徠卡三維激光掃描儀在油氣勘探上的應(yīng)用

徠卡測量系統(tǒng)貿(mào)易(北京)有限公司 王 興

徠卡測量新技術(shù)應(yīng)用專欄

徠卡三維激光掃描儀在油氣勘探上的應(yīng)用

徠卡測量系統(tǒng)貿(mào)易(北京)有限公司 王 興

一、前 言

本文所述項目位于四川省某區(qū)縣山地地形中。由于以往的地形測量方式外業(yè)上工作量大，生產(chǎn)效率也很有限，為了優(yōu)化地震物探部署方案，筆者提出采用徠卡 HDS8800激光掃描儀及高精度 GPS RTK測量系統(tǒng)獲取該項目部分區(qū)域多站點的三維激光點云數(shù)據(jù)，并利用HDS8800配套的專業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件進行數(shù)據(jù)處理，對點云數(shù)據(jù)進行拼接、去噪、抽稀等工作，從而得到該區(qū)域的地表數(shù)字地形圖、MESH數(shù)據(jù)和等高線等成果。

二、HDS三維激光掃描系統(tǒng)技術(shù)原理

1.技術(shù)原理

HDS(high definition surveying)的意思是高清晰測量，通俗的叫法是三維激光掃描系統(tǒng)。它是利用激光測距的原理，密集記錄目標物體的表面三維坐標、反射率和紋理信息，對空間進行真實的三維記錄。

2.技術(shù)特點

常規(guī)測量地形法(如用經(jīng)緯儀、測距儀等)通常是先布控制網(wǎng)點，最后依靠加密控制點和圖根控制點進行繪制平面圖，而GPS RDK地形測繪法是依靠快速獲取一定數(shù)量的基本控制點坐標來生成地形圖。山區(qū)地形環(huán)境復(fù)雜，很多地區(qū)人員無法或難以到達，這些都給地形測繪帶來了很大的阻礙，如5 km2的地形測繪，一般一人需要4天的時間，且勞動強度大。而三維激光掃描儀采用了非接觸測量方式直接獲取高精度三維坐標數(shù)據(jù)，能夠?qū)虘B(tài)介質(zhì)物體進行掃描，并且能夠快速將現(xiàn)實世界的信息轉(zhuǎn)換成可以處理的數(shù)據(jù)，具有掃描速度快、實時性強、精度高、點密度大、主動性強、全數(shù)字特征等特點。徠卡HDS8800作為長距離激光掃描儀的代表性產(chǎn)品，能通過簡易的操作模式、高精度的數(shù)據(jù)信息來完成大范圍的地形數(shù)據(jù)采集工作，降低了外業(yè)人員的勞動強度，同時也提高了外業(yè)采集數(shù)據(jù)效率。

三、數(shù)據(jù)采集過程

由于即將掃描的區(qū)域為典型川渝淺丘地形，地形復(fù)雜，所以前期階段筆者對掃描區(qū)域進行了實地勘察，針對現(xiàn)場不同地表地質(zhì)條件制定出測量項目規(guī)劃，然后在掃描區(qū)域建立GPS控制網(wǎng)。本次項目是徠卡HDS8800激光掃描儀，它類似于全站儀式的操作，完成后視定向后就可以直接開始掃描工作，無需再單獨布設(shè)反射標靶，所以它的效率完成度高。

HDS8800激光掃描儀是一款高速激光掃描、7000萬像素相機，具有2 km長距離的掃描距離，能通過自帶的14倍望遠鏡鏡頭進行后視，并能通過手持控制面板進行坐標寫入和掃描控制工作，這些硬件大大提高了外業(yè)工作效率，也降低了勞動強度。

本次油氣勘探項目施工區(qū)域?qū)偎拇ㄅ璧販\丘地形，交通網(wǎng)復(fù)雜、人煙稠密、多植被。

利用徠卡HDS8800激光掃描儀和高精度GPS RTK測量系統(tǒng)對該項目部分區(qū)域進行了激光測量，數(shù)據(jù)不足處進行后期補站掃描。外業(yè)工作人員2人，現(xiàn)場工作時間0.5 d，掃描面積5 km2。

四、數(shù)據(jù)處理分析

數(shù)據(jù)處級過程主要是將點云植被等干擾數(shù)據(jù)去除，留下地形數(shù)據(jù)，然后進行抽稀，生成地表數(shù)字地形圖、MESH數(shù)據(jù)和等高線。圖1為數(shù)據(jù)操作過程，(a)為原始數(shù)據(jù);(b)為抽稀完的數(shù)據(jù);(c)為生成的等高線數(shù)據(jù);(d)為生成的DEM數(shù)據(jù)模型。

三維激光掃描測量技術(shù)繪制的數(shù)字地形圖，點位密度、平面位置中誤差和高程中誤差低，效果高于1∶500地形圖，可以更好地應(yīng)用于油氣管網(wǎng)布設(shè)和數(shù)字油田建設(shè)等領(lǐng)域。

五、后期成果匯報

地震勘探是目前主流勘探方法之一，其特點是勘探效率高，是石油物探中最有力的勘探手段，應(yīng)用廣泛。但是如何降低成本，如何優(yōu)化地震測線部署和觀測系統(tǒng)設(shè)計，以及合理選擇激發(fā)點和接收點，監(jiān)控野外施工質(zhì)量，合理組織施工和安全管理等一系列問題一直是野外地震采集工作的難點。徠卡激光掃描系統(tǒng)可獲得精確的三維數(shù)據(jù)，服務(wù)于地震勘探工程的綜合分析、地震測線評價與優(yōu)選、激發(fā)點與接收點室內(nèi)逐點優(yōu)化設(shè)計及有效制定野外施工風(fēng)險控制預(yù)案。

1.物理點分布分析

圖2為俯瞰工區(qū)內(nèi)某場鎮(zhèn)的情況。圖2中地物、地貌影像均為由掃描儀獲取的真彩色點，在此圖上可以清晰分析、精細設(shè)計物理點的分布情況。

2.MESH數(shù)據(jù)和等高線

將掃描獲取的激光點云數(shù)據(jù)導(dǎo)入自帶數(shù)據(jù)處理軟件，將非地面點數(shù)據(jù)過濾、抽稀，快速生成該項目區(qū)域的MESH和等高線等(如圖3所示)。數(shù)據(jù)生成速度大大提高。

圖2

圖3

3.地震物探野外施工質(zhì)量監(jiān)控與管理

徠卡激光掃描系統(tǒng)可獲得精確的三維數(shù)據(jù)，服務(wù)于地震勘探工程的綜合分析精度控制，有效制定野外施工風(fēng)險控制預(yù)案。

作為高新技術(shù)成果，此項目中除了使用自帶數(shù)據(jù)處理軟件進行等高線、MESH模型生成之外，還利用詳細的真彩色點云數(shù)據(jù)進行物理點分析，服務(wù)于油氣勘探工程的綜合分析、部署和設(shè)計及驗收物理點，能有效制定野外施工風(fēng)險控制預(yù)案。

徠卡HDS8800在地震物探中的首次運用，打破了原始的復(fù)雜、繁瑣的物探測量格局，優(yōu)化了地震測線部署和觀測系統(tǒng)設(shè)計，并能合理選擇激發(fā)點和接收點，以及監(jiān)控野外施工質(zhì)量，合理組織施工與安全管理，進一步展示了科技就是未來的主題。