基于三维激光的地质工程遥感测绘技术研究

2021-11-30李尚宗

世界有色金属 2021年21期

李尚宗

（三和数码测绘地理信息技术有限公司，甘肃天水 741000）

地质工程测绘是指为进行地质调查、矿产勘察及其成果图件的编制涉及的全部测绘工作的总称。主要包括地质点测量、地质剖面测量、矿区测量、井探工程测量、地表移动观测、有关图件的绘制、印制和地质矿产信息系统地建立等。地质工程遥感测绘是利用遥感技术，在计算机上进行相关地质信息的收集和计算，达到测绘目的的行为。由于遥感是非接触的、远距离的探测技术，其需要运用远距离的测绘手段测量相关地质信息。三维激光是指利用现代激光技术对地质工程在实际中的位置进行立体定位的技术。将三维激光技术应用到地质工程遥感技术测绘工作中，能够在远距离直接对地形进行测绘，减少了人力的参与，降低了复杂地形中人力测绘的风险性。同时，激光测绘还具备极高的精准度，在地质测绘中发挥着重要作用。

1 三维激光技术概述

三维激光技术是在地质工程遥感测绘中，采用激光采集地貌信息，并且成像的技术，其具备极高的精准度和科学性，在地质测绘作业中发挥着重要作用。激光技术主要是从三个方面进行地质的测绘，即空中扫描技术、地面扫描技术以及地下扫描技术三种。不同的扫描技术分别应用在不同的地质测绘工作中，对地质工程遥感测绘具有重要意义。

1.1 空中激光扫描技术

空中激光扫描技术是指利用无人机等高空作业设备，对地质规模较大、地形较为复杂以及在地面上难以进行测量的山体、大型建筑物以及河流走势等进行测绘的技术。地质工程遥感测绘需要将地形进行整体的测量，然后利于遥感技术进行成像，该过程需要对信息进行全方位的收集。

但是对诸如山体和河流等十分庞大的地形进行测绘时，难以在地面上收集到地形的全貌，此时，需要利用无人机，甚至航空航天卫星等设备，通过激光技术对地形进行三维立体形象的收集。简单来说，通过无人机或者是卫星等高空作业设备的激光系统进行大型地质测量，即空中激光扫描技术。

1.2 地面三维激光扫描技术

在地质工程遥感测绘技术中，基于三维激光的扫描还能够通过地面三维激光扫描技术对地形进行测绘。这种技术由传统的空间扫描技术变化而来，也是一种非接触性的地形测绘技术。该技术通过三维激光扫描仪器向需要采集信息的地形发射激光，并且反射回到收集装置[1]，其通过接收到的信息，测绘出地形的具体数据。这种技术普遍应用在建筑或者是规模适中的地形测量中，而且几乎全程由机器设备进行信息的收集和整理，避免了人力操作导致的失误，在精准度方面取得较大的提升。

1.3 地下三维激光扫描技术

在地形的测绘工程中，不只对地面地形进行测绘，有时还需要对地下地形进行测绘作业。在传统的地下测绘工作中，一般采用声波或者是人力进行测量，但是这两者均对地形造成一定程度的破坏，甚至对测绘人员的生命造成威胁。利用激光技术进行地质工程遥感测绘，能够通过光的反射对地下地形进行测量，不仅速度快，精准度高，还减少了人力测绘的参与度，避免了因地下情况复杂造成的测绘失误，或者是因地形坍塌对相关工作者造成的生命威胁。

2 三维激光在地质工程遥感测绘中的优势

2.1 数据较为全面，直观性较强

在现代的测绘遥感技术发展过程中，随着社会需要的增强，相关部门对遥感成像有了更高的要求。传统的测绘技术是二维成像，基于卫星定位系统采集到的数据立体性较差，难以直观地呈现相关地形。但是三维激光技术能够对物体进行全方位地测绘，提升了传统测绘的范围，并且直观地展现物体的三维。另一方面，激光技术是利用激光反射进行数据收集的技术，根据物体的不同反射率对其进行色彩的标注，将收集到的物体信息在成像的过程中进行颜色区分，极大程度上增强了地形的辨识度，给人一种直观性和真实性，可以达到现场复制般的效果。

