邓韵
梧州市测绘地理信息院 广西 梧州 543002
摘要：作为新兴测绘技术的一种，三维激光扫描技术本质上是通过获取目标三维坐标数据的方式，并在经过后期处理后构建具有高精度特征的三维模型。本文以某边坡工程为例，在对其技术原理进行概述的基础上阐述了扫描数据处理，以及数据提取与应用的技术应用过程，希望能够为同行业工作者提供一些帮助。
关键词：三维激光扫描技术；高陡边坡；地质调查；应用
引言：三维激光扫描技术由于其精度高与耗时少等应用优势，使得其一经推出即受到了测绘领域的一致好评，尤其是在地形测量与变形监测等层面更是逐渐突显出了其极佳的应用效果。现阶段，将该技术应用至工程地质与岩土领域的频率仍然较低，因此，对其在特殊地质类型中的实际应用情况进行调查具有极为重要的现实意义。
1 工程概况
本次研究所举例工程的边坡较为陡峭，主要为露天采矿的废弃坑洞，不同标段的长度略有差异，最长的边坡长度为700米左右，整体走向为由东至西，坡高度约为100米，边坡角度在60至80°的范围内。该工程的岩性以石炭系上统船山组灰岩为主要组成部分，在其表层处则主要为第四系松散堆积层，该区域主要发育类型为1组的共轭断裂，与边坡结构走向之间呈现斜交状态，但并没有对边坡本身结构产生较大影响，稳定性仍然较高。简单来说就是其边坡岩体较为完整，而其中所存在的主要问题为由于长时间的采矿爆破，与废弃后的风化剥离，使得整体岩石结构较为危险。
2 技术原理概述
本次选择应用的技术仪器为地址保护实验室所提供的三维激光扫描仪，其有效的测量范围为3至1000米，测量精度在5毫米以内。该仪器在使用过程中，主要后通过使用脉冲测距技术以帮助实现无接触式的高速激光测量目标，并使用点云形式获取到被测物体的阵列信息，以及几何图形三维坐标数据[1]。应用的主要原理如下：首先设定仪器内部的发射点位置与测量原点，并建立笛卡尔空间坐标系，在发射脉冲激光后通过计算反射时间即可在角度换算工作的应用下，获得被测点位的具体三维坐标。随后，根据反射而来的激光强度数值，即可针对扫描点进行灰度匹配，从而形成对应的3D图像。具体获得目标点空间三维坐标的示意图如图1所示。
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图1 测量点坐标计算
3 扫描数据处理
为保证三维数字模型的构建精准性，通常情况下需要对扫描获取到的具体数据进行深入分析与核验，其通常包括对数据分区进行扫描、数据的拼接与核验以及清除无关数据等。
3.1扫描数据分区
若被测边坡的自身延伸范围较长，又或是在其坡底存在障碍物，致使其整体视通条件不佳，若采用一次性的采集方案获取到足够扫描数据的难度较高，在获取数据量过于庞大的情况下想要保证后续的处理分析效果极为困难[2]。因此，通常情况下将此类边坡分成东西两段分别进行扫描，并分别采集两个区域的数据。
3.2扫描数据拼接与校准
所获取的所有数据，其点位均以扫描仪作为设定的参考点，属于独立坐标， 且各个部分的扫描点云数据，实际上与其坐标之间并没有形成相互关联的关系。为保证扫描数据与地质平面图之间的同步性，为提供两部分扫描数据提供搭接条件，就应对扫描得来的所有数据进行坐标转换处理，并做适当拼接以完成校准任务[3]。在推进数据拼接进程时，一般采用专业的处理软件中的拼接模块，在将云图导入并锁定后，即可在导入相邻云图后定位不存在于图中同一直线的三个点位，经过软件自动计算后即可将两幅图像拼接在一起，且能够最大限度消除拼接 误差。若有误差数据的提取需要，可以在软件的专业对应模块中找出。完成拼接的点云图形通常以第一幅的图像局部坐标为基准，若想要达到与地质平面图的同步效果，建议对已经拼接完成的图形进行坐标转换。在全站仪的帮助下，通过选取10个点位，即可将其中所包含的所有点云坐标全部转换为地质平面图中的坐标，并构建出与之对应的坐标系。
3.3多余数据清除
以点云形式获取被测坡的三维数据是应用的激光扫描仪的主要应用特征，且获取到的数据为360°范围内的所有点云数据，因此其中必然会存在大量的本身没有意义的坐标数据[4]。因此在对数据进行处理前必须先将多余数据清除，为后续获取到更为准确的物体表面形态奠定基础，简化数据的处理流程。扫描仪的工作位置一般为坡角的100至200米，若范围内存在视线遮挡物将对所形成的三维点云数据的准确性产生影响，多余的产生数据同样需要做及时剔除处理。
4 数据提取与应用
通过构建三维数字数字模型，让工作人员能够更加清晰且直观的对坡的三维结构进行观察，无论是正视、侧视还是俯视，均为其提供了方便观察的条件，且能够以此为基础获取到不同位置的图切剖面与结构面产状等资料，为更为深入的分析边坡稳定性奠定了基础。
4.1图切剖面获取
将20#的剖面作为基础，利用专业软件对剖面线进行提取，想要获得图切剖面的流程为：第一是应将具有应用价值的三维数据导入软件内，并以地质平面图中所显示的剖面位置为依据，做出包含剖面线的平面[5]；第二是以平面为基础对剖面线进行提取；第三是将线导出；第四是需要对所提取的剖面线进行简单从用户里，继而得出如图2所示的图切工程地质泼面图。
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图2 图切工程地质剖面图
4.2危岩体调查
4.2.1分布范围
利用专业软件，能够以扫描所获得的所有三维激光点云数据为基础，对单个具有危险结构特征的危岩体的分布范围予以确定，过程搜索为自动完成。
4.2.2尺寸测量与方量估算
以各个危岩体为核心，为获得专业分析软件的数值计算必要参数，需要对不同危岩体的尺寸进行估算。建议使用测量功能测量其尺寸，并做好标记为后续数据计算过程提供完备条件。
4.2.3提取结构面产状
相关工作人员需要对不同危岩体的稳定性进行全面评价，且应明确不同结构面的具体组合情况。在这一专业软件中，需要通过提取三个点位以形成需求的计算平面（三个点处于同一结构面但不处于同以直线），所形成平面的产状也就是对应结构面的产状。
结束语：综上所述，得益于三维激光扫描技术中的软件处理技术，能够保证所获得的边坡三维立体模型的精确性，通过进一步处理即可获取地质剖面、结构产装等数据，其同样也是分析并评价边坡稳定性的重要基础。
参考文献
[1]陈爱云,曾唯恐,王哲,瞿晓浩.基于三维激光扫描技术的危岩体特征快速识别方法及稳定性评价[J].水利与建筑工程学报,2019,1706:60-64+176.
[2]郭少文,周坤,张兵.基于三维激光扫描技术的岩体抗剪强度参数获取[J].人民长江,2019,5009:118-123.
[3]张骞棋.湖北恩施红高线K2+050~450段岩质高陡边坡稳定性研究[D].成都理工大学,2019.
[4]杨力龙.基于轻小型无人机的航空摄影测量技术在高陡边坡几何信息勘察中的应用研究[D].西南交通大学,2017.
[5]罗敏敏,徐超,石振明.三维激光扫描技术在高陡岩质边坡地质调查中的应用[J].勘察科学技术,2017,02:58-61.