地面三维激光技术在地质工程中应用
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地面三维激光技术在地质工程中应用
随着地面三维激光扫描技术的不断发展，在地质工程 方面应用研究越来越多，主要应用领域包括地质研究、 地质滑坡与灾害治理、工程地质编录、油气勘探。
地面三维激光技术在地质工程中应用
一、地质研究
一、.应用现状研究。在地质研究领域，三维激光扫描 技术与传统测量手段相比，主要有以下优势：测量简 单、便捷；测量结果精确；采集信息全面；数据后处 理简单；可直接基于三维结果信息进行计算分析；非 接触、大场景测量效率更高，减小测量工作对环境的 依赖和局限。地面三维激光扫描技术为地质研究提供 了一种新的工具和手段。
地面三维激光技术在地质工程中应用
地面三维激光技术在地质工程中应用
4.输油管线工程地质调查。三维激光扫描仪在输油管 线工程地质调查中，可以快速完成基础地形测绘，滑 坡体和危岩体测绘，隧道测绘。这些工作可以对山体 构造、泥石流冲击沟，岩体裂隙走向，隧道等相关信 息进行完整、准确地搜集，从而为输油管线施工区域 中的地质灾害多发区的灾害预防提供更多原始数据， 帮助地质专家确立合适的地质灾害预防方案，保证施 工安全进行。使用仪器为Leica ScanStation2，软件 为Leica Cyclone5.8。在本输油管线地质调查中，三 维激光扫描仪对高海拔山体的某施工区域内可能发生 的坍塌、不稳定斜坡、泥石流三类地质灾害的部分进 行了精细扫描，同时获取了施工隧道洞口以及周边三 维数据。隧道洞口数据采集状况如图8。隧道口彩色点 云数据如图9隧道Mesh模型及断面线如图10。数字高 程模型叠加等高线如图11。
地面三维激光技术在地质工程中应用
地面三维激光技术在地质工程中应用
3.汶川震后滑坡调查和监测。汶川地震发生后，为了 快速恢复交通和基础设施，并避免次生灾害发生，需 要对山体滑坡排查和监测。工作量巨大，作业环境异 常艰苦，通过传统的测绘方式效率较低，在重点区域 精度较差，因此通过三维激光扫描技术可以实现快速 测绘，精细测量，高效率获取完整滑坡三维信息。使 用仪器为Leica ScanStation2，软件为Leica Cyclone6.0。扫描多站获取滑坡体数据，经过拼接得 到完整点云。通过Cyclone 软件直接生成TIN网数据。 扫描仪内置相机拍摄的现场照片如图5，扫描仪获取的 点云数据如图6，Cyclone软件生成的TIN网数据如图7。
②基于点云数据，通过Geomagic软件制作高精度三 角网模型，映射纹理照片，可以得到彩色三角网模型， 用于浏览和分析。
地面三维激光技术在地质工程中应用
三、应用研究实例
1.地震断裂带与地质裂缝研究。通过挖掘探槽对地震 断裂带进行精细扫描，获取地震断裂带的精确走向、 尺寸等相关信息，从而对断层进行分析。使用仪器为 Leica ScanStation2 三维激光扫描仪，软件为Leica Cyclone5.8。本次地震断裂带地质裂缝研究，通过三 维激光扫描仪在地质探槽内设置两个站位进行扫描， 在每个站位使用扫描仪内置相机进行拍照，两站的数 据结果通过标靶进行拼接，从而获取完整的地质探槽 相关数据。地质探槽扫描点云数据如图1，地质裂缝局 部扫描电云数据如图2。
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c.地质裂缝研究。通过挖掘地质探槽，可以更准确的 掌握地质裂缝信息。地质探槽反映了地层状况，地质 裂缝的三维形状。通过三维激光扫描技术，可以记录 和获取整个探槽的完整三维信息。
①通过三维激光扫描仪扫描和拍照获取高密度点云数 据和高清晰照片，扫描仪内置相机的照片可以直接映 射到点云上，形成彩色点云数据。彩色点云数据可以 直接进行量测，并可通过虚拟测绘功能将特征数据导 入其他软件做进一步分析和计算。
地面三维激光技术在地质工程中应用
b.地质露头研究。三维激光扫描仪可以为地质露头层 序地层相关的研究提供准确的数据，通过扫描可以获 取露头的三维模型，为地质灾害预防、地震研究、矿 藏探测等提供基础资料。集成了内置相机的三维激光 扫描仪更可以同时获取高清晰的影像数据，为后期的 分析和研究提供了更详细的信息，通过软件快速构建 彩色点云模型以及彩色Mesh模型。并可以直接在三维 空间实现点、线、面、体等信息的完整提取，数据可 以通过DXF格式导出到其他后续绘图软件中。在地质 露头研究中，三维激光扫描仪发挥了非接触、高精度、 高分辨率测量的特点。大大减少野外数据采集时间， 并能获取更完整的信息。
