三维建模技术在地质灾害勘查中的应用

时间：2024-10-27

杨长金

（贵州有色地质工程勘察公司，贵州贵阳 550005）

1 关于三维建模技术的相关概述

借助正确的模型来，来对事物进行描述并对其各种属性进行展现，是目前对事物自身发展于运行规律进行探索研究的重要方法和手段。不仅是在科学领域还是在应用领域，针对性地进行三维建模研究，都是一个逐渐兴起的新兴领域，针对现实世界进行模拟建模，则是依照不同研究重点和目标，基于数字空间，来再现事物形状以及材质和运动属性等。伴随现代数字化仪器与设备的快速发展与普及应用三维建模技术也获得了很大发展，逐步改变了发展初级阶段费时费力手动几何建模的不足，发展到基于计算机技术，三维扫描仪以及绘制（IBMR）和基于图像建模等各种方法内在关联的三维建模技术手段。建模对象也发生了很大改变，打破了过去简单的几何体建模，逐渐发展至人脸，肢体以及发丝等建模，还可以进行流体模拟，目前在各个领域当中，三维建模技术应用越来越普遍，尤其是在地质灾害勘查工作当中，三维建模技术具有的优势与作用更加凸显。基于此，下文结合实践，主要探讨分析地质灾害勘查当中三维建模技术的应用。

2 三维信息获取

在获取模型数据过程中，要对模型物体外观数据进行获，掌握其长度以及深度等各种信息数据，依照研究领域的不同以及不同需求，获取的方法和类型也存在非常大的不同，所以运用的设备也存在很大不同，数据建模过程更有差异性。如针对海底地形开展三维建模，难以通过常规手段来对地形数据进行获取，应当利用卫星海洋地形和声纳等手段对相关信息进行获取，有研究者认为，水下地形三维数据获取过程当中，生那照相机系统，可以对水下地形以及环境模型实时的获取。

测量被测物体外观尺寸，从整体层面来看有接触和非接触测量的区别。对于接触式测量而言，主要涉及运用卷尺这种传统手段开展测量工作，同时也可运用测量机（CMM）进行测量，其测量精度很高，能够达到20 微米的水平，在机械工程领域当中这种测量方法也是应用最为普遍的方法之一。但是接触式测量效率非常低，而且存在很大的误差。CMM测量机虽然有着较高的测量精度，然而这一系统却属于非移动系统，在一个平台上固定安装，因此在被测物体上有着很大的限制性[2]。

随着现代计算机图形技术以及声学、视觉光学技术的普及应用，相关设备也获得了很大的发展，非接触测量技术也有了巨大提升，使模型获取手段更加丰富。如三维激光扫描技术就是一种重要的非接触测量方法，同时还有全站仪其精度都非常的高，另外还有近景摄影测量系统达到1:10万的精度，另外还有结构光系统。

3 控制测量

在此次项目当中，控制测量是最基础的工作，前期阶段应当对测区信息资料展开全面的分析和研究，有和掌握分布的控制点测区覆盖的水准点和国家等级高程点，通过实地踏勘，了解和掌握其是否可用，复核坐标系统测量的成果，保证正确性的测量起算数据，基于控制点前提下，并依照规范要求对图根点合理布，以确保后期阶段更好地监测地形变化与测图需要。

（1）平面、高程控制测量。依照项目实际，对测区周围c级GPS控制点进行外业收集，对整个测区位置覆盖，仅仅需要对图根级控制进行布设，运用获取的控制点，借助中海达RTK对相关数据进行采集，并被有关参数求解，依照需求对图跟控制点合理布设。

同时进行高程控制及平面控制等测量工作，将获取的控制点正常高数据以及通过实际测量获取的大地高同名点数据，运用GPS 进行高层拟合，来有效处理高程数据。

3.进行单因子试验。（1）固液比对葛根素含量的影响：提取温度28°C，提取时间16h，酵母质量分数0.3%；（2）提取时间对葛根素含量的影响：固液比0.143，提取温度28°C，酵母质量分数0.3%；(3)提取温度对葛根素含量的影响：固液比0.143，提取时间16h，酵母质量分数0.3%；(4)酿酒酵母质量百分含量对葛根素含量的影响：固液比0.143，提取时间16h，提取温度28°C。

（2）图根控制测量。基于控制测量前提下布设图根测量，采用GPS—RTK 测量图根点密度，每幅设置1～2 个控制点，运用埋石以及钢钉作为临时性的标志，并进行T01、T02 标号，具体的技术要求参见表1。

