三維激光技術在危巖體地質信息采集中的應用

賈曉明

摘要：在地質勘察中，往往會存在危巖體地質的情況，此類地質因為存在不穩定的狀態，很容易產生安全事故，為了便于對此類地質情況的全面和準確掌握，實現對相關安全風險的有效規避，做好對其地質信息的采集工作至關重要。三維激光技術是一種先進的科技技術，它對危巖體地質信息采集提供了有力的技術支持，下面，文章就主要針對三維激光技術在危巖體地質信息采集中的應用進行分析，希望對相關工作的開展提供參考。

關鍵詞：三維激光技術;危巖體地質;信息采集;技術應用

危巖體具有很強的危險性，盡管其還未出現崩塌現象，但已經具有崩塌的前兆，且具備崩塌發生的所有條件。一旦危巖體出現崩塌，勢必會產生很大的危害性，為了避免危巖體崩塌情況的出現，就需要做好地質調查工作。在地質調查中，三維激光技術因為具有顯著的優勢，得到了廣泛的使用，而三維激光技術如何在危巖體地質信息采集中應用，就是文章主要研究的內容。

1.三維激光技術概述

對于三維激光掃描技術來說，它是一種高新技術類型，主要是借助激光測距原理，對實物表面的密集點相應三維坐標以及反射率等信息采集，針對實體或者實景實現三維化的點云數據獲取，以點云數據能夠快速對被測實體建立三維化實體的模型。此模型內每個點和實體都是相互對應的，其具有采樣的速度快且精度高等特點。在獲取點云數據時，使用脈沖激光的測距法，主要以脈沖激光從發射至接收期間具有的時間差為依據，對掃描點至儀器間距離值進行計算，再根據發射激光的光束水平角、垂直角數據，就能夠對掃描點和儀器在空間中的位置關系計算[1]。因為不同的實物存在對激光不同的吸收與反射效果，接著所接收激光的強度，對掃描點實施灰度特性的匹配處理;對多幅的點云數據情況，可以選擇公共點不低于3個實施特性的匹配，完成數據的拼接，最終實現完整實體模型的建立。

2.三維激光技術在危巖體地質信息采集中的應用

以某危巖體的情況為例，通過三維激光的掃描儀對危巖體的點云數據獲取，并進行危巖體表面模型的建立，以點云數據為基礎對危巖體相關信息數據提取，為其穩定性的分析以及危險治理提供依據。

2.1對掃描的點云坐標和大地坐標進行擬合

通過三維激光的掃描儀進行點云數據的獲取，因為各組數據內點云存在自己獨立的坐標系，坐標系不統一需要對坐標實施轉換。通過激光的掃描儀以單個角度進行掃描所獲取目標的點云數據，往往會受到物體干擾或者視線限制等影響而存在缺失，則為了確保目標的點云數據具有完整性，要從不同角度對目標掃描。在現場調查期間，對掃描的場地內進行4個或者超過4個不共線、不共面標靶設置，以RTK的測量儀對此類標靶具體大地坐標測量，后使用軟件內TPL的模板尋找此站所設立的標靶實際坐標，并對RTK的測量儀所測標靶大地坐標導入，以坐標轉換能夠把各獨立坐標系內全部點云在大地的坐標系內統一，讓整個三維化點云圖像存在工程坐標并為后續工程研究奠定基礎。

2.2定位和尺寸量測

對危巖體的地質信息進行調查中，對其準確定位和尺寸量測是重要的環節。往往研究區內危巖體的地形較為復雜，且部分的危巖體呈現高陡狀態，在調查中相關人員不能有效攀爬，這也使傳統的地質測量法無法對危巖體實現近距離的尺寸測量效果，而借助三維激光的掃描技術中激光獨特性特點，以激光的掃描儀能夠對離散的點云數據獲取，如對各危巖體的厚、高、底寬和頂寬等尺寸數據快速和準確獲取[2]。

2.3體積量測

在對危巖體的調查中，對危巖體的體積確定是一項主要的工作，通過對危巖體的體積確定，能夠為危巖體的穩定性評估以及風險防治提供有力的依據。在對危巖體的體積量測中，主要通過RISCAN PRO的軟件來實現。對數據處理之前，先要對危巖體具體范圍明確，結合實際情況對危巖體局部的三維圖實施建立，后對其局部的點云數據實施去噪、抽稀、植被的過濾和柵格化等處理;再構建一個平面并讓全部點云數據均在此平面一側，對上述已處理點云數據實施三角面的片化，最后通過軟件就能夠得到此危巖體體積。

2.4節理產狀的測量

危巖體節理裂隙發育的情況，對危巖體穩定性直接產生影響。通過三維激光的技術使用，能夠實現對節理裂隙長度、位置、張開度、延伸以及產狀等相關信息準確和快速統計。對巖體來說，結構面是其結構構成以及巖體力學的性質控制中重要的因素，通過對巖體的結構面相關信息準確和詳實掌握，對巖體結構穩定性的評價十分重要。通過激光的掃描儀對高密度的點云數據獲取后，只有對結構面正確識別且對結構面相關信息有效提取，才能夠在實際工程有效應用。因為其Polyworks的軟件內并不存在相應測量工具來對對結構面的產狀信息實施獲取，所以可以借助此軟件內Plane的工具對所需測量的產狀結構面進行選中，后對此結構面模擬處理，再以所模擬結構面對結構面的產狀實現間接測量[3]。

2.5獲取剖面圖

對危巖體的剖面圖實施獲取中，主要可以采用兩類方法，一種是通過皮尺與羅盤結合法開展實地的測量，但此方法易受地形、地勢等因素影響;另一種是以等高線沿著某條線切取處理，而不同的比例尺圖件所切取剖面圖也存在差異性。通過三維激光的掃描儀對高密度性點云數據獲取，和真實原型更加接近，以點云數據能夠對任何位置中的剖面實施切取，且也可以按照指定的間距來對危巖體的模型實施諸多平行剖面切取，后把剖面圖按照dxf格式導出，并使用CAD對二維的剖面圖完善處理。

結語：

綜上所述，三維激光技術作為一種現代化技術，它在危巖體地質信息采集中具有著顯著的應用優勢，它能夠從多方面實現對危巖體地質信息的采集和獲取，對后續工程活動開展提供依據，而想要確保此技術有效使用，還需要把握好此技術要點并規范使用，才能夠實現準確、全面和可靠數據的獲取。

參考文獻：

[1]齊云龍， 張立， 劉玉潔，等. 利用三維激光掃描儀的崩塌危巖體識別技術[J]. 公路交通科技（應用技術版）， 2018， 14（10）：178-179.

[2]鄧人文， 周家文， 韓進奇，等. 基于三維激光掃描的地下洞室危巖體識別與監測技術[J]. 水利與建筑工程學報， 2020， 90（02）：42-48+61.

[3]王漢順. 三維激光掃描技術在危巖體測繪工作中的應用[J]. 城市勘測， 2020， 177（02）：97-100.