地面三维激光技术在地质工程中应用
图1
地面三ห้องสมุดไป่ตู้激光技术在地质工程中应用
2.地质露头测绘。对于地质灾害多发的区域，掌握该地区 地形数据就显得尤为重要，有助于我们在事故发生之前根 据情况判断哪里是地质灾害多发区域，可以事先预报该地 区容易发生什么样的地质灾害，可以把损失降到最低。而 在事故发生后可以根据详细的数据进行抢险救灾。传统的 数据采集模式得出的数据不够详细，例如1:500的地形图 的采样密度大概是20米一个点，而采用三维激光扫描技术 可以设置它的采样密度，低密度可以达到20cm一个点，高 密度可以达到1mm，同时可以获得每个点位的彩色信息， 以便对现场的情况做出更准确的判断。使用仪器为Leica HDS4400 三维激光扫描仪，软件为I-Site Studio 3.3。该 研究主要扫描的对象是地质露头，针对多个典型的地质露 头进行扫描，再根据各个扫描站的坐标拼接到大地坐标系 下，并通过后续数据处理获得地质露头的三维模型及提取 岩石裂隙走向等信息。现场数据采集情况如图3，彩色点 云数据如图4。
地面三维激光技术在地质工程中应用
二、.应用方向研究。 a.边坡安全监测。边坡破坏的预测以及边坡破坏后的
状况把握及二次灾害的防止预防等都需要及时准确的 掌握边坡体的三维信息。三维激光扫描仪可用于边坡 体灾害发生前后的地形变化测绘，二次破坏的预测以 及边坡破坏前兆的把握和危险性评估。 通过三维激光 扫描获取地形数据后，可以利用软件快速构建DEM以 及TIN网数据。徕卡Cyclone数据后处理软件就提供了 便捷的数字高程模型建立功能，并可实现坐标转换， 将数据快速转换到WGS84坐标，或者地方坐标系。
地面三维激光技术在地质工程中应用
转换后的数据可以进行如下分析： ①平面图的重合比较 ②等高线的重合比较 ③断面图的重合比较 ④断面图的差分比较 ⑤直接基于三维DEM进行数据分析变化部位及位移量。
三维激光扫描仪用于边坡三维形状获取、加固方案设 计、边坡灾害对策及安全监测等都具有其独到的方便 性及先进性。测量设站灵活方便，测量效率高，获取 的数据直接可以进行处理以得到基础信息或分析结果。
随着地面三维激光扫描技术的不断发展，在地质工程 方面应用研究越来越多，主要应用领域包括地质研究、 地质滑坡与灾害治理、工程地质编录、油气勘探。
地面三维激光技术在地质工程中应用
一、地质研究
一、.应用现状研究。在地质研究领域，三维激光扫描 技术与传统测量手段相比，主要有以下优势：测量简 单、便捷；测量结果精确；采集信息全面；数据后处 理简单；可直接基于三维结果信息进行计算分析；非 接触、大场景测量效率更高，减小测量工作对环境的 依赖和局限。地面三维激光扫描技术为地质研究提供 了一种新的工具和手段。
地面三维激光技术在地质工程中应用
地面三维激光技术在地质工程中应用
4.输油管线工程地质调查。三维激光扫描仪在输油管 线工程地质调查中，可以快速完成基础地形测绘，滑 坡体和危岩体测绘，隧道测绘。这些工作可以对山体 构造、泥石流冲击沟，岩体裂隙走向，隧道等相关信 息进行完整、准确地搜集，从而为输油管线施工区域 中的地质灾害多发区的灾害预防提供更多原始数据， 帮助地质专家确立合适的地质灾害预防方案，保证施 工安全进行。使用仪器为Leica ScanStation2，软件 为Leica Cyclone5.8。在本输油管线地质调查中，三 维激光扫描仪对高海拔山体的某施工区域内可能发生 的坍塌、不稳定斜坡、泥石流三类地质灾害的部分进 行了精细扫描，同时获取了施工隧道洞口以及周边三 维数据。隧道洞口数据采集状况如图8。隧道口彩色点 云数据如图9隧道Mesh模型及断面线如图10。数字高 程模型叠加等高线如图11。
地面三维激光技术在地质工程中应用
地面三维激光技术在地质工程中应用
3.汶川震后滑坡调查和监测。汶川地震发生后，为了 快速恢复交通和基础设施，并避免次生灾害发生，需 要对山体滑坡排查和监测。工作量巨大，作业环境异 常艰苦，通过传统的测绘方式效率较低，在重点区域 精度较差，因此通过三维激光扫描技术可以实现快速 测绘，精细测量，高效率获取完整滑坡三维信息。使 用仪器为Leica ScanStation2，软件为Leica Cyclone6.0。扫描多站获取滑坡体数据，经过拼接得 到完整点云。通过Cyclone 软件直接生成TIN网数据。 扫描仪内置相机拍摄的现场照片如图5，扫描仪获取的 点云数据如图6，Cyclone软件生成的TIN网数据如图7。
