地质测绘中三维激光扫描技术的应用

冯涛

(山西国测新图信息技术有限公司，山西 晋城 048000)

三维激光扫描技术属于新兴技术，在应用过程中通过激光射器向被测对象发出光线，光线抵达物体表面后反射至接收器，由光转换器将反射光线转换为电信号，再将电信号发送至终端程序进行译码处理，进而获得相应信息。该技术如今在我国得到了广泛应用，不仅为相关测绘机构节省了资金成本，也提升了测绘工作的效率，更确保了测绘人员的人身安全。且该技术中融合了多种先进技术，充分保障了测绘数据的质量，尤其是可以在没有灯光的情况下采集数据，这是很多测绘技术均不具备的优势。

1 三维激光扫描技术的优势

1.1 数据采集精准度高

传统测量工艺中通常需要测量工人拿着尺子和其他测量工具对物体进行近身测量，然而地质测绘的工作环境往往较为复杂，甚至很多时候需要在恶劣的环境中开展测量工作。为了避免测量工人在测绘工作中发生安全事故，一些难以测量的位置通常会被略过，如此一来也就导致了测量数据缺乏完整性和准确性受到了影响。而三维激光扫描技术应用后此方面问题得到了很好地解决，首先，在应用该技术时，测量人员不必再近身测量，即使扫描仪和被测物体之间隔着较远的距离，只要调整好参数和角度，依然能够有效减少数据误差。如中远距离激光扫描仪，其在作业时单点精度可以达到mm-cm级，我国扫描仪种类繁多，不同种类、不同规格的扫描仪在精度上也有所不同，测绘人员通常会根据工作要求科学选择扫描仪。全站仪的精度相对而言较高，三维激光扫描技术虽然在此方面与其有一定差距，但若是从模型化精度而言，经过多年发展此方面已经得到了强化，能够充分确保测量数据的精准性满足工作需求。另外，在该技术应用下，操作人员可以不必反复针对被测物体进行测量，可以大幅度减少操作人员的工作任务量，并且不会影响三维建模质量[1]。

1.2 强化测绘工作效率

地质测绘工作极具系统性和专业性，对测绘人员以及测绘工艺都有较高的要求，在先进技术未得到广泛应用之前，开展测绘工作时往往需要投入大量人力物力和财力，并且耗时较久。而在众多先进技术得以广泛应用后，地质测绘工作的工作效率有了明显提升，在这些新兴技术中，三维激光扫描技术的应用频率较高，因为其操作较为方便，且能够有效确保测量数据质量，前期购置设备的资金投入和后期维护资金投入都相对较小。此外，其能够有效缩短测绘所用时间，当操作人员用扫描仪扫描被测物体后的几秒内就可以获得相应信息，并且可以在短时间内针对空间信息进行激光扫描。很多地质测绘工程中都会涉及大面积空间，获取此方面数据信息也往往较难，而三维激光扫描技术恰恰可以很轻松地解决此方面问题。目前所使用的扫描仪采集速率已经达到了千点/秒-十万点/每秒，这是三维激光扫描技术所独有的技术优势。

1.3 具备非接触性

三维激光扫描技术主要以扫描工艺为主，通过扫描测绘人员可以快速获得测绘数据，而其所带有的非接触性特征则指的是，操作人员在应用该技术开展测绘工作时，不必像传统测绘人员般接触测量目标，只需要通过激光扫描就可以得到相应物体和空间的三维信息。无论是矿山地质检测，还是建筑工程地质检测，其往往都会存在因客观因素而导致测绘人员无法开展测量工作的情况，尤其是一些地理环境极其恶劣的山区，若要在此区域内开展测绘工作往往困难重重，更遑论对被测物体进行接触性测量。而三维激光扫描技术则不会受此方面影响，并且，一些先进技术虽然可以针对洞穴进行精度测量，但若其内部环境过于黑暗，也会对测量数据造成影响。三维激光扫描技术因可以通过红外线进行测量，也不会存在此方面问题[2]。

