三维空间影像技术在地质工程中的综合应用

宗俊秀

（江苏省南京工程高等职业学校，江苏 南京 211100）

0 引言

随着科学技术的进一步发展，人们生活水平的不断提升，对于水利水电、矿山开采方面的要求也不断地提升。在实施工程建设之前需要对地质实施合理的勘察，获得大量的地质勘察信息，判断空间分布的形态，分析松动变形体规模等相关的内容。尤其是一些山区的工程项目，不仅任务繁重，并且开挖、支护、运渣等工序都会存在一定的困难[1]。例如：水电工程在建设之前，电站的选址基本上都是处于高陡边坡的环境当中，但是，在边坡开挖之前，就需要对这些结构信息实施合理的分析，并且探究其中的稳定性。像游玛尔挡水电站、西藏怒江流域罗拉、怒江桥电站等，坡高数百米，稍有差池，就会导致严重的后果出现，岩体结构调查显得特别的重要[2]。三维空间影像获取的摄影测量技术与传统的技术方式存在着较大的差异性。只有合理地使用这些三维数据并且完成信息的采集工作，那么才可以使用自身的优势，解决地质测绘中存在的难题。

1 三维空间影像数据获取

1.1 三维激光扫描点云数据获取

在实践过程中，应用三维空间影像技术，需要根据现场的情况踏勘，并且确定对应的范围，了解现场的情况，尤其是一些扫描机位点的位置，只有合理地整合内容，才可以满足当前的发展计划。之后，需要根据扫描的区域，确定对应的位置，并且合理地分析建筑物的目标遮挡关系，确定位点以后，设置坐标控制标靶。不管是相机参数，还是扫描的距离，都需要在高精度的基础上进行坐标测量工作。在直观的基础上，加大信息的配合程度，建立科学的耦合目标，满足信息细节的提取[3]。结合彩色信息的几何补充，加大彩色像素的叠加和建设，从三维的彩色点云数据，提高实际的应用性，建立可以操作的发展模式。数据需要由激光扫描仪获取采集，经软件的匹配叠加技术以后，即可生成网络模型。三维激光扫描设备机位点选择主要是现场踏勘、地形条件的勘测[4]。

1.2 三维激光扫描点云数据处理

在当前的发展路径中，会受到众多因素的影响，不仅会涉及到施工粉尘的问题，还会涉及到移动车辆、人员等方面的问题。此时，就需要结合实际，在后期将这些噪音点去除。使用云数据拼接的方式，转换为后期的云数据实施合理的处理。不管处理的方式如何，都需要结合实际的需要，分析需要处理的重点内容。三维点云数据的处理中，需要在多站点扫描数据拼接匹配的基础上，对三角面片模型化等实施合理的处理。信息被提取之后，就可以结合自己的需要，将相关的格式呈现出来。

1.3 数字近景摄影测量数据获取

结合实际分析被测物体及研究区域地形需要勘察的内容，掌握区域的边界问题，明确各个部分之间的逻辑关系。在搞清了分布的状况之后，进一步探究物体之间的遮挡关系。在初步的分析中，选择出合理拍摄路线。在现场结合实际的需要分析光线的时间变化，分析哪些地方在什么样的时间下阴影是多少，逆光的部分是多少，温度是多少等等，这些因素在很大程度上，都会影响勘测的效果[5]。在拍摄路线和规划的选择上，也需要达到一定的精准度，如果不能满足这个精准度，就会很难达到满意的效果，甚至还会出现测量失败的问题出现。在勘测的时候，需要选择地面的控制带，找到合适的后期坐标测量位置，在多站拍摄的基础上最大限度地控制拍摄的范围，加大区域的分布情况，保持整体的控制作用。对于便捷的位置，也需要找到一个合理的控制点，尤其是陡崖的顶部或者是底部的位置。

