地面三维激光扫描技术在地质调查中的应用

王瑞芳 荆地

摘要：地面三维激光扫描技术属于新型的测量手段，相较于以往的单点测量方法具有多方面的优势。单点测量范围相对较小，并且测量精度有限，同时单点测量技术的覆盖范围小，测量效率低。而地面三维激光扫描技术的应用则实现了从点上测量到面上测量的转变，因此测量精度更高，数据获取速度更高。该技术还可以实现非接触测量，因此能够满足那些复杂地形的测量工作，并且可以更好地保障工作人员的人身安全。正是因为这些方面的优势，使得地面三维激光扫描技术在地质调查中的应用十分广泛，可以为地质调查工作提供有力的支持，可以在很大程度上提升地質调查工作的质量和效率。基于此，本文就地面三维激光扫描技术在地质调查中的应用进行探究，仅供大家参考。

关键词：地质调查地面三维激光扫描技术三维建模应用

Application of Ground 3D Laser Scanning Technology in Geological Survey

WANG Ruifang  JING Di

（Henan College of Surveying and Mapping， Zhengzhou， Henan Province，450015 China）

Abstract： The terrestrial 3D laser scanning technology is a new type of measurement method， which has many advantages compared with the previous single-point measurement methods. The single-point measurement range is relatively small and the measurement accuracy is limited. At the same time， the single-point measurement technology has a small coverage area and low measurement efficiency. The application of terrestrial 3D laser scanning technology has realized the transformation from point measurement to surface measurement， so the measurement accuracy is higher and the data acquisition speed is higher. The technology can also achieve non-contact measurement， so it can meet the measurement work of those complex terrain， and can better protect the personal safety of the staff. It is precisely because of these advantages that terrestrial 3D laser scanning technology is widely used in address surveys， which can provide strong support for geological survey work， and can greatly improve the quality and efficiency of geological survey work. Based on this， this article explores the application of terrestrial 3D laser scanning technology in geological surveys for your reference only.

Key Words： Geological survey; ground 3D laser scanning technology; 3D modeling; application

地面三维激光扫描技术主要用于测量，该技术的优势主要体现在面上测量方面，借助该技术能够有效提升测量效率和测量的精确度。在地质研究中，对该技术的运用也非常普遍，对于提升地质调查工作效率和保障地质调查成果的准确性等具有十分重要的意义，因此可以为导致调查工作提供有力的支持。

1地面三维激光扫描技术发展现状分析

地面三维激光扫描技术的优势十分显著，因此该技术在近年来得到了快速发展。以往的测量技术只能进行点对点的测量，而且借助地面三维激光扫描技术则实现了对面的测量，既能提升地质调查工作的效率，也能保证地质调查成果的精确度。该技术在数字城市建设、地形测绘、建筑监测与地质调查等领域中均有十分广泛的应用，并且取得了十分显著的应用效果，能够为相关领域的发展提供有力的支持。该技术的应用，需要借助三维激光扫描仪，三维激光扫描仪是一个能够大规模、速率、高精度、大密度获取目标地物的三维形状和位置的检测装置，内含了扫描棱镜，不反射棱镜就可以准确测得数字化扫描点的三维位置。随着三维激光扫描仪性能的完善，以及数据后台处理软件的发展，使得地面三维激光扫描技术的应用效果更为显著。除此之外，该技术还可以与全站仪和GPS数据相结合，实现对地质灾害的监测分析，能够帮助人们更好地规避和预防地质灾害。地面三维激光扫描技术因自身的优势十分显著，因此在很多领域中均得到了广泛的应用，并且对该技术的市场需求也在不断扩大。但是该技术的应用成本相对较高，这会在很大程度上影响技术的普及率，针对这种情况，应加强对地面三维激光扫描仪的研发，降低技术应用成本，推动技术的广泛应用，使其更好地为地质调查服务。AA022FC1-DF4F-4474-93B5-E8A209DC7CED

2地面三维激光扫描技术在地质调查中的应用

在地质调查中应用地面三维激光扫描技术，可以全面收集地质环境信息，并借助这些相关信息建模。相较于传统测量手段，该技术的优越性更强，不仅能够帮助人们获取更加全面的地质环境信息，而且还可以更好地保障信息的准确性。除此之外，借助该技术还可以实现非接触式测量，因此能够更好地应对复杂地形与环境，能够对人力难以触及到的位置进行扫描，获取这些位置的数据信息。因此该技术的应用还可以更好地保障工作人员的人身安全。本文以水利工程建设为例，分析地面三维激光扫描技术的应用措施。由于水利工程多建设在高山峡谷之中，因此其地形十分复杂，面对陡峭的边坡，人力难以触及，因此传统的地质调查手段难以满足水电工程建设的需求，这便需要借助地面三维激光扫描技术进行地质调查，而技术的具体应用则应从以下几个方面入手。

