福建省闽西地质大队 福建 厦门 361004
摘要：本文简要介绍了三维激光扫描技术的特点及其技术原理，并对地面型三维激光扫描仪在地质灾害治理项目工作中的应用实例进行了介绍，对三维激光扫描技术的应用领域作了一点有益的探索，希望对业界同行推动和拓展三维激光扫描技术的应用领域有所借鉴。
关键词：三维激光扫描技术；地质灾害防治工作；应用
引言
三维激光扫描技术在上世纪90年代引入国内后，迅速成为测绘领域的热点，它的扫描测量范围不断扩大，可应用领域不断扩展，逐步成为快速获取空间实体三维数据的主要方式之一，三维激光扫描测量技术克服了传统测量技术的局限性，采用非接触主动测量方式直接获取高精度三维数据，能够快速将现实世界的信息转换成计算机可以处理的数据。它具有高速度、高精度、全数字、实时性强、主动性强、实景复制等独特技术优势，在测绘领域、文物保护、逆向工程制造、工程安装施工等诸多的行业和领域得到了越来越多的应用。如何发挥三维激光扫描技术的独特技术特点、解决测绘生产中的难题、探索新的应用领域和方向，我们每一名测绘工程技术人员责无旁贷。
厦门市金榜公园双忠魂独立石，是厦门众多地质灾害点之一，且座落在道路和公园休闲地的上方，测定其独立石的三维数据，准确计算出独立石的体质和重心，为灾害治理和预防提供准确可靠的数据。
1项目背景
近年来，我国自然灾害频发，如何提前做好地质灾害的预防、监测、排查、治理，是我们减小灾害损失的必然要求。厦门地处福建东南沿海，地质环境比较复杂，地质灾害每年都有发生，地质灾害主要类型有崩塌、滑坡和少量泥石流。随着土地利用强度的不断加大、人类活动不断加剧，再加上雨量充沛、台风高发的自然气候条件，地质灾害的发生及其对厦门人民生命财产构成的威肋目趋严重。由于地质构造的原因，厦门近海山上孤石林立且岩石风化较强烈，属崩塌地质灾害易发区域。
2016厦门在册地质灾害（隐患）点122处，其中危险性、危害性较大的地质灾害点9处，在九大危险地质灾害点中“思明区鸿山公园双忠魂独立岩石”位列第2位，属岩石崩塌滚落危害重点防治对象。
2项目实施
2.1技术路线
危石的重心位置及其质量计算进行支护设计的最重要基础数据，为求得岩石重心，首先计算出岩石的质心，在获得岩石表面形状后通过软件即可计算出物体的质心，因危石体积不大且岩石材质基本一致，可视岩石为一个均质体，此时其质心即为重心；在获取危岩体表面形状后，可计算出危岩体的体积，然后根据危岩体岩石类型对应的密度数据，即可计算出危岩体的质量。因此本项目施实的关键在于获取岩石的表面三维坐标数据，通过采用三维激光扫描仪可以较容易获取物体表面高精度的三维数据。三维激光扫描技术作业流程包括外业数据采集和内业数据处理两部分。外业数据采集一般包括控制网布设及数据扫描工作，内业数据处理通常包括点云数据拼接、噪音剔除及根据项目要求生产进行三维模型建设、及三维数据计算工作。
2.2场地清理
“双忠魂独立岩石”位于厦门鸿山公园半山腰处，四周植被密集，植被遮挡对三维扫描采集会产生严重干扰，为保证尽可能采集完整的岩石表面点云数据，经与委托方沟通后，在不对景观产生严重影响的条件下，对景观周围影响数据采集的植被进行了必要的清理工作，保证了扫描采集工作的顺利进行。
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2.3控制点布设
