三維空間影像技術在地質工程中應用
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摘要：三維空間影像技術是地質工程勘察的基礎，傳統理念下的地質工程調查不能滿足當前的發展需要，不但工作量大、效率較低，并且精確性不高。在實踐中，只有及時、準確地獲得地質災害點的基本地質信息才可以快速有效地解決技術難題。三維空間影像技術可以完成遠距離、無接觸、高精度的地質勘測。因此，本文立足實際，分析三維空間影像數據獲取與處理方法，提高應用性。
關鍵詞：三維空間影像技術；地質工程；綜合應用
0引言
隨著科學技術的進一步發展，人們生活水平的不斷提升，對于水利水電、礦山開采方面的要求也不斷地提升。在實施工程建設之前需要對地質實施合理的勘察，獲得大量的地質勘察信息，判斷空間分布的形態，分析松動變形體規模等相關的內容。尤其是一些山區的工程項目，不僅任務繁重，并且開挖、支護、運渣等工序都會存在一定的困難[1]。例如：水電工程在建設之前，電站的選址基本上都是處于高陡邊坡的環境當中，但是，在邊坡開挖之前，就需要對這些結構信息實施合理的分析，并且探究其中的穩定性。像游瑪爾擋水電站、西藏怒江流域羅拉、怒江橋電站等，坡高數百米，稍有差池，就會導致嚴重的后果出現，巖體結構調查顯得特別的重要[2]。三維空間影像獲取的攝影測量技術與傳統的技術方式存在著較大的差異性。只有合理地使用這些三維數據并且完成信息的采集工作，那么才可以使用自身的優勢，解決地質測繪中存在的難題。
1三維空間影像數據獲取
1.1三維激光掃描點云數據獲取
在實踐過程中，應用三維空間影像技術，需要根據現場的情況踏勘，并且確定對應的范圍，了解現場的情況，尤其是一些掃描機位點的位置，只有合理地整合內容，才可以滿足當前的發展計劃。之后，需要根據掃描的區域，確定對應的位置，并且合理地分析建筑物的目標遮擋關系，確定位點以后，設置坐標控制標靶。不管是相機參數，還是掃描的距離，都需要在高精度的基礎上進行坐標測量工作。在直觀的基礎上，加大信息的配合程度，建立科學的耦合目標，滿足信息細節的提取[3]。結合彩色信息的幾何補充，加大彩色像素的疊加和建設，從三維的彩色點云數據，提高實際的應用性，建立可以操作的發展模式。數據需要由激光掃描儀獲取采集，經軟件的匹配疊加技術以后，即可生成網絡模型。三維激光掃描設備機位點選擇主要是現場踏勘、地形條件的勘測[4]。
1.2三維激光掃描點云數據處理
在當前的發展路徑中，會受到眾多因素的影響，不僅會涉及到施工粉塵的問題，還會涉及到移動車輛、人員等方面的問題。此時，就需要結合實際，在后期將這些噪音點去除。使用云數據拼接的方式，轉換為后期的云數據實施合理的處理。不管處理的方式如何，都需要結合實際的需要，分析需要處理的重點內容。三維點云數據的處理中，需要在多站點掃描數據拼接匹配的基礎上，對三角面片模型化等實施合理的處理。信息被提取之后，就可以結合自己的需要，將相關的格式呈現出來。
1.3數字近景攝影測量數據獲取
結合實際分析被測物體及研究區域地形需要勘察的內容，掌握區域的邊界問題，明確各個部分之間的邏輯關系。在搞清了分布的狀況之后，進一步探究物體之間的遮擋關系。在初步的分析中，選擇出合理拍攝路線。在現場結合實際的需要分析光線的時間變化，分析哪些地方在什么樣的時間下陰影是多少，逆光的部分是多少，溫度是多少等等，這些因素在很大程度上，都會影響勘測的效果[5]。在拍攝路線和規劃的選擇上，也需要達到一定的精準度，如果不能滿足這個精準度，就會很難達到滿意的效果，甚至還會出現測量失敗的問題出現。在勘測的時候，需要選擇地面的控制帶，找到合適的后期坐標測量位置，在多站拍攝的基礎上最大限度地控制拍攝的范圍，加大區域的分布情況，保持整體的控制作用。對于便捷的位置，也需要找到一個合理的控制點，尤其是陡崖的頂部或者是底部的位置。
2.1三維空間影像技術在地形測量中的應用