②基于点云数据，通过Geomagic软件制作高精度三 角网模型，映射纹理照片，可以得到彩色三角网模型， 用于浏览和分析。
地面三维激光技术在地质工程中应用
三、应用研究实例
1.地震断裂带与地质裂缝研究。通过挖掘探槽对地震 断裂带进行精细扫描，获取地震断裂带的精确走向、 尺寸等相关信息，从而对断层进行分析。使用仪器为 Leica ScanStation2 三维激光扫描仪，软件为Leica Cyclone5.8。本次地震断裂带地质裂缝研究，通过三 维激光扫描仪在地质探槽内设置两个站位进行扫描， 在每个站位使用扫描仪内置相机进行拍照，两站的数 据结果通过标靶进行拼接，从而获取完整的地质探槽 相关数据。地质探槽扫描点云数据如图1，地质裂缝局 部扫描电云数据如图2。
地面三维激光技术在地质工程中应用
c.地质裂缝研究。通过挖掘地质探槽，可以更准确的 掌握地质裂缝信息。地质探槽反映了地层状况，地质 裂缝的三维形状。通过三维激光扫描技术，可以记录 和获取整个探槽的完整三维信息。
①通过三维激光扫描仪扫描和拍照获取高密度点云数 据和高清晰照片，扫描仪内置相机的照片可以直接映 射到点云上，形成彩色点云数据。彩色点云数据可以 直接进行量测，并可通过虚拟测绘功能将特征数据导 入其他软件做进一步分析和计算。
地面三维激光技术在地质工程中应用
b.地质露头研究。三维激光扫描仪可以为地质露头层 序地层相关的研究提供准确的数据，通过扫描可以获 取露头的三维模型，为地质灾害预防、地震研究、矿 藏探测等提供基础资料。集成了内置相机的三维激光 扫描仪更可以同时获取高清晰的影像数据，为后期的 分析和研究提供了更详细的信息，通过软件快速构建 彩色点云模型以及彩色Mesh模型。并可以直接在三维 空间实现点、线、面、体等信息的完整提取，数据可 以通过DXF格式导出到其他后续绘图软件中。在地质 露头研究中，三维激光扫描仪发挥了非接触、高精度、 高分辨率测量的特点。大大减少野外数据采集时间， 并能获取更完整的信息。
地面三维激光技术在地质工程中应用
图1
地面三ห้องสมุดไป่ตู้激光技术在地质工程中应用
2.地质露头测绘。对于地质灾害多发的区域，掌握该地区 地形数据就显得尤为重要，有助于我们在事故发生之前根 据情况判断哪里是地质灾害多发区域，可以事先预报该地 区容易发生什么样的地质灾害，可以把损失降到最低。而 在事故发生后可以根据详细的数据进行抢险救灾。传统的 数据采集模式得出的数据不够详细，例如1:500的地形图 的采样密度大概是20米一个点，而采用三维激光扫描技术 可以设置它的采样密度，低密度可以达到20cm一个点，高 密度可以达到1mm，同时可以获得每个点位的彩色信息， 以便对现场的情况做出更准确的判断。使用仪器为Leica HDS4400 三维激光扫描仪，软件为I-Site Studio 3.3。该 研究主要扫描的对象是地质露头，针对多个典型的地质露 头进行扫描，再根据各个扫描站的坐标拼接到大地坐标系 下，并通过后续数据处理获得地质露头的三维模型及提取 岩石裂隙走向等信息。现场数据采集情况如图3，彩色点 云数据如图4。
地面三维激光技术在地质工程中应用
二、.应用方向研究。 a.边坡安全监测。边坡破坏的预测以及边坡破坏后的
状况把握及二次灾害的防止预防等都需要及时准确的 掌握边坡体的三维信息。三维激光扫描仪可用于边坡 体灾害发生前后的地形变化测绘，二次破坏的预测以 及边坡破坏前兆的把握和危险性评估。 通过三维激光 扫描获取地形数据后，可以利用软件快速构建DEM以 及TIN网数据。徕卡Cyclone数据后处理软件就提供了 便捷的数字高程模型建立功能，并可实现坐标转换， 将数据快速转换到WGS84坐标，或者地方坐标系。
地面三维激光技术在地质工程中应用
转换后的数据可以进行如下分析： ①平面图的重合比较 ②等高线的重合比较 ③断面图的重合比较 ④断面图的差分比较 ⑤直接基于三维DEM进行数据分析变化部位及位移量。
三维激光扫描仪用于边坡三维形状获取、加固方案设 计、边坡灾害对策及安全监测等都具有其独到的方便 性及先进性。测量设站灵活方便，测量效率高，获取 的数据直接可以进行处理以得到基础信息或分析结果。