1.目的及任务

1.1目的

        1）通过3D三维静态扫描仪地形图测量对区域进行充分的调查研究、评价、估算，对项目建设之必要性、经济合理性、技术可行性、实施可能性等方面进行综合性研究论证，从而设计出一套3D激光扫描仪应用于地灾点地形图测绘生产的工程方案。能够用有关的理论指导作业实践，做到新新技术产品与实践相统一，提高灾害分析解决问题的能力。

        2）熟悉并掌握3D激光扫描仪工作的全过程，包括编写技术设计、选点、外业观测、数据检核与平差计算、编写技术总结等部分。通过完 成测量实际任务的训练，掌握独立从事3D激光扫描仪测绘工作的计划、组织与管理能力。

1.2 任务

        按照提供的有关资料，进行1：2000地形图的测绘。遵照国家颁布的《工程测量规范》进行1：2000地形图测量布设。成果要求提供一套数字化地形图文件。

2.测区概况

        文家沟村隶属于大井镇蚂蟥塘行政村，属于山区。位于大井镇北边 ，距离村委会11公里，距离镇政府20公里。国土面积0.8平方公里 ，海拔1800米，年平均气温14.3℃，年降水量960毫米，适宜种植玉米等农作物。有耕地66亩，其中人均耕地0.56亩；有林地706亩。

        2010年8月13日四川绵竹市清平乡文家沟暴发特大规模泥石流灾害（简称＂8.13＂特大泥石流）。在野外调查的基础上,分析了此次泥石流灾害的特征,并从其形成条件入手,探讨了此次灾害的成因和未来发展趋势。文家沟流域在2010年8月12日16时至13日04时的降雨量达227mm,暴雨形成强大洪水冲刷流域内在地震期间形成的 滑坡-碎屑流堆积体,并形成高容重粘性泥石流。泥石流依次冲毁沟内19座谷坊和1座拦挡坝, 冲出总量达 429.3×104m3,完全堵断绵远河,形成长约1650m、宽约420m、高约12m的堰塞坝,堰塞湖回水长1.5km。泥石流共造成6人死亡或失踪,379间房屋被冲毁掩埋,汉（旺）清（平）公路中断,2座桥梁被毁。研究表明,松散物质的极大丰富和堵溃是导致＂8.13＂特大泥石流规模巨大的主要原因;文家沟在短期内泥石流仍会频发,但规模要比＂8.13＂泥石流小。

图1 平乡文家沟泥石流灾害照片

3.拟投入设备

3.1 RIEGL静态激光扫描仪 VZ-1000

表 1

        对本次清平乡文家沟大面积泥石流滑坡的地形点测绘，我们将选择采用RIEGL VZ-1000激光扫描仪。三维激光扫描成像系统是RIEGL公司在2008年10月所推出的划时代的激光扫描仪新产品。它使用纤细的近红外线激光束，采用非接触式快速获取数据的脉冲扫描机制原理，具有高速和高点云密度的特点。

        以下突出优点足以能够胜任本次文家沟1:2000地形测绘：

        （1）最高扫描速度（300,000点/秒），再加上多达10次以上的回波，每秒可接收到的激光点高达150万以上。

        （2）最短的扫描时间（全景360度）：8秒。对于大多数的应用，扫描速度仅需 47 秒。

        （3）最小的角分辨率：0.0005度（=1.8″）。在10米的距离内，激光点密度可达0.1mm。

        （4）重量：9.8公斤（包括电池）。

        （6）内置 GPS，可以进行动态的移动测量（汽车、火车、轮船等载体）。

        （7）多回波功能可以实现植被自动去除，对于植被茂密的地区测量这是首先考虑的。

        （8）扫描半径1400m适合中长远距离的扫描。

3.2 GPS 全球定位接收机一台

3.3 笔记本电脑一台

3.4 越野车一辆

3.5 测量三脚架一副、卷尺一把

4.处理软件

        1）静态扫描仪数据获取软件Riscanpro软件。

        2）射影像生成软件JRC、数字线画图南方CASS软件

5.人员参与

        北京富斯德科技有限公司

6.外业工作流程

        经过实地踏勘，本测区位于山地、测区内山地广布、丘谷之间地势起伏延绵，给测绘工作带来了一定的困难。为了保证生产质量、施工进度及后继工程服务，首先组织专业技术小组进行踏勘、搜集资料、编写设计书，严格按质量管理体系操作运行。

