摘要：通(tong)過研究三(san)維(wei)激光(guang)掃描儀快速獲(huo)取(qu)突發性地(di)質災害的地(di)形數據，結合(he)激光(guang)點云分析(xi)軟(ruan)件，將三(san)維(wei)數據和二維(wei)數據相比，并以真(zhen)三(san)維(wei)進行(xing)展(zhan)示(shi)和分析(xi)，結合(he)應急指揮(hui)解(jie)決突發性地(di)質災害應急高精度測(ce)繪的需(xu)求。

　　地(di)(di)質(zhi)災(zai)(zai)害(hai)(hai)(hai)的(de)(de)分(fen)類就地(di)(di)質(zhi)環境或(huo)地(di)(di)質(zhi)體變(bian)化的(de)(de)速度(du)而言，可分(fen)突發(fa)性地(di)(di)質(zhi)災(zai)(zai)害(hai)(hai)(hai)與(yu)緩變(bian)性地(di)(di)質(zhi)災(zai)(zai)害(hai)(hai)(hai)兩大類。對于(yu)緩變(bian)性地(di)(di)質(zhi)災(zai)(zai)害(hai)(hai)(hai)，可采(cai)用多次固定觀(guan)測(ce)數據(ju)進行對比(bi)分(fen)析，階段(duan)性的(de)(de)激(ji)(ji)光(guang)(guang)點云數據(ju)形(xing)成對比(bi)分(fen)析形(xing)變(bian)量(liang)，達到(dao)預(yu)警(jing)(jing)值(zhi)則需(xu)進行地(di)(di)質(zhi)災(zai)(zai)害(hai)(hai)(hai)發(fa)生(sheng)警(jing)(jing)報，做(zuo)到(dao)可控性災(zai)(zai)害(hai)(hai)(hai)防(fang)治。突發(fa)性地(di)(di)質(zhi)災(zai)(zai)害(hai)(hai)(hai)是最難(nan)以預(yu)警(jing)(jing)的(de)(de)，災(zai)(zai)害(hai)(hai)(hai)發(fa)生(sheng)后(hou)，需(xu)要快(kuai)速、直(zhi)觀(guan)、高精度(du)地(di)(di)獲取災(zai)(zai)害(hai)(hai)(hai)地(di)(di)形(xing)基礎數據(ju)進行應急處理，三維激(ji)(ji)光(guang)(guang)設備恰(qia)好能快(kuai)速獲取現場數據(ju)，結合激(ji)(ji)光(guang)(guang)點云分(fen)析軟件，快(kuai)速生(sheng)產(chan)地(di)(di)形(xing)圖(tu)、方(fang)量(liang)等信(xin)息用于(yu)特種應急指揮，可為應急災(zai)(zai)害(hai)(hai)(hai)提供(gong)精準的(de)(de)基礎數據(ju)。

一、三維激光(guang)掃描儀(yi)工作(zuo)原(yuan)理

　　三(san)(san)維(wei)(wei)激光(guang)掃描技(ji)(ji)術(shu)是從復(fu)雜實體或實景中重建(jian)目(mu)標的(de)全景三(san)(san)維(wei)(wei)數(shu)據(ju)及模型，它通(tong)過高速激光(guang)掃描測量的(de)方法，獲取目(mu)標的(de)線、面、體、空(kong)間(jian)等三(san)(san)維(wei)(wei)實測數(shu)據(ju)并進行(xing)高精(jing)度的(de)三(san)(san)維(wei)(wei)逆向建(jian)模。三(san)(san)維(wei)(wei)激光(guang)掃描技(ji)(ji)術(shu)又(you)稱(cheng)“實景復(fu)制技(ji)(ji)術(shu)”。

　　本(ben)次(ci)研(yan)究采(cai)(cai)用中海達HS1200三維激(ji)(ji)光掃(sao)描儀(yi)進行數(shu)據(ju)獲取，HS1200采(cai)(cai)用脈沖式激(ji)(ji)光測距的基本(ben)原理,如圖(tu)1所示，在(zai)地質災害應急(ji)方面與傳(chuan)統測繪(hui)技(ji)術相比有(you)以下優(you)勢(shi)特點:

