地面三維激光掃描技術(shù)在地質(zhì)工程中的應(yīng)用

1、隨著地面三維激光掃描技術(shù)的不斷發(fā)展，在地質(zhì)工程方面應(yīng)用研究越來越多，主要應(yīng)用領(lǐng)域包括地質(zhì)研究、地質(zhì)滑坡與災(zāi)害治理、工程地質(zhì)編錄、油氣勘探。一、地質(zhì)研究一、地質(zhì)研究一、.應(yīng)用現(xiàn)狀研究。在地質(zhì)研究領(lǐng)域，三維激光掃描技術(shù)與傳統(tǒng)測量手段相比，主要有以下優(yōu)勢：測量簡單、便捷；測量結(jié)果精確；采集信息全面；數(shù)據(jù)后處理簡單；可直接基于三維結(jié)果信息進(jìn)行計(jì)算分析；非接觸、大場景測量效率更高，減小測量工作對(duì)環(huán)境的依賴和局限。地面三維激光掃描技術(shù)為地質(zhì)研究提供了一種新的工具和手段。二、.應(yīng)用方向研究。a.邊坡安全監(jiān)測。邊坡破壞的預(yù)測以及邊坡破壞后的狀況把握及二次災(zāi)害的防止預(yù)防等都需要及時(shí)準(zhǔn)確的掌握邊坡體的三維信息。三

2、維激光掃描儀可用于邊坡體災(zāi)害發(fā)生前后的地形變化測繪，二次破壞的預(yù)測以及邊坡破壞前兆的把握和危險(xiǎn)性評(píng)估。 通過三維激光掃描獲取地形數(shù)據(jù)后，可以利用軟件快速構(gòu)建DEM以及TIN網(wǎng)數(shù)據(jù)。徠卡Cyclone數(shù)據(jù)后處理軟件就提供了便捷的數(shù)字高程模型建立功能，并可實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，將數(shù)據(jù)快速轉(zhuǎn)換到WGS84坐標(biāo)，或者地方坐標(biāo)系。轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)可以進(jìn)行如下分析：平面圖的重合比較等高線的重合比較斷面圖的重合比較斷面圖的差分比較直接基于三維DEM進(jìn)行數(shù)據(jù)分析變化部位及位移量。三維激光掃描儀用于邊坡三維形狀獲取、加固方案設(shè)計(jì)、邊坡災(zāi)害對(duì)策及安全監(jiān)測等都具有其獨(dú)到的方便性及先進(jìn)性。測量設(shè)站靈活方便，測量效率高，獲取的數(shù)據(jù)

3、直接可以進(jìn)行處理以得到基礎(chǔ)信息或分析結(jié)果。b.地質(zhì)露頭研究。三維激光掃描儀可以為地質(zhì)露頭層序地層相關(guān)的研究提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，通過掃描可以獲取露頭的三維模型，為地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防、地震研究、礦藏探測等提供基礎(chǔ)資料。集成了內(nèi)置相機(jī)的三維激光掃描儀更可以同時(shí)獲取高清晰的影像數(shù)據(jù)，為后期的分析和研究提供了更詳細(xì)的信息，通過軟件快速構(gòu)建彩色點(diǎn)云模型以及彩色Mesh模型。并可以直接在三維空間實(shí)現(xiàn)點(diǎn)、線、面、體等信息的完整提取，數(shù)據(jù)可以通過DXF格式導(dǎo)出到其他后續(xù)繪圖軟件中。在地質(zhì)露頭研究中，三維激光掃描儀發(fā)揮了非接觸、高精度、高分辨率測量的特點(diǎn)。大大減少野外數(shù)據(jù)采集時(shí)間，并能獲取更完整的信息。c.地質(zhì)裂縫研究。通

4、過挖掘地質(zhì)探槽，可以更準(zhǔn)確的掌握地質(zhì)裂縫信息。地質(zhì)探槽反映了地層狀況，地質(zhì)裂縫的三維形狀。通過三維激光掃描技術(shù)，可以記錄和獲取整個(gè)探槽的完整三維信息。通過三維激光掃描儀掃描和拍照獲取高密度點(diǎn)云數(shù)據(jù)和高清晰照片，掃描儀內(nèi)置相機(jī)的照片可以直接映射到點(diǎn)云上，形成彩色點(diǎn)云數(shù)據(jù)。彩色點(diǎn)云數(shù)據(jù)可以直接進(jìn)行量測，并可通過虛擬測繪功能將特征數(shù)據(jù)導(dǎo)入其他軟件做進(jìn)一步分析和計(jì)算?；邳c(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過Geomagic軟件制作高精度三角網(wǎng)模型，映射紋理照片，可以得到彩色三角網(wǎng)模型，用于瀏覽和分析。三、應(yīng)用研究實(shí)例1.地震斷裂帶與地質(zhì)裂縫研究。通過挖掘探槽對(duì)地震斷裂帶進(jìn)行精細(xì)掃描，獲取地震斷裂帶的精確走向、尺寸等相關(guān)信息