2 三维空间影像技术在地质工程中的综合应用

2.1 三维空间影像技术在地形测量中的应用

以往传统的的测量技术已经不能满足当前的发展需求，不仅细节性不足，并且精度也不能达到现代化的标准。三维空间影像技术开创了测绘新方法，并且在一些艰难险重的地形中，都可以将自身独有的优势性真实地呈现出来。此种方式不仅是为了实现数字化的测量，也是为了满足精读的发展目标。另外，还需要在三维的坐标数据下，加大数据的点击，合理地控制信息、粉尘、车辆噪音等信息[6]。在合理的处理下，解决实际的困难。不同比例尺地形图需要在点云数据的基础上，获得有效的抽稀与提取。在不同比尺地形图的测点间距选择上，可以根据数据点密度及特征点，获得关键性的依据，保持细节的精度建设。地形三维空间点云数据的地形图绘制，需要经抽稀、精简处理合成的坐标数据，保持合理的整合需要，根据断崖、河沟、陡崖等细节，保持一定的精准度，根据现实的需要，寻找合适的勘察方式[7]。三维点云数据中的地物测绘可以解决一些精度的问题，也可以解决空间形态的问题，保持一定的关注度。地形图等高线及地物匹配上，需要以点线面的方式，对三维的数据重新地提取，集合不一样的颜色，合理地统筹规划，保持可持续的发展路径。在不同的行业或者是不同的单位中，需要匹配的内容都不一样。地形图分幅的时候，需要结合自身的功能性，合理地统筹规划，保持地形三维模型的建立。Auto CAD 等高线文件快速三维模型化建设，首先需要检查等高线首曲线属性是否赋了高程值。高程信息无误后，设置视点，在3DMAx 软件中配置系统单位。选择IM1nspect 模块，用surfer软件生成三维模型数据。云地形数据处理过程需要经历三维点云数据的预处理、三维点云数据抽稀。例如：青海黄河拉西瓦水电站的三维激光扫描数据成图中，就是采样点间距小于10cm，通过数据处理生成1∶1000 地形等高线图。测距精度±（3+2×D）mm，将精度控制到合理的范围当中。甘肃省兰州市黄土滑坡群使用的是航空摄影测量的方式，采用的是旋翼无人机携带3600 万像素，重叠度超过60%。F射影像及三维空间影像数据可以将误差控制在10cm 以内，细节反映准确，并且满足了需要的清晰度。最终，生成地形图，对房屋、树木点云数据等以人工的方式进行剔除，拼成全图，经处理后，即可达到1∶1000的精准度。

2.2 三维空间影像技术在岩体结构地质编录中的应用

对复杂施工场地、高陡边坡等，需要合理地统筹规划，保持很好的精准度，解决安全度不足的问题。三维点云数据“刻画”需要在物体的空间感中，精确到一定厚度的“带”。识别这个“面”，分析断层的问题，提出地质体的空间感。探究自身的表现方式，分析提取困难的问题，不是固定在一个形式当中，需要在合理的三维空间控制点上，合理地对现场的照片实施对比，保持信息的有效识别。结构面几何形态判识分析两组陡倾和一组中等倾角的结构面。主要使用的是“三点”拟合结构面，多点拟合结构面法，人工干预的半自动结构面识别方法，计算机自动搜索识别结构面方式来实施和进行的。例如：锦屏I 级水电站左岸拱，就是使用三维激光扫描数据的方式，进行锚索支护施工的有效探究。先进行结构面迹线空间位置获取，还可以使用构面产状获取方式。岩体结构出露特征明显，可以达到精确的信息化获取，并且满足彩色信息的合理化建设。可以在扫描点云数据上，分析空间多义线，方法简单实用，出露清晰，加大数据的识性。还可以使用数据照片或者是结合三维点的耦合匹配，获得结构面的识别与提取。此种方式比较适合复杂的地质条件下使用，并且还可以应用三维激光扫描系统的方式，提升工作的效率，保持一定的精准性。在当前，可以直观地看到，水电、公路、铁路山区当中都会有所涉及到，并且具备了有效的发展前景。

2.3 三维空间影像技术危岩体调查应用

三维空间影像技术在地质测绘的应用中，需要从崩塌、滑坡、泥石流、隧道等视角，合理地统筹规划，加大基础建设，保持可持续的发展路径。在危岩体的识别与提取上，先分析空间分布位置及边界范围，根据危岩体几何尺寸的量测，获取危岩运动路径的断面形态，为防治措施选择、选址提供依据性。由于砂岩的激光发射率高，可清晰分辨软弱层的空间位置。克服罗盘测量的“以点带面”的缺陷，拟合平面解译结构面，为危岩的定性提供了可靠依据。滑坡调查的基本内容是地形图件的快速生成，滑坡裂缝发育分布特征调查，滑坡边界及分区的确定，滑坡体积测量，滑坡不利结构面调查，滑坡勘察图件的快速生成。在滑坡应急抢险的实践中，“5.12 汶川地震”中就是使用三维激光扫描技术的方式，建立了抢险救灾的治理工作。整个都汶路沿线重大地质灾害隐患点众多，三维激光扫描技术的应用可以获得更多的灾害隐患点数据信息，提高人员的安全程度。

3 结束语

随着科技的进步，三维空间影像技术在地质工程中得到综合应用，需要合理地统筹发展，实现高精度、无接触获取物体三维空间点云坐标数据建设。在不一样的空间位置中，需要使用不同的应用方式，控制对应的精确度。整合地形三维模型的建立方法，提取的岩体结构面的平面方程，加大地质灾害调查，展现自身先进的技术优势，弥补传统的不足，并且展现更加广阔的发展空间。