三维激光扫描技术在地质工程精度测量中的应用

马黎明

（天水三和数码测绘院有限公司，甘肃 天水 741000）

此次探讨的三维激光扫描技术在各领都域得到了广泛的使用，在经过了广泛的使用以及长期的研究，其发展得到了显著的提升。对于传统的测量方法，无论是测量精确度以及工作效率都相对较低。然而随着三维激光扫描技术投入到地形地势的测量环节中，在解决实际的工作问题时，也不断的提高了相应地质勘探工作人员的工作效率[1]。使得勘探工作更加稳步进行，同时也使得相应的勘探数据精确度逐步提高。

1 三维激光扫描技术概述

三维激光技术是由20世纪20年代开发出了一种全新的测绘测量技术，其主要是通过激光来完成相应的描绘测距等具体工作。在对物件进行扫描环节中，利用激光技术对相应数据收集对象反复的信息采取以及处理，从而得到被采集对象具体的三维信息，在完成信息的采取以及处理后，通过相应的扫描软件对相应被采集目标进行进一步的描绘工作[2]。通过三维激光扫描技术可以对原物原景进行高精确度的还原，并且具有测量响应速度快以及整齐度高的特点，三维激光扫描技术通过定位、计算以及测量等多种工作的开展来完成最终的精确测量还原工作，对应的操作人员对相应的信息进行测试最终完成扫描定位。

现阶段常见的三维激光扫描包括激光扫描技术、空气激光扫描技术。而对应的激光扫描技术可以广泛的运用到现目前各个行业领域，例如汽车制造工业、交通运输行业、医学、军事以及航空航天等都有涉及。目前，我国对于三维激光测量技术其主要适用于对工程项目进行三维立体的测量，而对应的操作流程相对较简单，且操作成本不高。相应的操作工过程可以实现自动化，实现高精度以及扫描和测量。其相应具体的测量成本较低。现目前，三维激光扫描技术具备较高的应用价值，其对应的应用潜力还可以进行进一步的挖掘。

2 三维激光扫描技术原理和地形图精确测绘

2.1 三维激光扫描技术原理

在地质工程测量环节中常使用到的三维激光扫描技术主要可以分为移动式激光扫描和固定式激光扫描。所谓固定式激光扫描是由控制系统、数码相机以及扫描仪组成，并且与全站仪工作流程相似，其扫描速度较快且覆盖面积较广精确度较高[3]。移动式激光扫描则具有较高的机动性，其中包含固定式三维激光扫描等，结合全球定位系统以及惯性导航系统，同时可以辅以车载平台进行组合。激光测距作为当代三维激光技术最基本的工作方式，其根据扫描以及反射从而得到相应的激光强度，再对激光强度再进行进一步的计算可得到对应的扫描点相应的灰度，颜色灰度与反射强度再进行比较从而达到测量的最终目的，如图1。

图1 地面激光扫描仪系统

2.2 地形图精确测绘

在进行测绘地形图的绘制环节中，通常根据当地地貌以及地物特征，通过地面三维激光扫描仪对相应测绘目标点云数据进行提取、筛选、计算等相关工作。且需要注意对数据中无用无效且重复的数据点进行删除，选取具有代表性的点云数据作为相应的数据参考。同时需要通过相应的技术标准以及流程编辑，并且相关工作将数据点进行等比例的放大，从而绘制出有效的地形图案。在具体的绘制过程中要注意等高线分层处理等方法，确保相应等高线生成具备有效性、准确性。同时还要对云数据中植被等相应非地貌因素以及相关数据进行剔除，筛选尽量的采用平均面迭代法，对相应的数据进行筛选处理工作。同时还需要计算相应剩下的点云数据获得平均面等，以此为基础去掉较远的数据，在经过六次的迭代以后就可以获得较为精确的地貌特征。同时在经过多次的筛选以及数据剔除之后，可以得到较为松散且密度较大不均匀的点位分布。再进行相映的自动点抽稀处理工作，构建不不规则的三角网，从而确保相应等高线绘制的精确度和质量。最终在完成对应的图像编辑工作，生成有效的等高线。进行一系列的编辑、处理、补充、调整等最终生成三维图像。

