三维激光扫描仪在地质灾害地形测绘中的应用分析

三维激光扫描仪在地质灾害地形测绘中的应用分析

余海斌

梧州市测绘地理信息院 广西梧州 543002

摘要：地质灾害即受地裂缝、崩塌或者是泥石流等因素影响所引发的地质活动与环境变化而发生的自然性灾害。在调查地质灾害过程中，可利用三维激光扫描仪调查形式获取灾害信息，但调查期间要综合测量并分析岩层资料和水文气象资料等，进而对地质特征做出判断，了解地质灾害危险程度，为更好地防治地质灾害提供必要帮助。基于此，本文阐述了三维激光扫描仪的工作原理及其主要特点，对三维激光扫描仪在地质灾害地形测绘中的应用进行了探讨分析。

关键词：三维激光扫描仪；工作原理；特点；地质灾害；地形测绘；应用

三维激光扫描技术打破了传统技术测量方面的局限性，相比较传统技术来说，绘制的图画面更加清楚，所呈现的图面更加真实，得到的数据也比较确切。三维激光扫描仪可应用在断面积测量，地形测量等诸多方面。三维激光扫描技术作为一种先进的技术，拥有自己突出的特点，测速快，并且所得数据的精确度高，所以这项技术应用广泛。因此为了充分发挥其应用价值，以下就三维激光扫描仪在地质灾害地形测绘中的应用进行了探讨分析。

一、三维激光扫描仪的工作原理

三维激光扫描技术是运用高速的激光扫描技术，从繁杂的实体实景中扫描数据。经过实地测量的数据，从而重新建成模型和三维数据，通过对目标线、面、空间等真实测量获得数据，从而建成精确度高、真实性高的三维逆向建模。三维激光扫描技术在实际应用中效果较好，应用广泛。

三维激光扫描仪是通过发射激光脉冲到被测物，从发射激光脉冲到被测物表面，经过扫描并返回仪器。被测目标到扫描中心的距离是由整个扫描所经历的时间来判断，同时扫描控制模块和测量每个激光脉冲的水平扫描角α和竖向扫描角β，之后通过软件计算出后被测点的相对三维坐标，通过转换形成绝对目标中的三维模型。三维激光扫描技术不仅测量速度快和操作简单，而且可以提供的测量数据精确度高。三维激光扫描技术测量原理主要有测距、测角、扫描、定向四个方面：第一是测距，激光扫描技术的主要组成部分是激光测距，激光测距作为重要的环节，它为获取定位和空间三维信息提供重要数据。目前，三角测距法、脉冲测距法和相位测距法是主要的三种测距方式。第二是测角原理，测角可分为角位移测量和线位移测量。第三是扫描原理，三维激光扫描仪可以控制激光射出方向，以它内部安置驱动马达系统，可以精确控制扫描棱镜的转动方位。扫描控制装置主要有两种，一种是摆动扫描镜，另一种旋转正多面体扫描镜。第四是定向原理，三维激光扫描仪扫描可以设置扫描坐标，其中点云数据也都在扫描坐标中，后期需要把自定义扫描下的坐标转换为大地坐标，这三维激光扫描仪的定向就是进行这个过程。三维激光扫描技术测速快，精确度高，作为一种先进的测量技术，优点突出，应有较多，也为我国地质灾害问题贡献出一份力。

二、三维激光扫描仪的主要特点

1.非接触性。传统的测量的手段大都需要人工的介入，在一些复杂地形测量时，很难确保测量结果的准确性，同时也会给人员生命安全构成威胁。而三维激光扫描仪的非接触性特点，可以在不需要人工介入的情况下获取实物三维坐标，极大地降低了人工劳动力。

2.测量效率高。三维激光扫描仪在露天矿山测量中的应用效率较高，通常情况下其点位获取的速度可以达到十万次每秒，同时该技术还比较适用于一些大面积实物三维坐标信息获取中，可见其在测量效率方面的优势巨大。

