熱點(diǎn)產(chǎn)品
工程測(cè)繪
三維掃描在洞穴測(cè)量中的應(yīng)用
我國(guó)是世界上洞穴資源豐富的國(guó)家，也是世界旅游洞穴開(kāi)發(fā)數(shù)置最多的國(guó)家。我國(guó)的洞穴分布廣泛、資源豐富、數(shù)量龐大、類(lèi)型多樣、特色鮮明，但是對(duì)洞穴的調(diào)查與實(shí)地測(cè)繪工作卻比較薄弱， 洞穴科學(xué)研究較為滯后。
本文將結(jié)合本次對(duì)洞穴進(jìn)行的實(shí)際測(cè)量工作，介紹利用三維激光掃描技術(shù)進(jìn)行洞穴測(cè)量的方法和步驟，為洞穴測(cè)量工作提供一種新的技術(shù)方法。這一研究不僅提高了洞穴測(cè)董的工作效率和工作精度，而且為洞穴內(nèi)部地貌與地質(zhì)體形態(tài)三維可視化構(gòu)建、虛擬洞穴內(nèi)部地理場(chǎng)景構(gòu)建、洞穴地理信息系統(tǒng)建設(shè)提供數(shù)據(jù)源，為洞穴數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)、洞穴景觀旅游開(kāi)發(fā)、洞穴環(huán)境與景觀保護(hù)、洞穴考古等提供直觀精密的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
洞穴測(cè)量方法優(yōu)選
傳統(tǒng)的洞穴測(cè)量的主要成果是洞穴圖 ， 一般由洞穴平面圖與剖面圖組成。洞穴圖能夠反映洞穴基本形態(tài)、規(guī)模以及空間展布情況，因而洞穴圖是各個(gè)專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)行洞穴研究的工作底圖。
洞穴測(cè)量的方法有很多種，選擇哪種測(cè)量方法與洞穴測(cè)量精度要求和洞穴的形狀有關(guān)。較為傳統(tǒng)的方法是羅盤(pán)、傾角計(jì)測(cè)量法，這種方法比較適合對(duì)洞穴測(cè)量成果的精度要求不高，洞穴空間狹窄，洞內(nèi)彎曲多、起伏大、洞穴形狀不規(guī)則的洞穴。如果對(duì)洞穴測(cè)量成果的精度要求較高，洞內(nèi)地貌環(huán)境條件較好，則可以選抒計(jì)算機(jī)輔助測(cè)距儀、全站儀的測(cè)量方法，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量精度較高， 測(cè)量數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)電子存儲(chǔ)并可以在洞內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)檢查。如果條件允許，可以與洞外測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)聯(lián)測(cè)，從而得到洞內(nèi)各測(cè)董點(diǎn)的真實(shí)三維坐標(biāo)。缺點(diǎn)是對(duì)洞穴內(nèi)部地貌條件要求較高，測(cè)量工作量較大，速度慢，而且洞穴內(nèi)部地形復(fù)雜，這種方法又要求施測(cè)人員必須在洞穴特征點(diǎn)上架設(shè)合作目標(biāo)，加大了測(cè)量工作的難度與危險(xiǎn)性。
三維激光掃描測(cè)量方法克服了上述方法的不足。它不需要測(cè)量人員在測(cè)量點(diǎn)上樹(shù)立測(cè)量合作目標(biāo)，減少了工作難度與危險(xiǎn)性，而且以每秒成千上萬(wàn)個(gè)點(diǎn)的速度獲得測(cè)量點(diǎn)云，大大的提高了測(cè)量效率。
Trimble 三維激光掃描儀在洞穴測(cè)量中的應(yīng)用
1、洞內(nèi)測(cè)量
野外實(shí)地掃描之前，對(duì)洞內(nèi)地形和重點(diǎn)巖溶體進(jìn)行詳細(xì)踏勘，初步規(guī)劃好導(dǎo)線布設(shè)線路和測(cè)站位置。 因?yàn)門(mén)rimble三維激光掃描儀將三維激光掃描技術(shù)與全站儀技術(shù)融合在一起，為更完整的掃描洞穴形態(tài)和重要地物，采用邊掃描邊布設(shè)導(dǎo)線的方式進(jìn)行測(cè) 盤(pán)，根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整導(dǎo)線線路和測(cè)站位置，但每站都進(jìn)行嚴(yán)格的誤差檢驗(yàn)。在施剎過(guò)程中采用掃描儀配合前后兩個(gè)占標(biāo)的方法布設(shè)導(dǎo)，一線站掃描完成后， 搬站到前視架站，原測(cè)站安裝占標(biāo)變?yōu)楹笠暎笠曊?標(biāo)撤除變?yōu)榍耙暎?以備作為下一測(cè)站。這樣每一測(cè)站測(cè)得的點(diǎn)云均為同一個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)，內(nèi)業(yè)處理時(shí)每一 測(cè)站所測(cè)得的點(diǎn)云不需要人工拼接，所有點(diǎn)云結(jié)合一在起，洞穴三維立體圖像就能夠顯現(xiàn)出來(lái)。
