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摘要：三维激光扫描技术是当前岩石几何形态特征定量分析所用的一种技术，对岩质边坡泥化夹层的几何形态以及空间分布发挥有效作用。本文从三维激光扫描技术的应用原理着手，对该技术在岩质边坡泥化夹层几何形态和空间分布中的测量分析和应用进行研究，为相关工作人员开展测量分析工作提供支持。

关键词：三维激光扫描技术；岩质边坡；泥化夹层；几何形态；空间分布

泥化夹层属于一种软弱的薄层，具有稳定性差的特点，而岩质边坡经常会沿着泥化夹层滑动，导致岩质边坡易出现失稳，容易造成人财损失。因此，需要采取有效的技术对泥化夹层的几何形态以及空间分布进行分析和研究，从而为开展岩质边坡支护提供技术支持。三维激光扫描技术便能够对泥化夹层的几何形态以及空间分布进行有效测量和分析，能够满足实际工程测量要求。该技术的具体应用还需进一步探究。

1.三维激光扫描技术的应用原理

三维激光扫描技术主要是通过三维激光扫描仪实现的，该设备测量距离的精度可达到4mm，角度精度可达到12.0″。主要是将仪器的中心当做三维坐标原点，X1轴和Y1轴处于水平面内，Y1轴是对竖直面进行扫描的方向，其与主机侧壁相互平行，并与仪器横轴垂直，将Y1轴沿着顺时针方向旋转90°之后变为X1轴，也就是仪器的横轴中线[1]；与水平面垂直，且方向向上的为Z1轴。该仪器使用时以顺时针方向对被测量物体进行扫描，仪器的距离测量系统所使用的发射器会向被测物表面发出窄束激光脉冲，当其返回之后又会由接收器对激光脉冲进行接收，从而通过脉冲发收的时间差对直线距离进行计算，与此同时，通过横向、竖向两个角度的测量系统可以对激光横向扫描角（α）、竖向直角（θ）进行测量，然后依照公式①便可实现对扫描点P的局部坐标进行计算[2]。

此外，该设备还能够对被测物扫描点反射强度进行获取，依据反射强度对各种颜色进行匹配，因此，利用该设备测量获取的数据属于三位彩色云数据。

2.三维激光扫描技术在泥化夹层几何形态及空间分布中的应用

2.1数据采集

数据采集需要分三步走。首先，应该选择适当的典型位置，并对台阶状剖面进行准备。在岩质边坡各平台进行典型位置的合理选择，沿着夹层顶面使用适当的工具对剖面进行修整，使之形成台阶状，同时重视对泥化夹层的保护，并使用大功率风力灭火机对剖面灰尘以及碎屑进行清理；其次，开展踏勘作业，设置测站以及标靶。因剖面不平，容易出现激光局部遮挡问题，单一测站获取点云数据无法将剖面全面覆盖，所以应该将各测站的点云数据进行拼接，以这种方式将剖面进行全面覆盖。因此，应先对现场开展细致的踏勘作业，对测站点以及标靶合理布设，尽量采用最少测站获取最完整的点云数据，同时邻近两个测站的点云数据之中必须出现3个以上的标靶，且要保证3个标靶错落分布，从而实现拼接控制的精准性；最后，对采集数据进行扫描。测站点扫描需要逐一进行，无需对测站点仪器高度、大地坐标、方位角进行测量，可以直接开展三维扫描。

2.2数据处理

首先，需要对点云数据进行拼接。对各测站所获取的点云数据在同一坐标系内实现统一，即为电源数据的拼接。在实际拼接过程中，可以将首个测站的点云数据作为基准，采取标靶拼接的方式，使用Cyclone8.0软件逐个测站开展点云数据拼接；其次，需要开展坐标转换。先对首个测站全部标靶中心对应打的大地坐标进行计算，大地坐标系与局部坐标系均与右手螺旋定律相符，各水平面均处于平行状态，然后采用Cyclone8.0软件对各标靶中心以及局部坐标进行获取，采取测量拼接的方式实现局部坐标系向大地坐标系转换，转换模型见式②[3]。

最后，对不必要的一些噪音和点云数据进行去除，可采用Cyclone8.0软件完成此操作。

2.3数据分析

数据分析的主要内容包括泥化夹层的空间分布、层面产状、间距、粗糙度以及几何形态。其中，空间分布可以采用Geomagic Wrap进行分析，该软件可以对岩质边坡的泥化夹层形成三维空间模型，也可以形成精确的NURBS曲面模型，从而实现夹层空间分布的分析；层面产状可采用Cyclone8.0软件进行分析，该软件利用拟合平面法或者是区域生长法对结构面法向量进行获取，然后通过Excel编程对层面产状进行计算；夹层间距也是采用Cyclone8.0软件联合Excel编程进行计算确定。需要先对剖面你花加成顶面法向量平均值进行求取，然后对临近夹层间距进行计算，最后根据Excel编程对夹层间距进行计算；层面粗糙度的计算是利用Cyclone8.0软件获取的点云数据向Geomagic Wrap软件中导入，然后通过封装、网格医生等处理缓解形成三角面模型，对各层模型选择具备典型特性的局部区域，并将其拟合成平面，通过拟合后形成的偏差色谱图对粗糙度进行评价；几何形态的评价需要先进行取样，在测量现场取扰动较小、厚度偏厚的一些夹层样品，然后在实验室之中使用三维激光扫描仪对其扫描，将点云数据向Geomagic Wrap软件中导入，然后通过点云拼接、降噪、封装、填充、网格医生等相关操作形成三角面模型，最后对模型表面积以及体积进行计算，并对模型进行裁剪，从而形成夹层的几何形态。

3.结语

综上所述，三维激光扫描技术可对岩质边坡泥化夹层的几何形态以及空间分布等内容进行有效、精准的测量，但在该技术使用过程中，还需要使用一些其他的配套设施和软件，例如，本文提及的Geomagic Wrap软件、Cyclone8.0软件、Excel以及CAD软件等等。通过有效使用该技术，可以为相关工程的开展提供支持。

参考文献

[1]张道春.基于三维激光扫描和BIM技术的建筑物立面图测量方法研究[J].经纬天地，2023（1）：75-78.

[2]韩萌萌，李莉娟.基于三维激光扫描技术的溜井测量与垮塌分析[J].测绘技术装备，2023，25（1）：80-84.

[3]李在利，李杰林，李光全，等.基于三维激光扫描精细探测的溜井破损特性及稳定性分析[J].中国钼业，2023，47（2）：16-21.