三维激光扫描仪在地质灾害地形测绘中的应用

周欣

（西安长安大学工程设计研究院有限公司，西安710061）

1 引言

地面激光扫描仪的种类有很多种，包括美国的FARO三维激光扫描仪、德国的Z+F三维激光扫描仪、加拿大的Optrch三维激光扫描仪、中国的北科天绘三维激光扫描仪等多种品牌，主要应用地面型三维激光扫描技术，测量方式采用高速激光的非接触式技术，使图形复杂的地形数据和卫星影像也可以呈现出来，勘察员可通过地形、地貌的三维数据进行研究地质灾害方面的具体工作，进而分配任务，做到提前预防或者找到解决问题的方法[1]。

2 三维激光扫描仪技术的简单介绍

2.1 三维激光扫描仪简述

创造出三维激光扫描技术的时间为20世纪90年代中期，是在测绘领域发明了GPS定位技术之后，所研制出的新型扫描技术。它与之前的单点测量方法不同，它所具有的高效作业、准确测量的优势，是以往传统测量技术所不能比拟的，被扫描物体表面的立体坐标数据可以被快速测绘出来，使所得到的数字地形模型具有更高的分辨率[2]。

2.2 三维激光扫描仪的技术原理

最近几年所出现的三维激光扫描技术，引起了国内各研究领域的关注，把激光测距的技术运用到三维激光扫描技术当中，然后再把被测物体表面的三维坐标记录下来，查看物体的反射率后，让被测物体的立体模型数据以及其他数据，在最短的时间内被还原。改变了传统测量技术的单点测量，演变成可以对物体进行测量的扫描技术[3]。使用三维激光扫描技术的范围变得越来越广泛，比如建筑领域、土木工程领域、室内设计领域、交通事故领域、数字城市领域、军事领域和灾害评估领域都有应用。

2.3 三维激光扫描技术在各领域当中的应用

经过改革创新后的三维激光扫描技术日渐完善，一些三维扫描设备也被大量畅销、广泛使用，在使用三维激光扫描仪扫描物体时，可以缩短扫描时间，扫描后得到的点云数据也非常准确，可以反映出真实的数据，因此在各种领域中都有应用[4]。

①物体测绘领域：在建设大坝和电站时，经常被用于物体测绘工作中，还被运用到公路、铁路、桥梁和建筑物等各种建设的测绘当中。②工程结构领域：在进行桥梁改建工程时，可应用到桥梁的结构测量当中，可以测量几何图形的尺寸、空间位置和空间面积等，也可应用到管道线路的测量与安装工程中。③军事领域：可被应用于军事当中的反恐行动，用于陆地侦查和攻击当中，可以对犯罪现场进行移动监控。④游戏开发与电影制作领域：在拍摄电影的过程中，经常被用于电影的场景设计，还可以把这项技术用于网络虚拟游戏的开发中，制成虚拟影像。⑤灾害预防领域：可以被应用到灾害估计当中，可以进行地址灾害地形的勘察，以及进行现场检测[5]。

3 三维激光扫描仪在地质灾害地形测绘中的应用

三维激光扫描技术是比较突出的先进技术，它具有工作效率高、分辨率高、储存信息量大等各种优势,被广泛应用到各个领域当中，以下是对三维激光扫描技术应用的具体分析。

3.1 举例说明三维激光扫描仪在地质灾害中的应用

例如位于南京市溧水区的天生桥景区就存在地质灾害问题，因为天生河桥北段河口始终没设过布防，所以当河的水位较高时，河水就会流向天生河两侧的村庄，导致灾害的发生。还会出现土质滑坡、岩石滑坡、滚石滚下或者水土流失等地质灾害，为了避免出现地质灾害或者破坏环境的问题，就要对周围数据进行采集，但是周围全是树木，因而无法使用无人机进行岩壁的数据采集，但是却可以使用地面三维激光扫描仪去扫描，从而获得准确的物体坐标，然后再进行数据处理，最后绘制出地形图，还可以进行水位线的空间测量，准确分析出地质灾害的类型，为河道等自然环境地质灾害的预防提供了具体数据[6]。

3.2 地质灾害中使用三维激光扫描仪的优势

①用三维激光扫描仪进行扫描，节省了很多时间。在进行地质灾害抢救时，由于天气变化高端莫测，不同区域的地质也不同，发生灾害的现场会连带引发其他的地质灾害，例如地面坍塌、滑坡和泥石流等，因此进行现场勘察的时间长短，关乎现场人员的人身安全，三维激光扫描仪的测量速度大概为每秒五万点，比传统扫描仪的速度增加了十倍，大大节省了测量时间，给测量人员留出更多撤退的时间，不仅快速完成了测量数据，还给测量人员留出了更多退到安全区域的时间。②运用三维激光扫描仪进行扫描，可以使测量人完成站位不受限制的全景测量。在对较为复杂的山体和隧道进行勘察时，传统的测量仪器会限制测量人员的站位，还要考虑测量仪器的位置问题，非常不方便。然而在勘查时使用三维激光扫描技术后，可以在同一地点获取到更多的数据内容，把机器放在一个位置它可以完成不同角度的全景测量，获得全面精准的数据。③使用三维激光扫描仪进行扫描，减小了处理的难度。三维激光扫描仪测量的数据准确度高，并且获取的点云数据分布均匀、比较清晰，为之后的处理工作提供了便利，减小了处理数据的难度。④使用三维激光扫描仪进行扫描，不会与测量物体有接触，更加安全。测量时要考虑地质灾害勘察人员的人身安全，并不能与灾害区域有近距离的接触，使用三维激光扫描仪进行扫描，不用近距离靠近灾害地区，可以进行远程的数据采集，让有关专家可以远程进行预测和指导[7]。

3.3 三维激光扫描仪进行地质灾害地形测绘的特点

在使用三维激光扫描技术进行地形测绘时，它能够远程对扫描物体进行测量，快速呈现出测绘数据，每个立体的点云数据都是真实准确的，因此最终分析的结果也是有理可依的，总的来说，用三维激光扫描仪进行地质灾害地形测绘具有以下几个特点：①非接触性的测量，可用于采集危险目标。三维激光扫描技术不用近距离接触扫描目标，就可以采集到目标的立体点云坐标，不需要进行任何处理，简单准确地获取数据，可以远距离的用于采集危险目标。②扫描速度快，降低地质灾害勘察中对调查人员的安全威胁。三维激光扫描仪的采样点速率可达到每秒数万点或数十万点，扫描速度非常快，给测量人员留出了更多退到安全区域的时间。③三维激光扫描仪储存信息量比较大。运用三维激光扫描技术，可以储存大量灾害隐患信息，内部具备有关地质灾害的图幅信息，可以帮助专家有效处理地质灾害的问题，提供出有关数据，节省了拯救的时间。

4 结语

将三维激光扫描仪引入到地址灾害的地形测绘中，节省了大量的资源，提高了工作效率，使测量的数据更加准确，为工作人员提供了便利，可以快速地进行测量，有利于完成对地质灾害地形的测绘，为地质灾害的预防做了贡献。