5、，從而對(duì)斷層進(jìn)行分析。使用儀器為Leica ScanStation2 三維激光掃描儀，軟件為Leica Cyclone5.8。本次地震斷裂帶地質(zhì)裂縫研究，通過三維激光掃描儀在地質(zhì)探槽內(nèi)設(shè)置兩個(gè)站位進(jìn)行掃描，在每個(gè)站位使用掃描儀內(nèi)置相機(jī)進(jìn)行拍照，兩站的數(shù)據(jù)結(jié)果通過標(biāo)靶進(jìn)行拼接，從而獲取完整的地質(zhì)探槽相關(guān)數(shù)據(jù)。地質(zhì)探槽掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)如圖1，地質(zhì)裂縫局部掃描電云數(shù)據(jù)如圖2。圖12.地質(zhì)露頭測繪。對(duì)于地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)的區(qū)域，掌握該地區(qū)地形數(shù)據(jù)就顯得尤為重要，有助于我們?cè)谑鹿拾l(fā)生之前根據(jù)情況判斷哪里是地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)區(qū)域，可以事先預(yù)報(bào)該地區(qū)容易發(fā)生什么樣的地質(zhì)災(zāi)害，可以把損失降到最低。而在事故發(fā)生后可以根據(jù)詳細(xì)的

6、數(shù)據(jù)進(jìn)行搶險(xiǎn)救災(zāi)。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模式得出的數(shù)據(jù)不夠詳細(xì)，例如1:500的地形圖的采樣密度大概是20米一個(gè)點(diǎn)，而采用三維激光掃描技術(shù)可以設(shè)置它的采樣密度，低密度可以達(dá)到20cm一個(gè)點(diǎn)，高密度可以達(dá)到1mm，同時(shí)可以獲得每個(gè)點(diǎn)位的彩色信息，以便對(duì)現(xiàn)場的情況做出更準(zhǔn)確的判斷。使用儀器為Leica HDS4400 三維激光掃描儀，軟件為I-Site Studio 3.3。該研究主要掃描的對(duì)象是地質(zhì)露頭，針對(duì)多個(gè)典型的地質(zhì)露頭進(jìn)行掃描，再根據(jù)各個(gè)掃描站的坐標(biāo)拼接到大地坐標(biāo)系下，并通過后續(xù)數(shù)據(jù)處理獲得地質(zhì)露頭的三維模型及提取巖石裂隙走向等信息?，F(xiàn)場數(shù)據(jù)采集情況如圖3，彩色點(diǎn)云數(shù)據(jù)如圖4。3.汶川震后滑坡調(diào)

7、查和監(jiān)測。汶川地震發(fā)生后，為了快速恢復(fù)交通和基礎(chǔ)設(shè)施，并避免次生災(zāi)害發(fā)生，需要對(duì)山體滑坡排查和監(jiān)測。工作量巨大，作業(yè)環(huán)境異常艱苦，通過傳統(tǒng)的測繪方式效率較低，在重點(diǎn)區(qū)域精度較差，因此通過三維激光掃描技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)快速測繪，精細(xì)測量，高效率獲取完整滑坡三維信息。使用儀器為Leica ScanStation2，軟件為Leica Cyclone6.0。掃描多站獲取滑坡體數(shù)據(jù)，經(jīng)過拼接得到完整點(diǎn)云。通過Cyclone 軟件直接生成TIN網(wǎng)數(shù)據(jù)。掃描儀內(nèi)置相機(jī)拍攝的現(xiàn)場照片如圖5，掃描儀獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)如圖6，Cyclone軟件生成的TIN網(wǎng)數(shù)據(jù)如圖7。4.輸油管線工程地質(zhì)調(diào)查。三維激光掃描儀在輸油管線工程