6.1实地踏勘选点（外业控制点布设）

        结合实际，选择合理的控制点。（选点要求：选点时确保两点之间尽可能通视，有一定的公共区域；选择地理位置较高视野广阔的点获取的有效数据也就越多）本次重点测量区域选点为scanpos02与scanpos03 如下图。

图2.文家沟扫描顶视图

6.2数据采集

        观测作业要求：每站采集数据前，作业员应量取设备仪器高；观测员在作业期间不得擅自离开测站，并应防止仪器受震动和被移动， 防止人和其它物体靠近仪器、以免摔坏扫描仪；测区范围内禁止出现 高强度反射物体（如棱镜等）以免损害激光头；在观测过程中应保证 工作站正常工作，数据记录正确，每天观测结束后，应及时将数据输 出到计算机硬、软盘上加以备份，确保观测数据不会丢失。

        ①调试相机。根据测量环境的光亮成度来调节标配的外挂单反相机的 取光效果，以便获取更加真实的影像数据。此次扫描工作正处十月中旬，入冬的四川气候条件湿润，山间雨雾较多，所以单张照片拍照曝光时长长一点好。

        ②扫描仪架设于踏勘的控制点上，对中整平，确保架设稳妥后开机工作。

图3.VZ-1000 静态激光扫描仪

        ③接通电源→连接工作站→新建项目→开始扫描→搬站站点：

        设置扫描参数，首先大概估测扫描站点到关注区域的距离，从而来设置扫描模式。由于滑坡面积较大，设备无法递进，决定了本次测 量的模式为1200m的远距离扫描模式，这样便于获取离测站点较远 的数据。同时勾选影像获取，打开姿态评估功能键（记录反北方向角）。每站扫描用时：每站扫描时长约为8分钟左右，扫描时间的长短取决于两个方面：第一，设置的点密集程度，点云密集比点云稀疏的地方所用扫描时间较长（本次扫描1200m的地方点云密度为10cm，对于1:2000的测量已经足够了）。第二，设置的扫描距离长远，扫描越远的地方比扫描较近的地方所用时间较长（本次扫描距离模式为1200m长远距离）。

        ④GPS—RTK获取控制点大地坐标值通过GPS全球定位获取控制点大地坐标值。

7.内业数据处理

7.1 多站点调整

        Riscanpro软件多站点调整功能，可以把粗拼接的两个面进行一个精细的拟合，达到理想平差的效果。

图4 .多站点调整

7.2 植被过滤

        设备采用全波形数字化及实时处理技术，具有多回波功能，使得激光可以更多地穿透植被，获取更多的地面点数据，配套软件RiScan Pro对多回波数据可以实现一键过滤植被的功能，使得内业处理更加简单高效。

图5 .赋带彩色纹理点云

图6 .一键剔除植被，保留有效地面点数据

图7   过滤植被后的地表数据 

7.3 三角网

图8  文家沟滑坡三角网图

7.4生成等高线

图9  2m等高线生成图

 7.5生成DEM模型

图10  DEM模型图

JRC软件计算体积后，可以直接输出报表

7.6 线画图

图12  南方 CASS 线画图

8 内外业时间比

        外业采集时间：2012年10月09日十点半于成都新都区成都第三勘察院出发，行车两小时到达清平乡文家沟灾害滑坡测区。外业控制选点一个半小时，数据采集两小时，外业总共用时三个半小时。内业数据处理：2012年10月13日至15日数据处理，成果输出。内业数据处理用时三天。

        综合比较：采用RIEGL VZ-1000静态三维激光扫描仪测绘文家沟1:2000大型滑坡项目，是一种有效的测量方式。

        优点一：数据采集时间短

        传统的测绘方法需要投入大量的人力资源用于滑坡地形测绘，外业数据采集过程制约了救灾工程的进度，从而延长了下一步救灾计划的实施，很可能会再次发生灾害，造成更大的经济损失及人员伤亡。激光扫描仪的应用有效的节省了大量的人力、物力、财力的投入，大大缩短了外业工作时间，节省了项目经费的支出，而且高精度的测绘能给灾害应急提供更加准确的数据成果。

        优点二：内业数据处理快

        强大的后处理软件能快速完成数据拼接、植被剔除、等高线生成、DEM成图等。在紧迫的救灾时间内，为救灾工程队提供高精度的数据成果，制定出一系列救灾应急方案。时间就是生命，一个好的方案策划是建立在一份完整的成果之上。