　　圖1：三(san)維激光掃描儀(yi)工作(zuo)原理

　　（1）非接(jie)觸測量。三維激光(guang)掃(sao)(sao)描(miao)技術采用(yong)非接(jie)觸掃(sao)(sao)描(miao)目標(biao)的方式進行(xing)測量，無需(xu)反射棱鏡，對掃(sao)(sao)描(miao)目標(biao)物體(ti)不需(xu)進行(xing)任何表(biao)面(mian)(mian)處理，直接(jie)采集物體(ti)表(biao)面(mian)(mian)的三維數據(ju)，可以用(yong)于(yu)解決危險目標(biao)、環(huan)境等特(te)殊情況(kuang)?最遠距離可達1200m。

　　（2）數據采樣(yang)率(lv)高。目前，采用(yong)脈沖激光(guang)或時間激光(guang)的三維(wei)激光(guang)掃描儀采樣(yang)點速率(lv)可達(da)到50萬點/s，可見采樣(yang)速率(lv)是傳統測量(liang)方式難以(yi)比擬的。

　　（3）主動發(fa)射掃(sao)(sao)描(miao)光源(yuan)。三維激光掃(sao)(sao)描(miao)技術(shu)采用主動發(fa)射掃(sao)(sao)描(miao)光源(yuan)(激光)，通過探測(ce)自身發(fa)射的激光回波信號來獲取目標物體數(shu)據(ju)信息(xi)，因(yin)此(ci)掃(sao)(sao)描(miao)過程中，可以實(shi)現不受掃(sao)(sao)描(miao)環境時間(jian)和空間(jian)的約束。

　　（4）高分辨率(lv)、高精度。三(san)維激光(guang)(guang)掃描(miao)測量技術可(ke)以對掃描(miao)目(mu)標進行高密度的(de)三(san)維數據采集，從而最高可(ke)達到(dao)5mm高分辨率(lv)的(de)三(san)維激光(guang)(guang)數據，對于單點測量精度也完全滿(man)足一般(ban)測量需求。

二、技(ji)術方案(an)

　　本次工作主要內容是利用三(san)維(wei)激光掃描技術對貴州威寧縣滑坡點監測(ce)及四川省(sheng)綿(mian)竹市小崗(gang)劍(jian)滑坡點監測(ce)，采集(ji)三(san)維(wei)激光數據(ju)，生成地表(biao)模型并(bing)提取研(yan)究(jiu)區地表(biao)分類數據(ju)。整體技術方案(an)（如圖(tu)2所示(shi)）如下。

　　圖(tu)2：三維激光掃描技術(shu)方案

　　1.采集方案制定階段(duan)

　　采集(ji)方案制定是指(zhi)整個工作總體及技術方案制定過程，針(zhen)對貴州威寧縣滑坡點及四川綿竹(zhu)市小崗劍(jian)滑坡點均采用三維(wei)激(ji)光(guang)掃描儀遠距離(li)獲取數據(ju)，HS1200三維(wei)激(ji)光(guang)掃描儀具有后視定向功(gong)能，可高(gao)精度獲取絕對坐(zuo)標(biao)系的(de)激(ji)光(guang)點云數據(ju),經過初步踏(ta)勘,擬定合適(shi)的(de)架站位(wei)置,盡可能全覆蓋(gai)測區，設(she)置合理的(de)激(ji)光(guang)參數,制定詳細的(de)實施(shi)方案。

　　2.外業數(shu)據采(cai)集階(jie)段

　　根據現場勘查的結果，貴(gui)州威寧縣滑(hua)坡(po)(po)點(dian)(dian)采(cai)用3個(ge)(ge)測(ce)站(zhan)點(dian)(dian)進(jin)行(xing)數(shu)據獲取，分別為(wei),600m處2個(ge)(ge)遠距離(li)測(ce)站(zhan)點(dian)(dian)獲取整體滑(hua)坡(po)(po)，100m處1個(ge)(ge)近距離(li)測(ce)站(zhan)點(dian)(dian)獲取滑(hua)坡(po)(po)受災山村地(di)形。