8、地質(zhì)調(diào)查中，可以快速完成基礎(chǔ)地形測繪，滑坡體和危巖體測繪，隧道測繪。這些工作可以對(duì)山體構(gòu)造、泥石流沖擊溝，巖體裂隙走向，隧道等相關(guān)信息進(jìn)行完整、準(zhǔn)確地搜集，從而為輸油管線施工區(qū)域中的地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)區(qū)的災(zāi)害預(yù)防提供更多原始數(shù)據(jù)，幫助地質(zhì)專家確立合適的地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防方案，保證施工安全進(jìn)行。使用儀器為Leica ScanStation2，軟件為Leica Cyclone5.8。在本輸油管線地質(zhì)調(diào)查中，三維激光掃描儀對(duì)高海拔山體的某施工區(qū)域內(nèi)可能發(fā)生的坍塌、不穩(wěn)定斜坡、泥石流三類地質(zhì)災(zāi)害的部分進(jìn)行了精細(xì)掃描，同時(shí)獲取了施工隧道洞口以及周邊三維數(shù)據(jù)。隧道洞口數(shù)據(jù)采集狀況如圖8。隧道口彩色點(diǎn)云數(shù)據(jù)如圖9隧道M

9、esh模型及斷面線如圖10。數(shù)字高程模型疊加等高線如圖11。二、地質(zhì)滑坡與災(zāi)害處理二、地質(zhì)滑坡與災(zāi)害處理地質(zhì)滑坡：滑坡監(jiān)測的技術(shù)與方法正在從傳統(tǒng)的單一監(jiān)測模式向點(diǎn)、線、面立體交叉的空間模式發(fā)展。具體來講，可以概括為兩種：一種是滑坡監(jiān)測的傳統(tǒng)方法，主要指全站儀測量方法、攝影測量方法以及GPS監(jiān)測系統(tǒng)等；另一種是基于新技術(shù)和新儀器的滑坡監(jiān)測新方法，如合成孔徑雷達(dá)干涉測量（InSAR）技術(shù)、三維激光掃描技術(shù)。一、應(yīng)用研究現(xiàn)狀。地面三維激光掃描儀是一種集成多種高新技術(shù)的新型測繪儀器，已逐漸被應(yīng)用于變形監(jiān)測之中，為滑坡監(jiān)測提供了可供選擇的新方案。在滑坡發(fā)生后，如何在第一時(shí)間獲得現(xiàn)場數(shù)據(jù)無疑是人們最關(guān)心的

10、。傳統(tǒng)的測量方式耗時(shí)耗力還不便于救援工作的展開。地面三維激光掃描技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害工程治理中的優(yōu)勢：快速測量。在地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生后，能快速準(zhǔn)確的記錄下泥石流現(xiàn)場的數(shù)據(jù)以便展開后續(xù)的工作。非接觸測量?；掳l(fā)生地區(qū)，地形復(fù)雜，作業(yè)人員很難到達(dá)待測位置，但是如果不能到滑坡發(fā)生位置去就不能獲取準(zhǔn)確的資料。地面三維掃描儀具有非接觸式測量的特點(diǎn)，可單人操作儀器，兩個(gè)人就可以開展工作。最大限度的節(jié)省了人力讓其他工作人員可以開展更多的工作。全景掃描。地面三維掃描儀具有超大視場角，保證每個(gè)點(diǎn)位的全景掃描。本身自帶的全景數(shù)碼相機(jī)可以把現(xiàn)場的真實(shí)信息完整記錄下來，最大限度的獲取現(xiàn)場工作環(huán)境。二、萬工滑坡應(yīng)用實(shí)例1.滑坡數(shù)據(jù)

11、獲取。采用Leica HDS8800三維激光掃描儀，這是一款非接觸性測量，專門對(duì)礦山、地質(zhì)、地形測量的一款儀器，由激光發(fā)射器發(fā)出的激光打到物體表面，然后反射回來后，再根據(jù)角度，可以測得該點(diǎn)的X、Y、Z、R、G、B和反射率7個(gè)值。掃描儀的掃描范圍為2000m，能夠方便快捷的完成項(xiàng)目的掃描工作。在采集數(shù)據(jù)過程中，儀器內(nèi)置的全景數(shù)碼相機(jī)同步拍攝了彩色照片，在Cyclone軟件中將彩色照片的信息賦予點(diǎn)云，點(diǎn)云數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)就將真實(shí)的環(huán)境反映了出來。萬工滑坡現(xiàn)場如圖12。萬工滑坡點(diǎn)云數(shù)據(jù)如圖13。2.數(shù)據(jù)處理。要對(duì)滑坡地形進(jìn)行研究，需將三維激光掃描儀獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)利用Cyclone軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)拼接、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、

