一、設備概況

Optech Polaris脈沖式長測程三維激光掃描儀，最高測程可達2000米，包含三維激光掃描儀及配套點云處理軟件。

Optech Polaris脈沖式長測程三維激光掃描儀

7.主機內置雙500萬像素廣角數碼相機，掃描后，自動存儲該場景的數碼影像?？勺鰹镚IS分類的基礎信息。并可同時實現彩色點云的獲取。

二、解決方案

1、數據采集與預處理

三維激光掃描儀通過對形變區域進行周期性掃描，對比不同期次的三維信息進行形變監測。一般情況下可將基于三維激光掃描儀的地質災害地面形變監測分為現場勘查、數據采集、成果輸出與分析比對3個主要步驟。
（1）現場勘查
根據監測區域概況、要求等進行現場勘查，確定采集設備及作業方式。區域概況包括位置、大小、形態等，同時排除可人為去除的干擾，減少人為誤差的引入。為了得到統一坐標系下的三維激光掃描數據成果，還需要埋設用于設站和定向的控制點?？刂泣c應選在各點之間能夠相互通視且較穩固的地方。對于有條件布設監測點的區域在形變較為嚴重、突出的地方布設監測點。若采用基于標靶的點云拼接方式還需確定公共標靶個數和位置，原則上每3個公共標靶按照空間銳角三角形布置而且保證每兩個需要拼接的點云數據中包含至少3個不在同一直線上的公共標靶。

現場勘察

（2）數據采集
掃描站位置應選擇安全、穩定且通視情況良好的區域。采用無標靶拼接方式的掃描區域，應保證每兩個需要拼接的掃描區域間至少有40％的重疊度以及盡可能多的特征點，以滿足拼接要求以及成果精度。在選定的測站上架設掃描儀，調整好掃描儀方向和傾角，嚴格對中整平，并量取儀器高，連接好掃描儀、計算機和電源。進行多次定向，將自定義的掃描坐標系下的數據轉換到大地坐標系下。

數據采集

（3）點云預處理
點云數據進行粗差剔除、旋轉對齊、多視拼接等操作，若采用基于標靶的拼接方式，在重疊區域均勻地選取公共標靶，根據約束條件，計算整體拼接誤差，拼接誤差過大時應仔細檢查該點坐標的正確性，刪除誤差過大的公共標靶；若采用無標靶拼接方式，在重疊區域盡量選取特征點，以減小拼接誤差。數據處理時先要手工去除由災害體及周圍一些無關的雜草、樹木、建筑物、電桿等造成的無關點云噪聲點。去噪過程應遵循“少去除多視角”的去除方法，避免刪除真實的有效點云數據。再對手工去噪后的數據進行點云濾波，過濾其他隱含噪聲點且降低點云密度。點云濾波應選擇保持原始數據形態，地形改變量較小的方式，以減少對有用點云的剔除保證點云數據的精度。

點云數據

2、數據分析與應用

（1） 地形圖制作

① 通過設備自帶軟件進行預處理之后，導出通用的ASCII格式的XYZ坐標文件至數據后處理軟件中。

點云導入數據后處理軟件

② 由點云要素自動化生成TIN（不規則三角網）模型。

等高線

（2）變形位移分析

通過點云可以對多期掃描數據進行對比，以其中一期掃描數據作為基準站，通過色譜圖的形式表現出后期數據的位移量，并對變形量進行統計分析。

位移變形色譜圖

變形量統計分析

（3）方量變化計算

在地質監測中，可能產生滑坡、泥石流、坍塌等災害的區域需要特別注意土方量的動態變化，對掃描所得的數據進行處理與分析，通過監測點的變形信息以及特定區域的土方量的變化進行分析，可預測地質災害的變形趨勢和未來量大。

兩期數據變形分析

兩期數據體積變化

三、總結

三維激光掃描技術具有很強的工程適用性，在巖土、地質工程、地質災害的調查中應用三維激光掃描技術具有重要的理論及現實意義，有著巨大的應用潛力。傳統的地質災害調查方法費時、費力并存在調查人員的人身安全問題，某些情況下還難以獲取令人滿意的結果。將三維激光掃描技術引入到巖土、地質工程領域，大大降低了調查人員的勞動強度，提高了工作效率，成果也更加翔實豐富。
總而言之，對于實際的工程應用來講，將三維激光掃描技術與巖土、地質工程領域的調查方法相結合，并把該技術應用于工程實踐當中去，無論對于測繪還是工程領域都具有重要的里程碑意義。