　　兩次外業數據采集均(jun)為(wei)絕對坐(zuo)標(biao)數據，采用RTK結合(he)HS1200后(hou)視(shi)定向功能獲取了WGS-84坐(zuo)標(biao)系下的絕對激光點(dian)云數據。如圖3所示。

　　3.內業數據處(chu)理(li)階段(duan)

　　通過HD_3LS_SCENE軟件可將點云導(dao)入，同時(shi)將RTK獲取的絕對坐(zuo)標信息(xi)以(yi)文本格式導(dao)入，軟件將自動識(shi)別后(hou)視標靶并匹配絕對坐(zuo)標可自動將點云匹配至(zhi)WGS-84坐(zuo)標系(xi)下。

　　圖3：原始(shi)三維(wei)激光數據

　　再通過自動去除(chu)噪點，通過激(ji)光多(duo)次回波(bo)信息，提取出(chu)地表數(shu)(shu)(shu)據及植被(bei)信息，通過對地表激(ji)光點云數(shu)(shu)(shu)據構(gou)TIN，制作(zuo)出(chu)DEM數(shu)(shu)(shu)據。如圖4所示。

　　圖4：基于(yu)點云數(shu)據生成的DEM

三、成果應用及分析

　　1.基于(yu)點云(yun)數據(ju)繪制裂(lie)縫線

　　在(zai)山體(ti)滑坡監測中，實(shi)時掌握(wo)裂(lie)縫(feng)所(suo)在(zai)位置、裂(lie)縫(feng)寬度對危巖(yan)應力(li)分析尤為重要。中海達的點云后處理軟(ruan)件中可(ke)清晰分辨(bian)裂(lie)縫(feng)體(ti)所(suo)在(zai)位置并進行量測。如圖5所(suo)示。

　　圖5：基于點云數據繪制裂縫線

　　2.任意區域(yu)自動化計算

　　基于點云(yun)數(shu)據可自動(dong)生(sheng)成DEM，由此可獲取(qu)任(ren)意區域面積，其(qi)(qi)中DEM是零階單純的單項數(shu)字地貌模型，其(qi)(qi)他如坡(po)度、坡(po)向及(ji)坡(po)度變化率等地貌特性(xing)可在DEM的基礎(chu)上(shang)生(sheng)成。如圖6所(suo)示。

　　圖6：任意區(qu)域自動(dong)計算

　　3.提(ti)取(qu)山體任意(yi)橫斷(duan)面線

　　由(you)于點(dian)云(yun)數據具有(you)高精度的點(dian)云(yun)坐(zuo)標信息(xi)，因此(ci)可在點(dian)云(yun)后處理(li)軟件中(zhong)制定橫(heng)斷面，即可得到橫(heng)斷面線(xian)。

四(si)、結語

　　本項目研究已經完全滿足使用需求，從(cong)中可(ke)以(yi)看出三維(wei)激光(guang)掃(sao)描技術的(de)最大優點即快(kuai)捷、方(fang)便(bian)、準(zhun)確、動態、實時、全數(shu)字化，具有(you)高精度、測(ce)量方(fang)式靈活、不接觸等特點，可(ke)以(yi)迅速獲(huo)取(qu)對(dui)象物體的(de)空間(jian)三維(wei)數(shu)據(ju)，以(yi)便(bian)對(dui)其模型進行數(shu)據(ju)處(chu)理(li)、分析，或者(zhe)為相應的(de)數(shu)字化產品提供(gong)(gong)基礎(chu)數(shu)據(ju)源；具有(you)數(shu)據(ju)精確、測(ce)量時間(jian)短、工作效率高的(de)特點，可(ke)以(yi)真(zhen)實反(fan)映現實環境，實現精細化測(ce)繪，給當(dang)地各級部門提供(gong)(gong)了真(zhen)實可(ke)靠的(de)災情(qing)數(shu)據(ju)。