三维激光扫描仪采用的坐标系一般是以扫描仪为中心建立的独立坐标系，需要将各个独立的坐标系转换到统一的“厦门92坐标系”，以供设计及后续施工使用。为此，采用厦门CORS网络在测区及周边测设图根控制点，成果属“92厦门坐标系”、“85国家高程基准”，项目共布设3个图根控制点。
2.4外业扫描
2.4.1点云扫描
本项目选用Leica ScanStation 2三维激光扫描仪进行外业点云数据采集，仪器经中国计量科学研究院检测，检定精度为：①、单点点位精度≤±6mm (50m范围内)；②、形成模型表面精度≤±2mm (50m范围内)。
点云采集工作流程如下：新建点云存储数据库、建立扫描工程、连接扫描仪、采集场景照片、设定扫描范围、设定扫描精度（2mm×2mm）、点云扫描采集。
2.4.2标靶坐标测定
三维激光扫描仪采集的点云数据，其坐标系统为基于扫描仪中心的站心坐标系，为保证各测站及各期扫描点云数据基础的统一，必须将相互独立互不相关的点云数据，通过坐标系统转换的方式统一到图根控制网坐标系统下。为此，在每站扫描时，均在该站周围设置3个Leica三维激光扫描仪特制标靶，并利用Leica三维激光扫描仪获取特制标靶几何中心的功能，精确获取标靶几何中心站心坐标系坐标（获取精度≤±1.5mm）。同时采用全站仪免棱镜测量模式测定标靶中心在图根控制网坐标系下的坐标。这样就形成了有两套公共坐标的标靶控制点，供数据拼接转换使用。
2.5内业数据处理
2.5.1点云数据拼接
各站点云数据的拼接，采用Leica Cyclone随机后处理软件的数据拼接模块进行，在数据拼接模块中导入点云数据、标靶数据、标靶坐标数据文件，利用软件拼接及坐标转换功能，将多站数据拼接成一个整体并将基于站心的点云数据转换成基于图根控制网坐标系的点云数据。然后对无效点云数据进行删除，如植被遮挡数据、扫描范围外的多余数据及其它干扰数据等，以保证数据的有效性。
2.5.2 三维实体模型制作及重心、体积计算
1）在Geomagic软件中，调入Leica Cyclone软件输出的点云坐标数据，通过点云筛选（删除树木等干扰数据）---点云封装（由离散点封装在封闭实体）—点云修补（对遮挡形成的空洞进行修补）等步骤建立三维场景实体模型。
2）在Geomagic软件中，删除不需要计算重心的数据，保留双忠魂独立石需要计算重心部位的模型数据，通过软件计算质心功能计算出保留实体的质心数据。把独立石当作均质体对待，则其质心就为其重心。
3结束语
在本项目中，应用三维激光扫描技术，解决了岩石不规则表面数据采集的难题，获取了危岩体表面准确、详实、直观的数据信息，为危岩体质量及重心的准确计算提供了可能，三维激光扫描技术彻底颠覆了传统测绘的单点测量的数据获取方式，体现了其独特的技术优势。目前三维激光扫描技术在应用在各个领域得到不断拓展，，三维激光扫描技术因其独有的技术特点，必将成为地质灾害监测、治理数据获取的全新发展方向。
参考文献
[1]段奇三.徕卡HDS8800三维激光扫描仪在露天矿中的应用测绘通报2011年第12期
[2]闰利，崔晨风，张毅.三维激光扫描技术应用于高精度断面线生成的研究[J].遥感信息，2007.4（54）
[3]李超程浩王芳基于三维激光扫描仪在林木测量方面的应用测绘通报2011年第11期
[4]张国辉基于三维激光扫描仪的地形变化监测仪器仪表学报第27卷第6期增刊
论文作者:邱瑞
论文发表刊物:《防护工程》2018年第30期
论文发表时间:2019/1/14
标签：数据论文; 激光论文; 扫描仪论文; 岩石论文; 坐标系论文; 厦门论文; 技术论文; 《防护工程》2018年第30期论文;