三维激光扫描技术在某滑坡变形监测中的应用

王占新

摘 要：在新时期我国测绘技术取得不断发展，各种信息技术不管被应用于测绘行业，极大促进了我国测绘行业的发展。三维激光扫描技术和其他技术具有更多的优势，因此本文在此基础上就三维激光扫描技术在某滑坡变形监测中的应用，从而更好促进我国测绘行业的发展。

关键词：三维激光扫描技术；滑坡变形监测；测绘技术

背景

三维激光扫描技术在近些年取得了很大的发展，是在GNSS技术之后对于测绘行业具有重要影响的技术。近些年随着三维激光扫描技术的技术不断完善，三维激光扫描技术逐渐成为我国行业发展的重要测量工具，在文物保护、计算机视觉以及医学行业取得广泛应用。另外随着数据处理技术的不断发展，三维激光扫描系统已经被广泛应用在建筑物、矿区和滑坡的变形监测环节，取得了很好的效果。三维激光扫描技术采集的三维点云数据，和其他技术相比具有很强的整体性、密集性、关联性，这样采集的数据对于物体的形态信息可以进行很好地反馈，这样就能够准确反映物体的形变信息，从而更好进行相应的预警。

1.三维激光扫描外业数据采集

三维激光扫描技术在野外进行采集数据主要包括了以下几方面，其中包括了包含现场踏勘、GPS 控制测量、数据分析整理等环节，数据处理时其中重要的组成部分。本文主要选用的是RIEGL VZ-400三维激光扫描仪。

2.点云数据处理

和其他技术相比，三维激光扫描技术具有很大的优势其中，在于数据的收集形式，点云数据和其他数据组织形式具有以下的优势：整体性、密集性、关联性。这样保障采集的数据能够很好地反应被测物体的形变情况，不容易出现信息的丢失等情况。

2.1点云拼接

点云拼接是点云数据处理其中最重要的一个处理环节，点云拼接的目的就是更好将各个站点扫描的数据进行有机整合，使他们能够拼接成一个整体数据，因为各个站点得到的数据仅仅是多景数据，各个站点的数据之间没有关联性，因此需要进行点云拼接，从而更好反应被扫描建筑物的整体数据。在进行点云数据的拼接过程中主要使用的RiSCAN PRO的软件，这个软件具有强大的数据处理能力，能够将各个站点的数据进行有效的拼接。同时通过GPS相关技术，可以在独立坐标系下对于各个控制点的坐标进行实时的检测和测量，然后在将GPS测得相应的坐标信息转化为相应的输入点云数据，但是这些站点之间使用的是自己的坐标系，在进行点云数据拼接是需要对于各个站点的坐标系进行相应的变换，使得控制点的坐标转换到一个统一的坐标系中，这样便于全景数据的描述，从而实现将各个站点收集的数据合成一个完整的三维边坡图像，从而更好进行相应的变形分析和变形预测实现多个角度扫描的多视点数据合成一个完整的三维边坡。

2.2数据过滤

数据过滤是三维激光扫描过程中另一个重要的环节，因为在进行数据收集的过程中，会产生大量的云数据，但是由于在采集过程中由于各种干扰的存在，其中有来自传感器的干扰或者是人为的干扰因素，使得云数据中存在着很多噪声数据，这样就会对于数据分析产生很大的影响，因此在需要采取一定的技术来对于数据进行一定的滤波处理，常用的数据滤波有很多种，比如常用的卡尔曼滤波、一阶滤波、二阶滤波技术等等，这时候就需要根据具体的项目需要来选择合适的滤波算法，好的滤波算法对于三维激光扫描技术应用很重要，通过数据滤波技术能够有效减低点云数据中的噪声数据，不仅能够减少数据量，同时还能够提高数据处理的准确性，在进行后期进行建模时也能够使得建立的模型越加精确，从而提高对于边坡变形的预测准确率。通过点云过滤技术知识对于含有噪声的数据进行了剔除，但是并没有对原始数据的数值进行修改，这样在进行数据拼接的过程中就不会影响模型的精度。

2.3植被去除

但是在使用三维激光扫描技术的过程中，不仅会采集到地表信息同时在云数据中还会包括地表的植被信息，但是这些植被信息是我们不想要的，因此在实际建模之前，需要对于地表植被数据进行相应的处理。使用RiSCAN PRO 扫描数据处理软件能够很容易实现这一项功能，通过设置相关的软件的参数就能够将点云数据中的植被数据进行过滤处理，例如可以使用RiSCAN PRO 扫描数据处理软件中的“Filter data”工具，可以有效将0.2m范围的植被数据进行过滤处理，使得点云数据中仅仅含有地表的相关信息，这样处理之后在进行后期的DEM建模时，就能够很大提高建模的准确性，保障在使用该模型时不会影响对于边坡变形的判断。

2.4 DEM 模型生成

点云数据在经过滤波和植被信息处理之后就会仅仅含有地表信息，这时候的数据就能够进行相应的建模处理，我们这里使用建模软件主要是RiSCAN PRO 扫描数据处理软件，可以使用“Plane triangulation”的功能来对点云数据进行建模，可以通过将点云数据构建成为一个三角网（TIN）的形式，所有的操作都要建立在这个三角网的形式之上。然后在三角网（TIN）形式可以进行一系列的修改，可以通过使用RiSCAN PRO 扫描数据处理软件的“Create new section objects”工具，可以在三角网中生成一系列的等高线。这些等高线能够更方便后期的变形分析，最后可以通过使用ArcGIS软件平台对于滑坡体进行相应的变形预测和变形分析等运算，最后就可以将建立好的DEM 模型（TIN 和等高线），生成不同形式的文件，常用的文件格式是DXF格式的文件。

3.结果分析

将处理后的两期点云数据导入徕卡监测分析软件进行色谱分析，分析前将3D位移

阈值设定为5 mm，即灵敏度为5 mm，点云上不同3D位移的点将以不同的颜色来表示位移的情况，直观性比较强。

结语

综上所述，三维激光扫描技术和其他技术相比，在数据上收集具有很多优势，保障了最终数据建模的准确性，从而在进行滑坡变形分析中能够更好分析滑坡变形的具体信息，从而得到更加准确的结论。但是在点云数据在采集过程中含有很多噪声数据和植被数据，需要进行相应的数据滤波处理，但是隨着软件的不断发展，在软件中能够很容易进行相应的操作，从而使得点云数据中只含有地表数据，这样使得建立的模型更加准确，这样可以使得变形分析更加准确。希望本文论述的方法对于相关读者有一定的参考作用。

参考文献

[1] 焦其松，张景发，蒋洪波，等. 基于 TLS 技术的典型建筑物震害信息三维建模分析—以彭州市白鹿中学为例[J]. 国土资源遥感，2016，28（1）：166-171.

[2] 李智临.三维激光扫描技术用于滑坡边坡空间分析[D].西安：长安大学，2012.