一、设备概况

Optech Polaris脉冲式长测程三维激光扫描仪，最高测程可达2000米，包含三维激光扫描仪及配套点云处理软件。

Optech Polaris脉冲式长测程三维激光扫描仪

7.主机内置双500万像素广角数码相机，扫描后，自动存储该场景的数码影像。可做为GIS分类的基础信息。并可同时实现彩色点云的获取。

二、解决方案

1、数据采集与预处理

三维激光扫描仪通过对形变区域进行周期性扫描，对比不同期次的三维信息进行形变监测。一般情况下可将基于三维激光扫描仪的地质灾害地面形变监测分为现场勘查、数据采集、成果输出与分析比对3个主要步骤。
（1）现场勘查
根据监测区域概况、要求等进行现场勘查，确定采集设备及作业方式。区域概况包括位置、大小、形态等，同时排除可人为去除的干扰，减少人为误差的引入。为了得到统一坐标系下的三维激光扫描数据成果，还需要埋设用于设站和定向的控制点。控制点应选在各点之间能够相互通视且较稳固的地方。对于有条件布设监测点的区域在形变较为严重、突出的地方布设监测点。若采用基于标靶的点云拼接方式还需确定公共标靶个数和位置，原则上每3个公共标靶按照空间锐角三角形布置而且保证每两个需要拼接的点云数据中包含至少3个不在同一直线上的公共标靶。

现场勘察

（2）数据采集
扫描站位置应选择安全、稳定且通视情况良好的区域。采用无标靶拼接方式的扫描区域，应保证每两个需要拼接的扫描区域间至少有40％的重叠度以及尽可能多的特征点，以满足拼接要求以及成果精度。在选定的测站上架设扫描仪，调整好扫描仪方向和倾角，严格对中整平，并量取仪器高，连接好扫描仪、计算机和电源。进行多次定向，将自定义的扫描坐标系下的数据转换到大地坐标系下。

数据采集

（3）点云预处理
点云数据进行粗差剔除、旋转对齐、多视拼接等操作，若采用基于标靶的拼接方式，在重叠区域均匀地选取公共标靶，根据约束条件，计算整体拼接误差，拼接误差过大时应仔细检查该点坐标的正确性，删除误差过大的公共标靶；若采用无标靶拼接方式，在重叠区域尽量选取特征点，以减小拼接误差。数据处理时先要手工去除由灾害体及周围一些无关的杂草、树木、建筑物、电杆等造成的无关点云噪声点。去噪过程应遵循“少去除多视角”的去除方法，避免删除真实的有效点云数据。再对手工去噪后的数据进行点云滤波，过滤其他隐含噪声点且降低点云密度。点云滤波应选择保持原始数据形态，地形改变量较小的方式，以减少对有用点云的剔除保证点云数据的精度。

点云数据

2、数据分析与应用

（1） 地形图制作

① 通过设备自带软件进行预处理之后，导出通用的ASCII格式的XYZ坐标文件至数据后处理软件中。

点云导入数据后处理软件

② 由点云要素自动化生成TIN（不规则三角网）模型。

等高线

（2）变形位移分析

通过点云可以对多期扫描数据进行对比，以其中一期扫描数据作为基准站，通过色谱图的形式表现出后期数据的位移量，并对变形量进行统计分析。

位移变形色谱图

变形量统计分析

（3）方量变化计算

在地质监测中，可能产生滑坡、泥石流、坍塌等灾害的区域需要特别注意土方量的动态变化，对扫描所得的数据进行处理与分析，通过监测点的变形信息以及特定区域的土方量的变化进行分析，可预测地质灾害的变形趋势和未来量大。

两期数据变形分析

两期数据体积变化

三、总结

三维激光扫描技术具有很强的工程适用性，在岩土、地质工程、地质灾害的调查中应用三维激光扫描技术具有重要的理论及现实意义，有着巨大的应用潜力。传统的地质灾害调查方法费时、费力并存在调查人员的人身安全问题，某些情况下还难以获取令人满意的结果。将三维激光扫描技术引入到岩土、地质工程领域，大大降低了调查人员的劳动强度，提高了工作效率，成果也更加翔实丰富。
总而言之，对于实际的工程应用来讲，将三维激光扫描技术与岩土、地质工程领域的调查方法相结合，并把该技术应用于工程实践当中去，无论对于测绘还是工程领域都具有重要的里程碑意义。