12、去噪處理。去噪處理是將房屋、樹木等地物去除，顯示出滑坡的真實(shí)地形狀態(tài)，用這個(gè)數(shù)據(jù)做后續(xù)分析研究。a. Mesh模型制作。在Cyclone軟件中用去噪后的數(shù)據(jù)構(gòu)建TIN生成Mesh模型，如圖14。基于Mesh制作該滑坡的剖面圖如圖15。通過設(shè)置間隔距離將滑坡各處的剖面圖均制作出來，進(jìn)而利用不同的剖面對(duì)滑坡的走向等進(jìn)行分析研究。b.二維地形圖制作。將去噪處理后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)入南方CASS軟件中制作二維地形圖，通過構(gòu)建三角網(wǎng)來繪制等高線。每個(gè)高程點(diǎn)，每條等高線的具體屬性值在CASS中都能顯示，這些屬性值都是真實(shí)的地理坐標(biāo)，根據(jù)這些分析值得出的結(jié)果完全反映了滑坡當(dāng)前的狀態(tài)。利用CASS軟件分別制作了萬工

13、滑坡的平面圖、立面圖、截面圖，分別如圖16、17、18。每幅圖從不同角度顯示滑坡的當(dāng)前狀態(tài)。這樣在分析研究時(shí)不僅能夠從整體上把握滑坡的大體趨勢，還能夠從細(xì)節(jié)入手針對(duì)具體問題具體分析。深入的研究將為這類地質(zhì)災(zāi)害積累寶貴的資料，為后續(xù)地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)防提供依據(jù)。三、舟曲地質(zhì)災(zāi)害治理應(yīng)用實(shí)例1.項(xiàng)目概述。2010年8月7日22時(shí)，甘南藏族自治州舟曲縣突降強(qiáng)降雨，縣城北面的羅家峪，三眼峪泥石流下泄，由北向南沖向縣城，造成沿河房屋被沖毀，泥石流阻斷白龍江，形成堰塞湖。在災(zāi)后重建中，為了快速、準(zhǔn)確的獲取地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)的治理過程的詳細(xì)信息。在災(zāi)后重建中，為了快速、準(zhǔn)確的 獲取地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)的治理過程的詳細(xì)信息，考慮到速

14、度、精度、安全等方面的因素，掃描采用了Leica地面型三維激光掃描和數(shù)據(jù)采集，構(gòu)建重點(diǎn)工程區(qū)域數(shù)字地形及工程模型，配合治理工程跟蹤監(jiān)測。2.地質(zhì)災(zāi)害治理方案。a.數(shù)據(jù)獲取。針對(duì)舟曲縣曲瓦鄉(xiāng)水泉村幾處災(zāi)害點(diǎn)以及周邊環(huán)境進(jìn)行整體掃描測量，重點(diǎn)災(zāi)害點(diǎn)采用高等密度進(jìn)行掃描，周邊環(huán)境采用中等密度進(jìn)行掃描。b.數(shù)據(jù)處理。利用Leica 掃描儀的配套軟件Cyclone 完成后期的點(diǎn)云數(shù)據(jù)拼接、數(shù)據(jù)處理與成果提取。c.點(diǎn)云拼接。多站數(shù)據(jù)高效率、高精度的拼接是點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理的重中之重，Leica Cyclone 軟件提供了多種拼接方式，如圖19?？梢愿鶕?jù)不同現(xiàn)場情況輕松實(shí)現(xiàn)高精度的拼接，并可輸出QA/QC質(zhì)量報(bào)告

15、。高精度高質(zhì)量拼接后的點(diǎn)云使后期數(shù)據(jù)處理及成果提取的精度得以保證。d.快速構(gòu)建DEM模型。通過點(diǎn)云數(shù)據(jù)，Cyclone軟件可快速構(gòu)建三維完整的TIN網(wǎng)模型，并可根據(jù)具體要求進(jìn)行不同程度的采樣。e.根據(jù)地形生成等高線與斷面線。Cyclone軟件可以基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)生成的TIN網(wǎng)自動(dòng)快速生成等高線，并可根據(jù)不同需求生成橫、縱斷面圖。f.滑坡體土石方計(jì)算。通過軟件可以簡便快速計(jì)算出滑坡體的土石方量以及面積，并附有多種計(jì)算方式可以滿足不同情況不同要求的計(jì)算，土石方量計(jì)算如圖20。g.構(gòu)建三維模型。通過完整的點(diǎn)云數(shù)據(jù)可以生成災(zāi)害點(diǎn)以及周邊環(huán)境的真實(shí)三維模型，為地質(zhì)災(zāi)害工程治理提供了良好的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。h.快速發(fā)