2.1结构面的识别

在地质调查过程中，需要对结构面进行调查，这是地质调查工作的主要内容之一，而借助地面三维激光扫描技术则可以帮助工作人员获取地质表面的三维数据。但是借助地质表面三维数据只是结构面的地表露出部分，因此数据缺乏全面性。针对这种情况，在结构面识别过程中应该结合地质情况。例如，在技术的实际应用过程中，如果结构面有着明显的特征，并且结构面的产状稳定，这对这种类型的结构面，可以直接通过点云数据进行识别。而针对那些结构面特征不明显，并且存在产状变化的结构面，则不能直接通过点云数据进行识别，应参照现场照片进行识别，同时为了提升结构面识别的精确性，还需要参考现场调查相关数据，这样才能对结构面进行准确识别。

2.2结构面产状等相关测量

以ILRIS 36D地面三维激光扫描仪的应用为例，该扫描仪借助Ploy-works软件进行数据处理，但是该软件为直接提供结构面产状测量模块，即便如此，也可以实现对结构面产状的测量。可以借助Ploy-works软件中的拟合平面模块进行测量，通过该模块可以对结构面进行模拟，在完成模拟之后便可以对结构面产状等进行测量。在实际的操作过程中，应先将测量对象结构面拟合成平面结构，在此基础上便可以显示出测量对象结构面的平面方程参数。再结合平面一般方程式“Ax+By+Cz+D=0”便可以得出结构面产状。由此可见，借助地面三维激光扫描仪，可以为结构面产状的测量提供有力的支持，极大地提升了地质调查的工作效率，同时也能更好地规避因人为失误而造成的测量误差。

2.3危岩体三维尺寸和角度测量

在水电工程建设过程中，需要对高位危岩体进行全面的调查，确保其稳定性与安全性，避免给水电工程建设和水电工程的应用带来不利影响。高位危岩体存在掉落风险，并且由于其所处位置较高，因此对测量工作而言不仅难度大，同时还会面临着较高的风险[1]。调查人员难以靠近高位危岩体，进而难以对其进行有效地测量。即使能够靠近高位危岩体，但是采用传统技术对其进行角度测量等，需要进行接触测量，这会给调查人员带来巨大的风险。针对这种情况便需要借助地面三维激光扫描技术进行测量。该技术可以实现非接触式测量，因此无需对危岩体进行现场实地测量，能够更好地保障调查人员的人身安全，并且也可以保障获取数据的准确性和全面性，帮助调查人员掌握危岩体的三维尺寸和角度，并且借助相关数据还可以准确计算出危岩体的面积与体积，进而为高位危岩体的处理提供参考与依据。除此之外地面三维激光技术可以为水电工程建设提供有力的支持，借助该技术可以实现对开发体积以及土石方量等进行测量。

3案例分析

以某危岩体的测量为例，该危岩体岩层产状280°～300°<4°～5°，出露地层为二叠系灰岩和志留系页岩。该危岩体由于二叠系灰岩形成高陡崖，危岩体基底风化严重，同时受降雨入渗与工程建设等方面的影响，使其稳定性不断降低。如果遇到地震或者持续性暴雨等情况，该危岩体出现崩塌现象的几率较高，因此会给附近居民的生命财产安全带来巨大的威胁[2]，以此针对该危岩体的测量与调查具有十分重要的意义。

3.1基础测量

以往，主要借助RTK定位后做点间连线的方式对灾害体进行基础测量。这种方法存在一定的不足，如其连续性不强，进而会给测量精度带来不利影响，测量结果与实际情况之间容易出现较大的偏差。而地面三维激光扫描技术的应用则可以实现面的测量，不仅测量效率更高，而且测量精度也能得到更好的保障，借助该技术可以更加准确地体现出危岩体的實际状况。对危岩体进行扫描测量，进而获取危岩体表面点云数据，再进行数据处理便可以获取危岩体的基础几何参数。借助该技术进行扫描测量，掌握该危岩体表面的点云信息，重要为反射率图和真彩点云图，借助这些信息来掌握危岩体的表面状况，在此基础上再对点云进行测量，则可以帮助调查人员获取该危岩体的几何参数[3]。借助地面三维激光扫描技术，实现了对危岩体的非接触测量，将野外测量转化成电脑数据分析，结合数据构建模型，既能保障测量数据的精确性和全面性，也能更好地保障调查人员的人身安全，因此相较于传统的接触式测量，该技术的作用和优势更加显著。