3 三维激光扫描技术在地质工程精确测量中的运用

3.1 高精度点云数据获取与处理

通过引入矿山地质工程精度检验的实际案例。在进行数据采集环节中需要做到提前对地形进行勘探作业，在完成相应的地形勘探环节以后，再实行对应的三维激光扫描测绘方案的制定工作[4]。根据现场现况实景来选择符合使用标准的三维激光扫描仪器，对其检测区用扫描仪全方位无死角的立体扫描，在进行扫描环节需要将扫描侧站间距进行相应的控制且小于50m，同时对应的点云密度控制在3cm～6cm之间，从而达到提高数据完整性以及准确性的目的，确保所采集到的数据信息具备全面性等。

特殊扫描：对于特殊区域无法进行第一步扫描的，需要进行针对性的扫描，通常采取补充扫描的形式来开展相应的扫描工作。

区域细分：所谓的区域细分，就是致力于高效管理点云合并错误。区域细分工作内容的注意事项，主要就是把控数据的有效性。通常情况下以5～30个内测点进行相应的位置划分，再完成对应的点云拼接、坐标转换等。具体做法，不用对制图接边相关问题进行考量，因为监测对象是针对地形图。转换测块点云后需要确保转换后的实际坐标符合相应的精度要求。最后一步是采取对应的分析法，检查点云的精度，剔除不合格数据，通过重新选择和变换坐标来提高被测块点云的精度。

3.2 精确度测绘成果评定

如果笔者上面所述中的点云数据检测结果，符合精确度的要求，再对矿山相应的精确度测量结果进行细致的评判工作，确保其具备代表性和全面性，其评判环节如下。

平面绝对位置平定：采用拟合提取相关特征点的方法，对数据进行分析比较，实现对矿井平面位置对应绝对精度的确定[5]。在特定的操作过程中，需要对相应的点云进行进一步的切片，以确保点云有效，并且需要通过相位匹配来控制相应的切削刃厚度，通常在两厘米以内符合相应的标准，最终获得切片点云进行进邻点云检索，而对应近邻点云检索需要符合特定的地形特征，再通过相应的算法最终获取近邻域拟合地形的综合特征点，再进行分析和计算，对数据进行筛选。将点云中提取到的特征点与地形图测绘中的同名点区域做对比，把误差差值降到最低，实现此项检测精确度的有效工作。

平面相对位置精度评定：利用切片点云从而实现点云中相应的地物其对应的参数对比分析的工作，例如边长对比、点间距对比结合实际地图中的数据进行相应比较，然后通过实景与地图数据的误差进行计算分析，从而实现相应的位置精确度的检测。

矿山地质地形图高程精密评定：使用算法、拟合技术、交互式三维点云提取技术，记录高程点和等高线差异以找到点。然后通过分析点云和测绘数据来确定精度。

矿山地质地形图地理精确评定：利用计算机网络技术和信息技术对三维激光进行扫描，以人机交互检查的方式实现数据和地形图的精确计算、对比分析等相关工作。从而实现具体地质工程相应精确的有效检验，在对应的环节中，实现计算机图像真实再现的效果，充分利用人机交互方式，对地理要素类别、误差、地理符号等相关偏差进行详细分析比较，从而来确定相关精度是否符合相关标准。

4 结语

三维激光扫描技术在地质工程精确度测量的具体应用中，需要根据实际的地况地貌来选择不同的测量仪器，同时通过相应的扫描系统、辅助软件多次对数据进行采集、筛选、剔除等工作来实现对地况地貌的实际精确测绘工作。其相应的整个过程重复度较高，但是每一次的重复工作均可以将对应测绘点的精确度进行相应的提升，从而得到较为精确的数据。而当下三维激光扫描技术作为一项较为前沿性的测绘技术，可以有效的提升相应地质工程的测绘质量，以及测绘效率。随着当下基础科学的不断发展以及三维激光扫描技术对应的理论进一步成熟，未来对于三维激光扫描技术的使用将更加广泛。