2.2 科学性较强，保证了地形测绘的效率和质量

在传统的地质工程测绘遥感技术的地形测量环节，一般采用声波或者人力等方式进行测量，测量的时间最快在两秒左右，但对于地形较为复杂或者是规模较大的物体时，测量时间通常需要花费几分钟。但是在现代化的地形测量中，时间过长无法满足测绘工程的需要。通过激光技术进行测绘，可以有效地提升测绘的速度。相位式扫描仪的最高速度已经达到120万点每秒，脉冲扫描仪也已经达到了5万点每秒，大大提升了地质工程测绘遥感技术的效率。在成像的质量方面，由于具备极强的科学性，受环境影响较小，保障了质量。因此，基于三维激光的地质工程遥感测绘技术在效率上和质量上都有很大地提升。

2.3 增强了操作人员的安全性

传统的地形测绘技术，需要工作人员深入地形进行实地的考察，在一些危险的地形中，测绘人员需要冒着生命危险安装测绘设备。因为，为了提高操作人员的安全性，利用三维激光技术进行远距离的测绘，该技术属于非接触式的测量技术，仅需将相关装备安装在测量地点，实现自动收集相关信息，避免了人力的参与。

3 基于三维激光的地质工程遥感测绘技术

3.1 地形数据的采集

相关地形成像时，首先需要采集地形的各种信息。在三维激光技术的信息采集作业中，相关人员根据实际情况决定采集的方式和设备，对于工程量较大作业，如森林、山体等地形，利用无人机等设备持续地进行激光扫描，从而全面掌握地形信息；在小地形的测绘中，采用三维激光测绘仪器进行信息地收集，有效避免浪费资源和重复采集。同时，需要事先确立进行扫描点，借助点云数据，对相关信息进行收集。

3.2 地形数据的处理

在对相关的地质信息进行收集之后，通过计算机设备处理收集到的信息，进而将信息转化为地形图，以地形图的形式直观地反映地形信息，为后续的工作提供便利条件。在相关处理工作中，包括三个层面的处理，即信息除噪、信息匹配以及信息存储[2]。信息除噪：在信息收集的过程中，由于各种环境的影响，加上激光技术具备较强的收集能力，会将大部分的无用信息也进行收集。这些无用信息不止准确性较差，还会影响必要的信息，因此，需要利用拉普拉斯滤波法、双边滤波法以及等间距采样法进行信息除噪；信息匹配：指将各个点位收集到的信息在计算机上和实物进行配比，进而将地形的整体形象进行掌握。可以采用点石匹配等方式进行处理；信息存储：顾名思义，就是将收集到的信息进行储存。由于激光技术精确度较高，对信息的收集较为全面，需要对信息进行压缩之后，根据不同的类型进行存储，方便后续查找和使用。

3.3 利用相关软件生成等高线

在对相关的地形信息进行收集和存储之后，将相关信息导入专业的软件，通过专业软件生成等高线。但是三维扫描技术也存在一定的缺陷，比如，扫描的频率过于频繁，造成扫描结果密度较大，进而造成分布不均匀的现象，从而影响成像的质量。因此，在进行成像之前，需要生成等高线，保证信息的精准度。而此过程需要相关人员排除地形地势等因素的影响，并且结合实际的情况，在相关的技术软件中生成等高线，避免测绘中出现高度和密度的误差。

3.4 绘制成地形图

地形测绘的主要目的就是生成地形图，因此，三维激光地质工程遥感技术的最后一步是生成地形图。在生成地形图时，需要结合激光技术收集到的信息，并且在专业的软件上，精准地将地面物体实际图形与等高线图形进行匹配。如果在匹配的过程中，出现数据和实际情况不相符的情况，需要及时确认，并结合相关资料通过手动的方式进行修改和调整，保障绘制结果的真实性和精密性。