3.2构建DEM模型

在完成基础测量之后，可以借助点云数据构建危岩体的DEM模型。DEM模型构建能够将测量数据转化为测量成果，因此是技术应用的重要环节。借助DEM模型可以实现对危岩体体积的推算，同时，也能提取到等高线等方面的数据信息，因此DEM模型的构建对于地质调查而言具有十分重要的意义。在构建DEM模型之前，需要对点云数据进行降噪处理，这样做的目的在于能够更好地保障DEM模型的精度[4]。在扫描数据中存在噪声点，因此要将噪声点删除，这样才能保证数据的准确性，而删除噪声点则需要借助滤波处理的方式，可以手动进行处理，也可以自动处理。手动处理通常用于那些特征明显的噪声点删除中，而针对其他类型的噪声点删除处理则需要借助自动处理的方式。在完成噪声点删除处理之后便可以直接生成危岩体的DEM模型，借助该模型，能够直接体现出危岩体表面的结构特征，如其表面存在的节理裂隙等。AA022FC1-DF4F-4474-93B5-E8A209DC7CED

3.3提取等高线

针对高位危岩体的测量，传统方法的应用不仅会给调查人员带来极大的安全风险，而且测量精度也难以保证，很容易出现等高线重叠的现象[5]。而借助三维激光扫描技术则可以有效规避此类问题，可以更好地保障测量的精确性。三维本身便具有立体属性，借助该技术构建DEM模型便可直接生成等高线，因此运用该技术提取等高线十分便捷，同时借助三维等高线还能够更好地展现出地形的起伏状况，可以有效规避等高线重叠问题的发生。

3.4体积推算

传统的测量技术获取的数据精确性不足，因此以这些数据推算出的危岩体的体积也必然缺乏精确性，容易出现较大的误差。而借助三维激光扫描技术，可以根据DEM模型的分析来获取危岩体的体积参数[6]。由于该危岩体之前发生过小规模的崩塌，以此该危岩体依然存在着加到的安全隐患，需要借助三维激光扫描技术准确进行体积推算，准确判断存在崩塌隐患的体积，进而为安全防范措施的制定提供参考依据。除此之外，借助该技术还可以实现对已崩塌体积的推算，可以在DEM模型基础上虚拟崩塌发生之前的危岩体外表面，然后测算出危岩体总体积，然后再减去目前危岩体体积便可推算出崩塌体积[7]。

4结语

地面是哪位激光扫描技术的应用，能够为地质调查工作提供有力的支持，不仅有助于提升地质调查工作的质量和效率，而且还可以更好地保障调查工作的安全性。因此要充分认识到该技术的优势和作用，并结合地质调查工作的实际需求加强技术应用。

参考文献

[1]褚宏亮，邢顾莲，李昆仲，等.基于地面三维激光扫描的三峡库区危岩体监测[J].水文地质工程地质，2021，48（4）：124-132.

[2]何枫，廖晓晖，胡永健，等.三维激光扫描技术在桥梁墩柱竖直度测量中的应用[J].交通世界，2021（31）：59-61，64.

[3]郝如意.基于三维激光扫描技术的转体桥球鉸体系安装精度检测方法研究[D].长春：吉林大学，2021.

[4]苑壮.基于无人机三维激光扫描技术的矿区岩移观测研究[D].青岛：山东科技大学，2020.

[5]边洋洋，裕凯.岩土工程勘察中的水文地质问题研究[J].科技创新导报，2020，17（19）：38-40.

[6]陈锦.基于地面三维激光扫描技术的潮滩地物分类和含水量反演研究[D].上海：华东师范大学，2020.

[7]李东海.三维激光扫描技术在1∶1万地质灾害详细调查中的应用——以河北邢台峡谷群国家地质公园为例[J].测绘通报，2019（7）：160-162.AA022FC1-DF4F-4474-93B5-E8A209DC7CED