摘要：滑坡等类型的地质灾害对现代社会的影响较为明显，在经济和居民安全双方面危害社会安全。而地质灾害的形成以及发展涉及到众多的方面，难以全面的掌握地质灾害其发生规律，给地质灾害的预防带来了影响。现代地质问题研究领域常会采用三维激光类型的监测方式对滑坡等地质变化进行研究。
关键词：三维激光扫描技术；滑坡监测；地质灾害
一、三维激光扫描技术应用原理
结合不同的扫描位置、角度分析，三维激光扫描仪主要包括：车载型、地面型、手持型三类。用于滑坡监测的三维激光扫描技术应用主要是“地面型”，进一步细分，其一为移动式扫描系统，其二为固定式扫描系统。移动式扫描系统以车辆为搭载工具，包括GPS天线、数码摄像机、传感器、距离测量器等工具，其优势在于可以实现连续扫描，又具备POS系统直接获取地理坐标的优点。但由于设备十分昂贵，并不适合广泛普及；固定式扫描系统在滑坡监测应用中较为常见，主要的系统部分为数码相机、三维激光扫描仪和控制软件系统。但由于它需要在多个固定点采集数据，所以最终数据呈现是拼接形式，并且缺乏POS系统无法获得地理归化三维坐标体系。
二、三维激光扫描技术优势
三维激光扫描技术（3DLa⁃serScanningTechnology）是一种先进的全自动高精度立体扫描技术，可以快速地获得被测物体表面密集的、全面的、关联的、连续的三维坐标数据及影像数据，因此也被称为“实景复制技术”。与基于全站仪或GNSS的变形监测相比，三维激光扫描技术数据采集效率较高，采样点数数量级增多，形成了一个基于三维数据点的离散三维模型数据场，这能有效地避免以往基于变形监测点数据的应力应变分析结果中所带有的局部性和片面性（即以点代面分析方法的局限性）；与基于近景摄影测量的变形监测相比，尽管三维激光扫描技术无法像近景摄影那样形成基于光线的连续三维模型数据场，但比近景摄影具有更高的工作效率，并且后续数据处理也更容易，能快速准确地生成监测对象的三维数据模型。这些技术优势决定了地面激光三维扫描技术在变形监测领域将有着广阔的应用前景。
三、三维激光扫描技术应用现状
结合国内外研究现状，三维激光扫描技术被誉为继GPS技术之后的最先进测绘科学，它引领测绘领域进入全新技术“革命时代”。一方面，通过三维激光扫描技术应用，可以快速获取精确的数据，并直接实现扫描对象的计算机建模，因此也被称之为“实景复制”技术。另一方面，由于该技术通过扫描表面获得的是实物“三维数据”，所以每一个点（xi，ym，zn）都是直接获得，在后期不需要做复杂处理即可使用，并最大限度保障了数据真实性、可靠性和完整性。一个完整的三维激光扫描系统包括：激光扫描系统、激光测距系统、CCD相机、校正系统及仪器设备控制系统等。基于滑坡监测的地面扫描特征，还需要便携式电源、笔记本、三脚架等设备。具体工作中，整个系统基于同一操作平台下，通过软件支持实现多种、多个传感器集中管理，较为典型的滑坡监测应用，如2003年奥地利Rigel公司利用LMS-Z420三维激光扫描仪对阿尔卑斯山冰川的监测，Optech公司利用ILRIS-3D激光扫描系统+GPS技术进行的MIAGE冰川北部进行的监测。
四、三维激光扫描技术在滑坡监测中的应用
1、工程概况
2017年8月8日四川省北部阿坝州九寨沟县发生7.0级地震，在地震作用下直接引发或诱发了大量的崩塌滑坡等次生地质灾害，对山区的城镇、交通设施、水利水电设施、通讯设施、旅游风景等造成了极为严重的破坏，给灾区救援和灾后重建带来极大地困难。
本工程监测的山体是九寨沟县某座山体，对山体进行监测和治理迫在眉睫，由于我们根本无法在其发生之前准确的预报该滑坡何时何地且以多大的强度发生，灾害发生之后必须进行长期重复性的监测，才能够帮助治理并预防灾害。滑坡监测是预防灾害的重要手段，监测的目的是为了避免灾害再次发生。
