三维激光扫描技术在边坡监测中的应用

三维激光扫描技术在边坡监测中的应用

王建坤  

重庆科创土地勘测规划设计有限公司  400039

摘要：我国地质条件较为复杂，滑坡等自然灾害频繁发生，因此，项目工程建设中需要加强测绘测量工作，才能保障工程安全。三维激光扫描技术是一种新型的测绘技术，在边坡监测中有着显著的应用优势，能够有效提升边坡监测精度和效率，降低人力成本，并充分保障作业人员的安全。本文对三维激光扫描技术在边坡监测中的应用进行了分析，以供参考。

关键词：三维激光扫描技术；边坡监测；应用

在社会经济发展中，人类的生产建设活动难免会对自然或人工边坡造成扰动，甚至可能造成严重的坡体滑移，进而引发人员伤亡。因此，在相关工程建设中，就一定要重视边坡监测工作，加强监测反馈信息分析，认真分析反馈信息情况，了解边坡中存在的问题与安全隐患，提出相应解决办法，才能充分保障工程建设的顺利进行。目前，边坡监测主要以检测设备为主，人工监测为辅，三维激光扫描技术有着采集范围大、距离远、数据密度大、连续性高等优点，突破了传统点对点的监测限制，有效提升了边坡监测水平，能够有效预防相关工程滑坡问题的发生，进而充分保障工程项目的安全性。

1、三维激光扫描技术相关理论

1.1基本工作原理

三维激光扫描技术能够进行非接触测量，不仅扫描速度快，空间分辨率也较高，与传统监测技术相比，三维激光扫描技术有着更加显著的应用优势。比如在远距离测量工作中，主要采用的是脉冲测距方法，结合高速激光测量，即可完成测量工作。采用脉冲测距方法，还可以记录激光发射中单点激光数据与回波信号值，其中的光速计算功能，可以对测量目标与扫描器之间的实际距离进行精准的计算，计算公式为：

            （1）

式（1）中，S表示发射器与接收机之间的距离；C表示激光速度；t表示往返时间间隔。此外，还有相位测距法、激光三角测距法等，结合扫描仪位置与被测对象点坐标，即可实现短距离的精准测量，这一测量距离只有几十米，但测量精度达到亚毫米级别，可以实现对被测对象尽心精细化的测量。

在三维激光扫描技术实际应用中，还需重建模型，通过对点云数据进行处理，然后构建相应的三维模型，以此来分析和重建点云曲面，最后构建具体的建点云模型，并连接真实物体形态，这样才能充分保障三维激光扫描技术的有效应用。简单来讲，为保障三维激光扫描技术应用效果，就一定要确保外业数据采集与内业数据处理到位，并要对点云数据进行滤波、拼接和精简，做好相关工作，才能完成曲面重建。

1.2测量技术优势

三维激光扫描技术在实际应用中有着显著的优势，由于这一测量技术可以进行非接触测量，因此，测量计算更加安全。在具体的测量工作中，三维激光扫描技术不需要使用反射棱镜，主要是这一技术对测量进行扫描时，并不对表面进行全面处理，而是在一定距离内，采集相应物体表面三维数据，可以充分保障数据采集精度，并保证数据的真实性与有效性[1]。在部分测量任务中，由于环境较为危险，因此，测量人员就需要采用非接触测量方法。三维激光扫描技术应用中，其数据点密度较高，主要是这一技术采用的是脉冲式激光测量方法，测量过程中，采样点位速率达到万点/s，点间距离则能够达到分米级。在三维激光扫描技术中的相位激光测量方法，测量采样点速率则能够达到百万点/s，点间距离则能够达到厘米级，监测人员可以对相应边坡的各个细节部位进行更好的监控。

2、三维激光扫描技术在边坡监测中的具体应用

2.1边坡监测作业流程

三维激光扫描技术在边坡监测中的具体应用中，需要按照相关作业流程开展作业，具体作业流程为：（1）方案制订。监测人员需要分析现场特点，结合监测作业目的，制订合理的作业方案，以确保外业数据获取与内业数据处理相关工作的顺利开展；（2）外业测量。在外业测量中，需要进行控制测量，并要能够快速获取三维点云数据，可以预先进行控制测量，或者与点云数据的获取同步进行。点云获取需要按照制订的测量方案进行，同时，还要根据各扫描站拼接要求确定设站位置与靶标放设，要注意优化拼接网形，并要尽可能的提升扫描覆盖率；（3）数据预处理。在完成数据采集作业后，需要将相关数据导入专业处理软件。由于外业采集容易受到非边坡目标与目标表面杂物反射影响，因此，还需进行去噪处理，以剔除其中的错误数据。重采样主要是对点云数据集抽稀，确保点位分布密度的合理性，并减少数据量。点云配准过程中，需要通过靶标拼接，将多站测量数据统一在某一测站坐标系下，然后将其转换为控制坐标系；（4）数据处理与分析。在数据预处理完成后，需要采用专业处理软件将相应数据构建为不规则三角网等数据模型，然后对相关数据进行有效的分析。在具体分析中，可以按照面对面或点对点的方式进行对比，然后从定性或定量角度分析边坡监测数据，即可得出相应监测结论。

2.2后期数据处理

三维激光扫描技术应用中，一定要做好后期数据处理工作，在外业数据获取与内业数据处理中，需要严格按照相关要求处理数据，才能保障监测数据处理与分析的科学性、有效性。后期数据处理中，需要以统一软件、同一坐标系统处理，并要按照相应控制点将每次扫描的数据融合，然后与同一坐标系统进行对比。还需剔除所扫描的噪音数据，然后处理好边坡点云数据

[2]。在土质边坡监测中，需要根据相应支护框架结构变形情况，确定边坡位移，若缺乏稳固的支护框架结构，就需要添加一定的控制点。石质边坡监测中，需要重点监测边坡突出部位和浮石，构建实体模型后，计算模型重心，然后进行对比分析。

2.3边坡监测预警

三维激光扫描技术应用中，需要加强各个边坡各时段观测数据整理，通过对相应监测数据进行分析，确定相应区域边坡变化特点，并计算出边坡变化中的变形值与边坡位移量，根据具体情况，确定位移最大值，然后进行上报，一旦超出最大值，就可进行预警，这样可以对边坡位移进行准确的监测，进而防止造成过大的损失。

2.4监测频率调整

在边坡监测中，三维激光扫描技术应用中，相应监测频率需要根据相关技术规定、气候环境及周边条件等进行调整，才能充分保障相应监测数据与实际情况相符[3]。边坡监测中，一定要结合实际情况，合理安排监测活动，如果相应工程遇到气候环境变化，需要根据气候情况，重新调整监测频率，同时，还要加强边坡地质情况分析，以进一步完善边坡监测数据，保证边坡监测数据的全面性与完整性。

3、结语

当前，三维激光扫描技术在边坡监测中有着广泛的应用，这一技术克服了传统边坡监测中单点不连续、反映不全面的局限性，能够更加真实的展示边坡的具体情况，结合常规测量手段，可以为边坡稳定性提供全面的数据基础，进而充分保障边坡的为稳固性。

参考文献

[1]刘斌,李树文,隋俭武,朱君.基于格网点的三维激光扫描技术在边坡监测中的应用[J].北京测绘,2022,36(09):1177-1181.

[2]刘辉.三维激光扫描技术在海岛边坡监测中的应用[J].经纬天地,2020(06):49-52.

[3]马生龙,申成锋.三维激光扫描技术在矿山开采边坡形变监测中的应用[J].中国锰业,2020,38(03):91-93.