加安全。在实际地质灾害处理中，现场的情况往往比较复杂，工作人员需要考虑其人身安全，避免与灾区直接接触。通过三维激光扫描技术的应用，工作人员可以在不靠近灾区的情况下完成数据的远程采集，使专家可以远程完成数据的分析和处理，进而完成地质灾害管理的指导。

（五）地质灾害数据处理

多点调整需要借助riscanpro软件，该软件可以拼接两幅或两幅以上的图片，从而完成图片和数据的拟合，使图片显示出良好的调整效果。

植被滤波采用全波形数字处理技术的设备，可以保证光线顺利穿透植被，进而获得大量准确的地面数据。结合支持软件的功能，可以提高内页操作的方便性和快速性。同时，该技术绘制的图像也具有明显的清晰度。随后生成的三角剖分和等高线可以使图像更逼真。

结果提交指的是扫描点云数据的去噪。去除噪声后的点云数据可以形成数字高程模型，得到DEM结果，进一步扩大三维激光扫描技术在地质灾害中的应用效果。

结果的应用主要是分析扫描仪生成的图像，从而获得地质灾害的可能性，从地质条件方面综合分析灾害的具体原因，预测未来灾害的发展趋势。

四、结论

三维激光扫描技术是测绘领域的新技术,它突破了传统单点测量的数据处理方法,为测绘领域提供了一条新的研究方向,其出现与发展是“继GPS空间定位技术后的又一项测绘技术革新,将使测绘数据的研究内容、方法进入新的发展阶段”。将三维激光扫描仪引入到对地灾点的测绘生产是对传统地质灾害调查方法的有益扩展与补充,在极大提高工作效率的同时提高了地质灾害调查的精度,并且在特定条件下可以提供传统方法难以获得的数据资料。

参考文献：

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[2]李冠，张立伟.三维激光扫描技术在地质灾害调查中的应用研究[J].城市勘测，2021,4(1):205-208.

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