16、布。Cyclone提供的TrueView模塊可以基于網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)快速發(fā)布，如圖21。在災(zāi)害發(fā)生后通過掃描儀的快速測量和軟件快速發(fā)布方式可以讓后方的專家、領(lǐng)導(dǎo)在第一時(shí)間得到災(zāi)害現(xiàn)場的第一手資料。 三、工程地質(zhì)編錄三、工程地質(zhì)編錄1.應(yīng)用研究現(xiàn)狀。水電開發(fā)往往進(jìn)行于高山峽谷之中，由于山坡陡峭，場地道路簡易，水電建設(shè)的勘查工作艱苦并且危險(xiǎn)，這給獲取地質(zhì)勘查信息帶來大量的困難。邊坡地質(zhì)巖體結(jié)構(gòu)編錄是地質(zhì)勘查的重要內(nèi)容，同時(shí)也是進(jìn)行工程地質(zhì)問題分析與評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。工程地質(zhì)編錄主要手段仍停留在羅盤加皮尺的傳統(tǒng)方式階段，通過皮尺確定結(jié)構(gòu)面的相對(duì)位置、延伸長度、厚度、間距等幾何特征，現(xiàn)場勾繪結(jié)構(gòu)面輪廓線，使用地質(zhì)羅

17、盤獲取結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀信息。然后通過計(jì)算機(jī)掃描矢量化現(xiàn)場圖件。這種方法不僅工作量大，效率較低，而且難以保證測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。另外，工程建設(shè)規(guī)模越來越大，邊坡越挖越高，開挖速度越來越快，在施工過程中開挖，運(yùn)渣，支護(hù)往往同時(shí)進(jìn)行，很難為調(diào)查人員提供充足的時(shí)間和安全的空間進(jìn)行詳細(xì)的現(xiàn)場地質(zhì)編錄，特別是在高陡邊坡開挖過程中，現(xiàn)場獲取開挖邊坡的巖體結(jié)構(gòu)信息，難度是相當(dāng)大的。三維掃描技術(shù)的產(chǎn)生，為上述問題提供了最為有效、實(shí)用和先進(jìn)的技術(shù)手段。地面三維激光掃描技術(shù)在巖體結(jié)構(gòu)面信息采集方面有著傳統(tǒng)采集工作無法比擬的優(yōu)勢。在結(jié)構(gòu)面信息采集以及地質(zhì)編錄中，其優(yōu)勢有：1.滿足施工現(xiàn)場快速施工要求，掃描現(xiàn)場耗時(shí)少，不耽誤現(xiàn)

18、場施工進(jìn)度；2.針對(duì)高大邊坡難以接觸的特點(diǎn)，三維激光掃描技術(shù)真正實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離非接觸測量同時(shí)獲得了真實(shí)、精確、完整的三維數(shù)據(jù)；3.基于三維激光掃描技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)開挖面的高精度、更為細(xì)致的地質(zhì)編錄；4.避免了現(xiàn)場灰塵、高位落石等對(duì)地質(zhì)人員的傷害，大大減少了現(xiàn)場安全隱患開挖邊坡地質(zhì)編錄實(shí)例應(yīng)用某水電站左肩拱肩槽開挖邊坡高數(shù)百米，在高程1485米馬道處上一級(jí)開挖槽坡高10米，長55米，坡角60度呈現(xiàn)陡崖狀，現(xiàn)場不具備攀爬條件，如圖22 由于邊坡現(xiàn)代化施工速度快，現(xiàn)場地質(zhì)編錄時(shí)間有限，同時(shí)邊坡上部進(jìn)行支護(hù)施工對(duì)坡面地質(zhì)調(diào)查人員人身安全帶來隱患。因此，傳統(tǒng)工程地質(zhì)編錄方式在此已經(jīng)不再適用。本次掃描采用瑞士

