三维激光扫描技术在地形地质测量中的应用

马汉君

（湖北君茂源评估有限公司，湖北 保康 441600）

1 三维激光扫描技术在地质测量中的重要性

三维激光扫描技术从上个世纪末开始应用于地形地质测量工作中，通过三维激光扫描技术的应用可以大大提升地形地质测量的准确性，与传统的地形地质测量方法相比，三维激光扫描技术突破了传统技术的缺陷，实现了更高精度的地形地质测量，三维激光扫描技术和GPS空间定位系统是地形地质测量上的两大技术性突破。利用三维激光扫描技术可以快速获取地形地貌的三维坐标数据，为实现三维制度提供了基础数据[1]。相对于传统的地形地质测量技术具有明显的优势：①使用三维激光扫描技术进行地形地貌测量时，扫描仪器会以网格的形式进行高精度、高密度、高速度和免棱镜地扫描测试点，对测量位置的地形地貌数据进行全面细节性的获取，精度高、速度快；②使用三维激光扫描技术制作的地形地貌图精度远远好于传统技术生成的图形，同时采用传统技术测量绘制地形地貌图时需要工作人员进行大量的户外测量工作，而使用三维激光扫描技术大大减少了测量人员的户外作业任务量。并且即使是投入了大量的时间，传统测量方式的精度远不及三维激光扫描技术[2]。

2 三维激光扫描技术在地形地质测量应用现状

（1）三维激光扫描硬件的革新。①扫描速度越来越快。随着三维激光扫描硬件的不断革新，扫描速度也由每秒几千点不断提升，目前最新的三维激光扫描技术可以将扫描速度提升到每秒几十万点甚至更高，扫描速率的提升大大缩短了数据采集时间，降低了工作量，提高了地形地质测量的工作效率，解决了地质测量需要工作人员长时间在野外进行工作的问题。②扫描器件一体化、小型化。如今三维激光扫描仪器已经由分立的仪器发展成为了一体式的仪器，不仅便于操作和携带，同时精度也得到了进一步的提升。③扫描角度实现了全景扫描。三维激光扫描的视场角从最早的几十度已发展成为目前全景扫描（全景扫描），全景扫描的实现大大简化了扫描操作，实现了一次性扫描全部测试点，大大提升了测量效率，简化了工作量。④扫描精度不断的提升。随着激光扫描技术的不断提升，三维激光扫描仪器可以实现对测试点进行微细扫描，精度达到了极大的提升。

（2）算法不断的优化。三维激光扫描技术除了硬件设备的提升，还需要配合高效的算法，合理的算法有利于提升测试基础数据的处理速率，目前高效的软件算法可以实时处理几十亿的测试点的数据量。三维激光扫描硬件配套的软件系统可以做到高效处理大数据能力，这是保障三维激光扫描仪器整体工作效率的基础，同时也是提升三维激光扫描仪器时效性的前提。

3 三维激光扫描技术的工作流程

（1）三维激光扫描技术。根据扫描平台的不同，通常有三种类型的三维激光扫描系统：机器安装的三维激光扫描系统、便携式三维激光扫描系统和地面三维激光扫描系统。地面三维激光扫描系统的工作原理是三维激光扫描发射器传输激光电磁波，它在物体表面的位置发生漫反射，一部分激光电磁波信号会沿着原来的路径返回到三维激光发射器，这样就可以获取测试点与测试仪表之间的距离。同时，用精密时钟控制横向扫描角度观测值和纵向扫描角度观测值。

（2）三维激光扫描技术的工作流程。三维激光扫描技术的工作涉及数据采集、数据处理、几何重建、模型可视化、扫描结果输出等，数据采集是三维激光扫描发射器传输激光电磁波，它在物体表面的位置发生漫反射，一部分激光电磁波信号会沿着原来的路径返回到三维激光发射器，这样就可以获取测试点与测试仪表之间的距离。完成这些工作之后，通过相关软件产生地形的几何图形和图像数据信息，将模型的坐标或位置转换为图像数据，从而生成了可视化模型。这一过程是通过三维激光扫描仪、数码相机、数据处理软硬件件配合完成。

4 地质测量运用三维激光扫描测量技术常见问题

三维激光扫描技术在我国得到了迅速的发展和商业化，它在地质测量领域发挥了越来越重要的作用。利用三维激光扫描技术测量地形地质可以大大简化工作，提升效率和准确性，但是在实际的工作中发现了一些问题：首先，虽然高性能的三维激光扫描仪表可以高效的扫描地形地质，获取有效的数据，但是如果计算机性能不佳无法快速处理获取的测试点的三维数据，此时就会仪表就是出现卡顿、发热的问题，不仅延长了测试时间，降低了工作效率，同时也不利于三维激光扫描仪器的长期使用。其次，三维激光扫描技术很容易受到地面表面覆盖问题的影响。目前许多研究人员都在攻克这些问题，希望可以排除地面表面覆盖问题的影响，拓展三维激光扫描技术的应用范围。第三，由于三维激光扫描的软件算法直接关系到整套设备的工作效率和测量精确度，因此往往一套三维激光扫描仪表的价格取决软件算法，这就使得一套顶尖的软件算法价格居高不下，并且软件算法会定期更新，每次更新软件算法都会收取费用，这也制约了三维激光扫描技术在地形地质测量的普及。第四，三维激光扫描技术需要相关操作人员具备良好的工作技能，不仅可以较好的使用仪器仪表，同时还需要掌握软件算法，只有这样才可以真正将三维激光扫描技术最大化应用于实际的地形地质数据测量和处理工作中。而目前真正掌握软件算法的技术人员少之又少，制约了三维激光扫描技术的扩大。

5 结语

将三维激光扫描系统应用于地形地质测量，实现了对地形地质更细微的测量，降低了地质测量的工作量，减少了测量人员外出测量的工作时间，提升了测量效率和准确性。随着技术的不断发展，三维激光扫描技术将会在地质测绘中得到更深入的应用。因此，我国地质工作者应该加强对三维激光扫描技术的研究，一方面做好扫描精度的提升，另一方面不断优化算法，提升测量效率，降低地质测量难度和工作量。