在每一測(cè)站的掃描過(guò)程中， 對(duì)于本站掃描范圍內(nèi)形狀簡(jiǎn)單、不含有重要巖溶地質(zhì)體的部分，如入工開(kāi)挖的巷道， 將掃描點(diǎn)云設(shè)置的稀疏一些， 以提高掃描速度；對(duì)于需重點(diǎn)測(cè)量的部分， 如巖裂隙發(fā)育的石筍、石柱和鐘乳石群， 則將點(diǎn)云密度增大，提高測(cè)量精度。
2洞穴圖件制作
野外數(shù)據(jù)掃描完成后，在內(nèi)業(yè)利用內(nèi)處理軟件 RealWorks進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。沿掃描點(diǎn)云中洞壁與洞底交接處的點(diǎn)勾繪出洞穴平面輪廓線，再導(dǎo)成?.dxf 格式文件，從而得到洞穴平面；圖任意角度切割點(diǎn)云，沿點(diǎn)云勾繪斷面線， 導(dǎo)成*.dxf格式文件，從而得到洞穴斷面圖。
3洞內(nèi)巖溶體量測(cè)
對(duì)于巖溶洞穴中較大的石筍或石鐘乳的精確測(cè)，常量受到地形條件的限制而無(wú)法得到準(zhǔn)確的數(shù)值，利用三維激光掃描技術(shù)可以解一決問(wèn)這題。在內(nèi)業(yè)利用RealWorks軟件，可以準(zhǔn)確量取洞穴內(nèi)部掃描到的地物。6圖為冰壺洞瀑布出水口處石鐘乳點(diǎn)云截圖，利用該方法測(cè)得它的海拔高程44為6.69米，高5.26米，最大直徑為4.20 米。由于該石鐘乳距洞底有 20 多米高，洞底地形極為復(fù)雜， 利用其他方法很難測(cè)得它的準(zhǔn)確數(shù)值。
4其他應(yīng)用
所有掃描得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)可以在內(nèi)業(yè)軟件中進(jìn)行任意切割、分離，并可以導(dǎo) 出為包含X、Y、Z三維坐標(biāo)和R、G,B顏色值的文本文件。這樣就可以Au在toCAD 和ArcGIS 等其他軟件中使用，為洞 穴及內(nèi)部地質(zhì)體建三立維模型提供了扎實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，使建立數(shù)字洞穴和洞穴數(shù)據(jù)庫(kù)成為可能。
在 RealWorks軟件中，可以設(shè)置飛行路線，對(duì)洞內(nèi)進(jìn)行三維瀏覽，并可以錄制成錄像，從而更加生動(dòng)的展示與宣傳地質(zhì)景觀。
在RealWorks軟件中，還可以實(shí)現(xiàn)感興趣地物的體積董算，點(diǎn)云取樣、過(guò)濾和矢董化，點(diǎn)云著色，提取線性地物，三維等高線及標(biāo)注，三角網(wǎng)生成，任意形體建模，連續(xù)正攝影像等功能。
1三維激光掃描技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)
通過(guò)該洞穴測(cè)量工作實(shí)踐，體會(huì)到三維激光掃描技術(shù)在洞穴測(cè)量中應(yīng)用，使洞穴測(cè)量精度與效率得了飛躍式的提高。按常規(guī)方法，無(wú)法等到如此精確而詳細(xì) 的洞穴和巖溶地質(zhì)體的形態(tài)數(shù)據(jù)，使原本辛苦和危險(xiǎn)的斷面測(cè)量工作在室內(nèi)就可以完成，從而加快了外業(yè)進(jìn)度，降低測(cè)量人員的工作強(qiáng)度，能快速準(zhǔn)確的為各專(zhuān)業(yè)人員提供測(cè)量成果，為后期的洞穴調(diào)查、研究與保護(hù)創(chuàng)造了條件。
綜上所述，三維激光掃描測(cè)量的主要優(yōu)點(diǎn)：
(1) 三維激光掃描技術(shù)解決了不規(guī)則地質(zhì)體的精確測(cè)量問(wèn)題 ， 可以對(duì)地質(zhì)體進(jìn)行無(wú)接觸測(cè)是，一定程度的保護(hù)了地質(zhì)體不受破壞。不受光線、地質(zhì)體特征點(diǎn)所在地形和環(huán)境等限制，如陡峭石崖、有劇毒的地區(qū)、高溫高壓地區(qū)等。
(2) 可以常年定時(shí)觀測(cè) ， 得到數(shù)據(jù)后進(jìn)行建模 ， 在室內(nèi)進(jìn)行對(duì)比研究， 考察地質(zhì)體生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程。地質(zhì)體如果遭到破壞，也可以根據(jù)掌擔(dān)的數(shù)據(jù)按原狀進(jìn)行修復(fù)。
(3) 野外掃描工作完成后， 可以將數(shù)據(jù)帶回到室內(nèi)進(jìn)行洞穴平面圖與剖面圖的生成；
( 4) 在數(shù)據(jù)處理軟件中 ， 設(shè)置飛行路線， 對(duì)洞穴進(jìn)行三維瀏覽并錄制成多媒體，有利于地質(zhì)景觀的展示與宣傳。
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