以往傳統的的測量技術已經不能滿足當前的發展需求，不僅細節性不足，并且精度也不能達到現代化的標準。三維空間影像技術開創了測繪新方法，并且在一些艱難險重的地形中，都可以將自身獨有的優勢性真實地呈現出來。此種方式不僅是為了實現數字化的測量，也是為了滿足精讀的發展目標。另外，還需要在三維的坐標數據下，加大數據的點擊，合理地控制信息、粉塵、車輛噪音等信息[6]。在合理的處理下，解決實際的困難。不同比例尺地形圖需要在點云數據的基礎上，獲得有效的抽稀與提取。在不同比尺地形圖的測點間距選擇上，可以根據數據點密度及特征點，獲得關鍵性的依據，保持細節的精度建設。地形三維空間點云數據的地形圖繪制，需要經抽稀、精簡處理合成的坐標數據，保持合理的整合需要，根據斷崖、河溝、陡崖等細節，保持一定的精準度，根據現實的需要，尋找合適的勘察方式[7]。三維點云數據中的地物測繪可以解決一些精度的問題，也可以解決空間形態的問題，保持一定的關注度。地形圖等高線及地物匹配上，需要以點線面的方式，對三維的數據重新地提取，集合不一樣的顏色，合理地統籌規劃，保持可持續的發展路徑。在不同的行業或者是不同的單位中，需要匹配的內容都不一樣。地形圖分幅的時候，需要結合自身的功能性，合理地統籌規劃，保持地形三維模型的建立。AutoCAD等高線文件快速三維模型化建設，首先需要檢查等高線首曲線屬性是否賦了高程值。高程信息無誤后，設置視點，在3DMAx軟件中配置系統單位。選擇IMlnspect模塊，用surfer軟件生成三維模型數據。云地形數據處理過程需要經歷三維點云數據的預處理、三維點云數據抽稀。例如：青海黃河拉西瓦水電站的三維激光掃描數據成圖中，就是采樣點間距小于10cm，通過數據處理生成1∶1000地形等高線圖。測距精度±(3+2×D)mm，將精度控制到合理的范圍當中。甘肅省蘭州市黃土滑坡群使用的是航空攝影測量的方式，采用的是旋翼無人機攜帶3600萬像素，重疊度超過60%。F射影像及三維空間影像數據可以將誤差控制在10cm以內，細節反映準確，并且滿足了需要的清晰度。最終，生成地形圖，對房屋、樹木點云數據等以人工的方式進行剔除，拼成全圖，經處理后，即可達到1∶1000的精準度。
2.2三維空間影像技術在巖體結構地質編錄中的應用
對復雜施工場地、高陡邊坡等，需要合理地統籌規劃，保持很好的精準度，解決安全度不足的問題。三維點云數據“刻畫”需要在物體的空間感中，精確到一定厚度的“帶”。識別這個“面”，分析斷層的問題，提出地質體的空間感。探究自身的表現方式，分析提取困難的問題，不是固定在一個形式當中，需要在合理的三維空間控制點上，合理地對現場的照片實施對比，保持信息的有效識別。結構面幾何形態判識分析兩組陡傾和一組中等傾角的結構面。主要使用的是“三點”擬合結構面，多點擬合結構面法，人工干預的半自動結構面識別方法，計算機自動搜索識別結構面方式來實施和進行的。例如：錦屏I級水電站左岸拱，就是使用三維激光掃描數據的方式，進行錨索支護施工的有效探究。先進行結構面跡線空間位置獲取，還可以使用構面產狀獲取方式。巖體結構出露特征明顯，可以達到精確的信息化獲取，并且滿足彩色信息的合理化建設。可以在掃描點云數據上，分析空間多義線，方法簡單實用，出露清晰，加大數據的識性。還可以使用數據照片或者是結合三維點的耦合匹配，獲得結構面的識別與提取。此種方式比較適合復雜的地質條件下使用，并且還可以應用三維激光掃描系統的方式，提升工作的效率，保持一定的精準性。在當前，可以直觀地看到，水電、公路、鐵路山區當中都會有所涉及到，并且具備了有效的發展前景。
2.3三維空間影像技術危巖體調查應用
三維空間影像技術在地質測繪的應用中，需要從崩塌、滑坡、泥石流、隧道等視角，合理地統籌規劃，加大基礎建設，保持可持續的發展路徑。在危巖體的識別與提取上，先分析空間分布位置及邊界范圍，根據危巖體幾何尺寸的量測，獲取危巖運動路徑的斷面形態，為防治措施選擇、選址提供依據性。由于砂巖的激光發射率高，可清晰分辨軟弱層的空間位置。克服羅盤測量的“以點帶面”的缺陷，擬合平面解譯結構面，為危巖的定性提供了可靠依據。滑坡調查的基本內容是地形圖件的快速生成，滑坡裂縫發育分布特征調查，滑坡邊界及分區的確定，滑坡體積測量，滑坡不利結構面調查，滑坡勘察圖件的快速生成。在滑坡應急搶險的實踐中，“5.12汶川地震”中就是使用三維激光掃描技術的方式，建立了搶險救災的治理工作。整個都汶路沿線重大地質災害隱患點眾多，三維激光掃描技術的應用可以獲得更多的災害隱患點數據信息，提高人員的安全程度。
3結束語
隨著科技的進步，三維空間影像技術在地質工程中得到綜合應用，需要合理地統籌發展，實現高精度、無接觸獲取物體三維空間點云坐標數據建設。在不一樣的空間位置中，需要使用不同的應用方式，控制對應的精確度。整合地形三維模型的建立方法，提取的巖體結構面的平面方程，加大地質災害調查，展現自身先進的技術優勢，彌補傳統的不足，并且展現更加廣闊的發展空間。
作者:宗俊秀 單位:江蘇省南京工程高等職業學校