3.实时主动性。不同于以往的测量技术，三维激光扫描仪可以主动发射信号，不需要凭借外部光源进行测量，通过对发射信号的回波探测，即可实现对实物坐标信息的获取。另外，三维激光扫描仪的应用还不会受到时间和空间的制约，可以实现全天二十四小时的实时测量;第四，穿透性。由于三维激光扫描仪采样的间距较小，同时采样密度较大，所以对于一些植被稀疏的矿区测量，可以确保激光信号直接到达目标实物，获取目标的不同层面几何信息;第五，准确性。三维激光扫描仪所获取的目标信息具有高密度和高精度的特征，并且采样点分布相对均匀、分辨率较高，所以确保最终测量结果的准确性和可靠性。

三、三维激光扫描仪在地质灾害地形测绘中的应用

1、实地勘察。在运用三维激光扫描之前，需要对实地地形环境进行观察和筛选，从而选择出合适的、最有利控制的勘察点。所以，这就要求工作人员根据实地状况，对勘察点进行选择，选出利用率高的控制点。同时，控制点在选择时，一般要注意多选择公共场所，同时视野要不受阻碍，不能影响测试范围的通畅和透亮。从而保障测量的数据准确度更高，更具有利用价值。

2、外业数据采集。（1）仪器安设：采集前，需要施工方提供靠近作业段的两个控制点坐标，将仪器安置于两控制点之间，使用基座圆气泡，粗略整平仪器，开机精平仪器。新建扫描文件夹。（2）靶标扫描：将两个棱镜架设于两个控制点上，仪器激光对准控制点上棱镜，按靶标扫描，完成，继续重复上一步扫描另一个靶标；进行靶标扫描时，靶标应安置在3D扫描的区域范围内。当进行多站点云数据扫描时，靶标扫描获得的数据将作为多站数据拼接的依据，靶标扫描获得靶标中心位置的坐标数据。（3）开始扫描：GLS-2000提供两种3D扫描方式：“区域扫描”和“全圆扫描”。“区域扫描”只扫描指定区域的范围，“全圆扫描”则扫描整个360°全圆范围。一般情况下，建议用户采用“全圆扫描”方式。当扫描区域经过仪器顶部或者进行全圆扫描时，请卸掉仪器顶部把柄。点击屏幕开始扫描，仪器镜头360°自动旋转采集，约2分钟后采集完成，自动保存，返回关机。

3、做好数据处理工作。在数据处理部分，主要包括做标转换、多站点调整、植被过滤、生成三角网、生成等高线、成果提交、成果应用等方面。坐标转换主要是对所测量的欧拉角进行处理。三维激光扫描仪自身带有GPS，其能够让扫描所得的数据呈现出大致坐标和反北反向角，通过坐标和反北反向角则可以将其所测量的数据进行纠正，达到正确的位置。多站点调整则主要是对RiScanPro软件进行应用，通过调整将多个或者两个图片进行拼接，从而进行一个精细的拟合，让图片达到一个理想的平差效果。植被过滤所采用的设备是具有全波形数字的处理技术，其能够让激光穿透植被，获得更多的地面数据，加上配套软件的应用，能够让内页作业更加方便、快捷，所绘制的图像也更加清晰。之后所生成的三角网、等高线则可以让所生成的图像更加具有逼真的效果。成果提交是对扫描到的点云数据进行去噪处理，去除噪点之后的点云数据可以生成数字高程模型（DEM），从而得到DEM成果。这就让其在土木工程、地球科学中的应用得以拓展。成果应用主要是就所生成的图像进行分析，从其地形分析其产生灾害的可能性，并从地形条件等方面，分析其产生灾害的成因，以及其未来的发展走向。

结束语

综上所述，随着科学技术的不断进步发展，三维激光扫描技术在越来越多的领域中得到了应用，其中在地质灾害地形测绘方面也得到有效应用。并且应用三维激光扫描仪对地质灾害地形开展测绘工作，能够很好地对地形中可能出现的灾害进行预测，从而避免生命财产安全的损失，因此加强对其进行分析具有重要意义。

参考文献：

[1]舒飞，蒋小勇，韩天培.三维激光扫描技术在地质灾害体测绘生产中的应用[J].中国地质灾害与防治学报，2015（01）

[2]褚宏亮等.大型崩滑灾害变形三维激光扫描监测技术研究[J].水文地质工程地质，2015（03）

[3]陈健峰.某铁矿山云数据的三维地质建模与地质灾害评价[J].金属矿山，2017（05）