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2、三维激光扫描技术的具体应用
2.1点位布置
根据监测区特点以及周边状况，在监测影响范围外、视野开阔通视条件良好的稳定区域布设一组控制点，将连接靶球的螺丝钉用水泥固定在地面上。为了方便多期数据进行比较，选择一个稳定的测站点，要求测站点与山体之间没有太多障碍物，同时保证仪器与山体的距离满足扫描仪的扫描档位要求，便于进行拼接。
2.2点云数据处理
2.2.1点云拼接
点云拼接是点云数据处理的关键，需要将各站点扫描得到的多景数据拼接成一个整体，点云数据拼接在RiSCANPRO扫描数据处理软件中进行。借助GPS在独立坐标系中实地测量控制点的坐标，将GPS控制测量观测的坐标点输入点云数据，把各个站点的局部坐标统一到一个固定的坐标系中，实现多个角度扫描的多视点数据合成一个完整的三维边坡。
2.2.2数据过滤
三维激光扫描过程中会产生大量的点云数据，包括点云中的噪音点。点云数据过滤的目的是降低点云密度，同时过滤点云数据中的噪音点，减少数据量，提高后期建模与运算速度。点云过滤只是对扫描的杂点进行了剔除，并未对数据进行修改，也未降低数据精度。
2.2.3植被去除
三维激光扫描点云数据不仅包括地表信息，还包括地表以上的植被等信息。使用RiSCANPRO扫描数据处理软件中的植被去除功能，将地表以上的植被进行过滤，本次使用“Filterdata”工具，选择0．2m范围内取最低点的方法过滤植被，过滤后的扫描数据仅有地表信息，以消除植被对后期构建DEM模型的影响。
2.3变形部分的识别
对地质区域内的变形部分进行识别，三维激光类型地质扫描分析技术与全站类型扫描技术和GPS类型测量技术相比，需要进行更多的处理。在使用GPS类型或全站类型测量技术的时候，由于这两种监测技术有清晰而明确的监测点，所以就能直接测量出地质变形部分的变形量。相比之下，三维激光类型地质扫描方式每次所选择的具体扫描点都会存在偏差。为了提取出三维激光类型地质扫描技术获得的数据模型，每次分析的时候都要从扫描云数据当中找到相应的点，以此为基础建立良好的数据模型。
在实际选取变形检测块的阶段中，包含两种处理方式。一种是自然类型的监测块，另一种为人工类型监测块。在检测地段的表面部分有时候会存在大量分布不规则的岩石块，由于这些岩石块其表面有较强的放射性，因此也就能较为容易的将这些岩石块识别出来，并当做监测块使用。而如果监测目标区域中积土较多，导致能被利用到的监测块数量较少，工作人员会采用人工设置监测块的方式，并且在选择相应监测块的时候主要以简单便捷、造价成本低、辨识度高作为变形程度监测块的选择标准。
2.4数据分析
通过对山体进行多期数据监测，确定适合九寨沟地区震后滑坡灾害的监测方法和手段，通过对监测数据分析，寻找滑坡监测的原因，制定预防方案，为震后滑坡山体灾害的研究提供有效的理论依据和参考依据。
结束语
综上所述，滑坡的发生具有不确定性，三维激光扫描技术的快速发展为滑坡的变形监测提供了一种新的解决方案，在滑坡的精细化监测及应急监测中具有良好的应用前景。
参考文献：
[1]徐进军，王海城，罗喻真，等.基于三维激光扫描的滑坡变形监测与数据处理[J].岩土力学，2010，31（7）：2188-2191.
[2]张琛，董晨洋.基于三维激光扫描的滑坡变形监测与数据处理研究[J].世界有色金属，2017（8）：85.
论文作者:郑磊
论文发表刊物:《基层建设》2019年第2期
论文发表时间:2019/4/25
标签：激光论文; 数据论文; 滑坡论文; 技术论文; 系统论文; 类型论文; 山体论文; 《基层建设》2019年第2期论文;