19、Leica ScanStation 2 三維激光掃描儀。充分利用該設(shè)備點(diǎn)云數(shù)據(jù)采樣精度高、速度快、采樣分辨率高的特效性，對(duì)該高程馬道上一級(jí)開挖邊坡進(jìn)行三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集，根據(jù)現(xiàn)場地形條件共設(shè)置2處掃描機(jī)位點(diǎn)，兩次或取得點(diǎn)云數(shù)據(jù)通過標(biāo)靶拼接方式進(jìn)行合并，同時(shí)對(duì)標(biāo)靶點(diǎn)進(jìn)行大地坐標(biāo)測量，以便對(duì)獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，以使點(diǎn)云圖像坐標(biāo)與工地現(xiàn)場實(shí)際情況相符合?？紤]到本次研究內(nèi)容要求，需要獲取細(xì)小巖體結(jié)構(gòu)面空間信息，以便進(jìn)行巖體結(jié)構(gòu)的精細(xì)描述。因此，考慮采樣時(shí)間限制，最終設(shè)置采樣點(diǎn)間距為4mm。1.結(jié)構(gòu)面跡線空間位置獲取。通過點(diǎn)云數(shù)據(jù)與彩色信息相互耦合的后期處理，便可以得到具有真實(shí)彩色信息、采樣密度大

20、、準(zhǔn)確率高的大地坐標(biāo)值的點(diǎn)云數(shù)據(jù)影像，對(duì)于提取一二級(jí)結(jié)構(gòu)面信息已經(jīng)變得簡單，但是對(duì)于三級(jí)結(jié)構(gòu)面信識(shí)別與提取在某些情況下還存在一定的困難。由于三級(jí)結(jié)構(gòu)面相比之下的隨機(jī)斷續(xù)分布、延伸長度較小及硬性接觸等特點(diǎn)，較難解譯識(shí)別。通過大量實(shí)驗(yàn)，多次試驗(yàn)找到了一種對(duì)于三級(jí)結(jié)構(gòu)面的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)識(shí)別、解譯提取信息的方法：一是直接在點(diǎn)云數(shù)據(jù)表面識(shí)別結(jié)構(gòu)面；二是利用外部數(shù)碼相片耦合提取。方法一：在掃描電云數(shù)據(jù)中用空間多義線對(duì)結(jié)構(gòu)面出露跡線進(jìn)行描述，簡單、實(shí)用、快捷、不過多敘述，效果圖23由圖可看出，對(duì)于結(jié)構(gòu)面發(fā)育、出露清晰、規(guī)整的條件下，可利用點(diǎn)云影像數(shù)據(jù)直接識(shí)別。但在實(shí)際工作中經(jīng)常會(huì)遇到由于結(jié)構(gòu)面短小、雜亂等情況

21、，此方法就存在一定的困難，為解決這一問題，可采用方法二：a.由于目前掃描技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)外部彩色相片與點(diǎn)云數(shù)據(jù)相耦合，因此，可以利用高清數(shù)碼相片分辨率高，對(duì)細(xì)小結(jié)構(gòu)面反應(yīng)清晰、細(xì)致這一特點(diǎn)，不妨先從外部數(shù)碼相片入手，在數(shù)碼相片上解譯細(xì)小結(jié)構(gòu)面，利用畫圖工具在照片上將結(jié)構(gòu)面出露跡線用不同顏色描出并分組；b.利用坡表或人工標(biāo)記點(diǎn)將三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)與處理過的多幅照片進(jìn)行耦合，如圖24，c.通過標(biāo)記結(jié)構(gòu)面信息的彩色點(diǎn)云三維影像數(shù)據(jù)，可以清晰、準(zhǔn)確的提取三級(jí)結(jié)構(gòu)面空間信息。2.結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀獲取。在Cyclone軟件中將巖體結(jié)構(gòu)面識(shí)別后，利用選取工具在結(jié)構(gòu)面出露部位點(diǎn)云數(shù)據(jù)選取一個(gè)或者多個(gè)點(diǎn)，然后利用軟件中提供的C