1.4 受外界因素影响较小

我国目前应用于地质测绘方面的测量技术有很多，且这些技术都有其优势，最基本的优势在于，这些技术通常都能够充分确保测量数据的准确性、时效性、全面性。但这些技术在应用过程中有时会受到外界因素影响，尤其是自然环境，但三维激光扫描技术却鲜少会受到外界因素影响。地质测绘工作通常在室外进行，且很多测绘项目处于山区，当地不仅地形地貌复杂，还可能多雨、多雷电，导致当地湿度和温度都呈现出异常状态。此时若使用其他测量技术很可能会因自然环境而对其测量效率造成影响，但三维激光扫描技术具有极强的抗干扰能力，并不会受天气、温度、湿度等方面的影响。且其具有红外线扫描功能，能够在漆黑的环境下正常开展扫描工作，因此只要扫描仪自身没有出现故障，其可以全天不间断地进行实时动态观测。

2 三维激光扫描技术的应用流程

根据对三维激光扫描技术以及地质测绘工作的了解，当其处于地质测绘工作环境下时，其应用流程为：1)先派遣人员进行实地勘察，主要是为了确认操作环境布局，以便于确定更合适的扫描点，然后让测绘人员对测绘工作要求进行分析，分析后分别设置扫描设备的各项参数，最后在开展测绘工作时，测绘人员需要严格按照操作规范进行，对待测区域的三维点位数据进行扫描；2)在扫描仪工作后，其会获得大量现场数据，这些数据均是建立三维模型的基础，在GPS系统作用下，三维激光扫描技术能够精准定位，并构建出立体图像。获得三维模型后，测绘人员可以根据该模型对整个测绘点进行更深入的剖析，包括其地质地貌、环境等方面；3)建立好三维立体模型后，测绘人员需要据此来建立信息系统，同时发挥该技术的实时监测优势，对动态监测系统进行优化，这些数据也可以应用到其他测绘工作节点中，以此来开展数字化管理工作[3-5]。

3 三维激光扫描技术在地质测绘中的具体应用

3.1 采集地质数据

地质测绘工程开展过程中需要对多个方面进行测绘，以便于测绘人员获得更全面的地质水文信息，为后续施工、作业提供有效依据。若要实现这一目标，测绘人员就需要通过相应的测绘手段来实现，如三维激光扫描技术。以矿山开挖为例，矿山在开挖之前必须对矿山进行必要的测绘工作，而测绘工作的主要内容就是获取数据，一些常规测量工具能够针对矿山的基础信息进行测量，一些难以开展测量工作的区域则通常使用三维激光扫描技术，或是无人机技术。在应用三维激光扫描技术时，如果想要充分确保其测量精准度，最好能够以计算机软件进行辅助。此外，也要科学选择扫描仪，市面上很多扫描仪自身质量不过关，若使用了这些扫描仪，必然也会对数据采集方面造成影响。若数据采集出现失误，不仅会对矿山开挖工程造成影响，甚至可能因此而引发安全事故，因此需格外注意。

3.2 预处理测量数据

在应用该技术采集到所需数据信息后，这些数据信息还不能够直接使用，需要对其进行处理，也就是预处理测量数据。在开展此项工作时，测绘人员需通过激光雷达点云数据技术来噪声数据进行消除和分离，如果此类数据始终无法分离出去，会导致最终数据存在一定误差。此外，在测量数据中一定会有坐标数据，这些坐标数据有时与实际情况不符，测绘人员也可以根据实际情况对其进行改换，并据此来匹配图像和点石头，确保数据信息的准确性。再者，测绘人员需要通过一系列技术手段来处理和匹配不同点位之间的数据，此举是为了统一数据格式，因为在扫描仪作用下获取的数据在表现形式上可能存在差异，如果不对数据进行统一，将难以开展后续工作。地质信息的分析工作较为繁杂，需要分层处理，即预处理完成后，还需要对具体数据进行数据，尤其在构建模型后，还应对数据进行全方位分析[6-7]。