4 三维激光扫描测量

三维激光扫描技术作为一种先进的测量技术手段，又有实景复制技术之称，该项技术是GPS 技术之后测绘领域新的技术革命，该项技术打破了单点测量的方法，具有非常高的应用效率，而且具有非常高的精度，测量过程当中不必于物体接触，利用此项技术可以对物体表面三维点云数据开展扫描测量，所以通过此项技术可以获得具有较高分辨率，且精度较高的数字地形模型。在地质环境勘查过程当中以及治理地质环境过程当中，三维激光扫描技术有着非常普遍的应用，此项技术的应用不仅使相关工程效率得到大幅提升，而且还能精准的测量崩塌危岩体，使项目运行过程当中成本投入以及人员投入大幅降低，极大地增强了项目利润[3]。

表1 GPS- RTK 图根控制点测量技术要求

4.1 外业数据采集

地形测量过程中，应当将测区的地貌地形充分反映，通过测绘技术应用，如航空摄影测量技术，主要应用于测区为山地的地形类别进行测量。外业实测通常运用于地势平坦测区面积较小的测量。伴随测绘技术的高速发展，特别是平板电子测绘系统快速推进，小区域测绘工作开展过程中，能够进行内外一体化作业，有问题出现时，采取有效措施及时改正，使作业效率大幅提升，这是今后地形测量重要的发展趋势。此次采集外业数据过程当中，主要运用GPS-RTK 与三维激光扫描技术充分结合，来采集野外数据，地形地貌特征线通过外业精确地进行采集，并记录好草图，更好的进行内业编辑。运用RI EGL VZ-1000 型三维激光扫描仪开展扫描工作，这种设备主要运用实时全波形数字处理技以及回波技术，每秒钟纤细激光束发射多达300000 点，角分辨率非常的高，约有1400m 有效测程。坐标经三维激光扫描仪进行扫描的，应当在实际坐标体系当中进行归算，主要运用的方法包括，标靶拟合法以及后视定向法。

此工程测量过程当中，根据需要对两种方法合理选择。如第一种方法，运用三维激光扫描仪测量过程当中，坐标应当选择全站仪和标靶坐标测量相配合，具体操作过程为：

（1）将三维扫描仪器任选一处进行架设，同时对三个以上标靶进行布设，为了确保其精度，相距5m的三维扫描仪器设置标把位置。

（2）标靶坐标运用GPS RTK 开展测量，并发挥三维扫描仪，对地形点坐标进行扫描，并精确扫描标靶坐标，使其精确坐标，准确获取。并通过标靶拟合手段，在坐标系中转换三维激光扫描仪器的扫描坐标，通过专业软件去除点云数据当中各种多余点云，经相应处理之后，制作点云数据图。数据将三维激光扫描仪进行获取时，要确保测站测量范围共用部分充足性，确保转换之后的坐标能够检核测量数据质量，保证数据正确性。

4.2 内业数据处理

4.2.1 三维激光扫描数据处理

后期数据处理过程当中运用三维激光扫描仪RIGEL 专业数据处理软件RiScan PRO 来处理相关数据，此次共进行730 站扫描仪测量架设，424 个扫描反射片，拼接数据精度过程中，主要运用256 个，误差误差满足设计要求。

（1）在软件当中导入RTK 获取的靶片坐标，通过标靶拟合手段，转换三维激光扫描仪坐标，使其成为工程坐标系。

（2）点云数据当中多余点云通过专业软件进行去除，并经过相应处理，能够有效地处理点云数据进行建模。

（3）将数据导入AutoCAD Civil 3D 软件，并构建曲面模型，运用PENZ(逗号分隔)软件格式自动进行模型生成，并进行相应处理，完成处理之后对于高程点以及等高线进行提取。

4.2.2 地形图编辑处理

按照图示要求，合理的取舍地貌、地物不同要素表示方法，保证成果的通用性，一致性以及精准性，处理编辑图形过程中，运用南方大比例尺地形图编辑软件开展编辑之后进行成图。

5 数据质量控制

控制成图质量，认真遵循一级验收，二级检查制度，项目部门对检查工作负责，作业组开展自检以及互检，同时加强院级检查，达到100%的详查比例，质检科对最终检查负责，各项检查工作的开展都有专职人员来完成，保证检查质量，认真做好验收工作，依照GB／T 24356—2009《测绘成果质量检查与验收》规定检查验收相关内容。