22、reate Object/Region Grow/Patch功能對(duì)所選點(diǎn)的平面進(jìn)行自動(dòng)搜索，以最終得道擬合平面，如圖25，選取點(diǎn)的準(zhǔn)確性及代表性將直接影響到擬合結(jié)構(gòu)面的準(zhǔn)確性，由擬合平面獲取平面方程參數(shù)。三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)都是經(jīng)過大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，其每個(gè)點(diǎn)云的坐標(biāo)值與現(xiàn)場掃描目標(biāo)體真實(shí)大地坐標(biāo)相對(duì)應(yīng)，由此就可以應(yīng)用幾何、數(shù)學(xué)知識(shí)求解結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀。由此，在分組結(jié)構(gòu)面中對(duì)每組典型結(jié)構(gòu)面進(jìn)行產(chǎn)狀測量。對(duì)結(jié)構(gòu)面坡表面出露部位上點(diǎn)云數(shù)據(jù)自動(dòng)捕捉，生成一擬合平面，由此平面代表結(jié)構(gòu)面的空間延伸狀態(tài)，并獲取該平面法向矢量，由于其所在坐標(biāo)系統(tǒng)為真實(shí)的大地坐標(biāo)值，由此根據(jù)平面法向矢量便可得到結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀參數(shù)。根據(jù)獲取的結(jié)構(gòu)面分

23、組產(chǎn)狀，完善AutoCAD數(shù)據(jù)獲得傳統(tǒng)意義上的巖體結(jié)構(gòu)地質(zhì)編錄圖件，如圖26。在以上操作流程中需注意一些細(xì)節(jié)問題：a.獲取的結(jié)構(gòu)面三維數(shù)據(jù)只能反映結(jié)構(gòu)面空間幾何信息，彩色信息也只能反映部分地質(zhì)信息，現(xiàn)場巖體結(jié)構(gòu)的總體觀察、判斷及描述是十分必要的，這點(diǎn)對(duì)后期的解譯也具有重要的指導(dǎo)意義；b.獲取多幅外部數(shù)碼相片時(shí)，應(yīng)注意照片拍攝環(huán)境應(yīng)盡量一致，避免造成前后照片色差、亮度等變化過大的問題；c.外部數(shù)碼相片要完全包含掃描區(qū)域范圍；d.對(duì)細(xì)小結(jié)構(gòu)面的三維點(diǎn)云識(shí)別，除了照片標(biāo)記的跡線外同時(shí)還要注意其三維空間形態(tài)，最好是兩者相結(jié)合共同識(shí)別。 基于三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)巖體結(jié)構(gòu)進(jìn)行快速輔助地質(zhì)編錄工作的研究，是傳統(tǒng)地

24、質(zhì)調(diào)查方法的有益補(bǔ)充，提供了巖體結(jié)構(gòu)調(diào)查的一種新方法，實(shí)踐表明：該方法速度快、精度高，具有很強(qiáng)的適用性和極高的應(yīng)用推廣價(jià)值。三維激光掃描技術(shù)在水電工程領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用空間，大力發(fā)展三維激光掃描技術(shù)與傳統(tǒng)地質(zhì)調(diào)查技術(shù)相結(jié)合的方法與手段有著重要的研究價(jià)值。四、油氣探勘應(yīng)用實(shí)例四、油氣探勘應(yīng)用實(shí)例1.項(xiàng)目概述：項(xiàng)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)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，徠卡測量系統(tǒng)貿(mào)易公司研究人員采用Leica HDS8800 激光掃描儀以及高精度GPS RTK測量系統(tǒng)獲取了該項(xiàng)目部分區(qū)域多站點(diǎn)的三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)，利用HDS8800配套的專業(yè)數(shù)據(jù)

25、處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接、去噪、抽稀等工作。得到了該區(qū)域地表數(shù)字地形圖、Mesh數(shù)據(jù)和等高線等成果。Leica HDS8800作為長距離激光掃描儀的代表性產(chǎn)品，通過簡易的操作模式、高精度的數(shù)據(jù)信息，可完成大范圍的地形數(shù)據(jù)采集工作，從而降低外業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)也提高了外業(yè)數(shù)據(jù)采集效率。主要技術(shù)流程：1.數(shù)據(jù)采集過程。由于即將掃描的區(qū)域?yàn)榈湫偷拇ㄓ鍦\丘地形，地形復(fù)雜，所以前期階段對(duì)掃描區(qū)域進(jìn)行實(shí)地踏勘，針對(duì)現(xiàn)場不同地表地質(zhì)條件制定出測量項(xiàng)目規(guī)劃，然后在掃描區(qū)域建立GPS控制網(wǎng)。本次項(xiàng)目采用Leica 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，無需單獨(dú)布設(shè)反射標(biāo)靶，所以它的完成率高。 本次油氣勘探項(xiàng)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，植被多。利用Leica HDS8800