3.3 提取绘制地面物体

对于地质测绘而言，其在开展过程中往往需要对多个部位进行测量，地面物体是其中十分关键的部分。一般而言，如果地质信息还没有被分析处理，那么其在系统内通常以多组信息数据的形式存放，此时其并没有多少使用价值，而对其进行处理后，其会成为建模的依据。但在此过程中需要将地面物体的数据进行提取和绘制，从而构建出目标区域的地貌模型，并以矢量表达的形式来呈现这些数据信息[8-9]。在该工作环节下，三维激光扫描技术也能发挥很好的作用，因为其只需要对物体表面轻轻扫描一下，就可以获取数据，并将其与点云数据相结合，在特殊软件作用下，所获得的数据信息可以进行转换，当其被转换成便于存储的格式后，测绘人员需要将其提前出来，然后导入到相应的制图软件，最终完成绘图操作。

3.4 生成等高线

在应用扫描仪对目标区域进行作业时，其已经将附近的所有数据信息进行了扫描，并进行了存储[10-11]，其中以点云数据为主，通过对这些数据进行分析后可以知道，数据中囊括的种类较多，除了基础的地质信息外，还包含了树木、植被以及房屋等方面信息。这些信息处理起来并不会耗费多少时间和精力，但其中也收录了噪音，若要使这些数据得到有效应用，首先需要对噪音进行处理，处理完此方面信息后，还要对剩余信息进行甄别，挑选出非地形信息，然后删除掉这些信息。如此一来才可充分确保现存数据信息均为地质测绘的有效信息，在开展工作时主要使用Cyclone软件进行作业。数据剔除后，下一步就是要生成等高线，此时需要借助CASS软件来实现，在应用该软件之前，技术人员需要对该软件的参数进行重置，使其能够完全满足当下测绘工作的使用要求，如等高兼具手动测绘区的高程点数据，当其处于标准参数后，只需要点击一下就可以自动生成等高线。叠加生成的等高线图形和地物图进行叠加后再进行编辑，就可以针对等高线的部分问题进行处理，如有些等高线会出现局部缺损，或是扭曲情况。除了自动校正外，测绘人员还可以根据相应的图片来进行手动校正，然后在改动的部分做好标记，最后方可得到一个完善的地形图。

3.5 编辑地形图

获得地形图后还不能够将其直接投入到工程项目中，还需要对其进行进一步编辑，事实上，之所以对其进行编辑，主要是为了能够确保地面实物图形能够与等高线图形实现高度一致，否则会对后期施工、作业等方面造成麻烦。测绘人员开展地形图编辑工作时，需要对一些数据信息处理，通常将数据进行剔除，或是以一些其他数据来替代原数据。如此一来前期数据的完整性就遭到了破坏，等高线出现偏差是难以避免的事情，这也会导致地形图编辑工作变得更加难以开展，此时需要专业人员根据手头资料进行人工干预，如对数据信息进行补充，以此来确保地形图资料的完整性。我国在此方面能够发挥作用的软件有很多，但这些软件在性能上依然有所欠缺，今后还应针对这些软件进行进一步优化和革新，尽量减少人为操作，因为人为计算数据的速度和精准度都难以与科技相媲美。

4 结语

综上所述，近年来我国不断加快城市化建设和城镇化建设，使得人们的生活水平有了很大提升，而在城市建设和城镇建设过程中，出现了越来越多的基础工程，这些工程在正式开展之前往往都需要进行地质测绘工作。虽然我国已经具备多种先进的测绘技术，但这些技术不同，所产生的测绘效果也有所不同，对测绘环境的要求也存在差异。而三维激光扫描技术在应用过程中却鲜少会受外界因素影响，因此该技术不但拓展了应用领域，日常测绘工作中也通常以该技术为主。若要充分发挥该技术作用，操作人员还应严格按照项目测绘要求来调整扫描仪参数，强化其数据自动化处理水平。