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__三維建模__三維可視化
我國是世界上洞穴資源豐富的國家，也是世界旅游洞穴開發(fā)數(shù)置最多的國家。我國的洞穴分布廣泛、資源豐富、數(shù)量龐大、類型多樣、特色鮮明，但是對洞穴的調(diào)查與實地測繪工作卻比較薄弱， 洞穴科學(xué)研究較為滯后。
洞穴測量方法優(yōu)選
傳統(tǒng)的洞穴測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，因而洞穴圖是各個專業(yè)人員進行洞穴研究的工作底圖。
Trimble 三維激光掃描儀在洞穴測量中的應(yīng)用
1、洞內(nèi)測量
野外實地掃描之前，對洞內(nèi)地形和重點巖溶體進行詳細(xì)踏勘，初步規(guī)劃好導(dǎo)線布設(shè)線路和測站位置。 因為Trimble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)線的方式進行測 盤，根據(jù)實際情況調(diào)整導(dǎo)線線路和測站位置，但每站都進行嚴(yán)格的誤差檢驗。在施剎過程中采用掃描儀配合前后兩個占標(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?以備作為下一測站。這樣每一測站測得的點云均為同一個坐標(biāo)系統(tǒng)，內(nèi)業(yè)處理時每一 測站所測得的點云不需要人工拼接，所有點云結(jié)合一在起，洞穴三維立體圖像就能夠顯現(xiàn)出來。
在每一測站的掃描過程中， 對于本站掃描范圍內(nèi)形狀簡單、不含有重要巖溶地質(zhì)體的部分，如入工開挖的巷道， 將掃描點云設(shè)置的稀疏一些， 以提高掃描速度；對于需重點測量的部分， 如巖裂隙發(fā)育的石筍、石柱和鐘乳石群， 則將點云密度增大，提高測量精度。
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進行數(shù)據(jù)處理。沿掃描點云中洞壁與洞底交接處的點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；圖任意角度切割點云，沿點云勾繪斷面線， 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
4其他應(yīng)用
所有掃描得到的點云數(shù)據(jù)可以在內(nèi)業(yè)軟件中進行任意切割、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的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，使建立數(shù)字洞穴和洞穴數(shù)據(jù)庫成為可能。
1三維激光掃描技術(shù)的優(yōu)點
通過該洞穴測量工作實踐，體會到三維激光掃描技術(shù)在洞穴測量中應(yīng)用，使洞穴測量精度與效率得了飛躍式的提高。按常規(guī)方法，無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)，使原本辛苦和危險的斷面測量工作在室內(nèi)就可以完成，從而加快了外業(yè)進度，降低測量人員的工作強度，能快速準(zhǔn)確的為各專業(yè)人員提供測量成果，為后期的洞穴調(diào)查、研究與保護創(chuàng)造了條件。
綜上所述，三維激光掃描測量的主要優(yōu)點：
(1) 三維激光掃描技術(shù)解決了不規(guī)則地質(zhì)體的精確測量問題 ， 可以對地質(zhì)體進行無接觸測是，一定程度的保護了地質(zhì)體不受破壞。不受光線、地質(zhì)體特征點所在地形和環(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) 可以常年定時觀測 ， 得到數(shù)據(jù)后進行建模 ， 在室內(nèi)進行對比研究， 考察地質(zhì)體生長發(fā)育過程。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， 對洞穴進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。
本文將結(jié)合本次對洞穴進行的實際測量工作，介紹利用三維激光掃描技術(shù)進行洞穴測量的方法和步驟，為洞穴測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)庫建設(shè)、洞穴景觀旅游開發(fā)、洞穴環(huán)境與景觀保護、洞穴考古等提供直觀精密的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
洞穴測量方法優(yōu)選
傳統(tǒng)的洞穴測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，因而洞穴圖是各個專業(yè)人員進行洞穴研究的工作底圖。
洞穴測量的方法有很多種，選擇哪種測量方法與洞穴測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、傾角計測量法，這種方法比較適合對洞穴測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。如果對洞穴測量成果的精度要求較高，洞內(nèi)地貌環(huán)境條件較好，則可以選抒計算機輔助測距儀、全站儀的測量方法，這種方法的優(yōu)點是測量精度較高， 測量數(shù)據(jù)實現(xiàn)電子存儲并可以在洞內(nèi)進行數(shù)據(jù)檢查。如果條件允許，可以與洞外測量基準(zhǔn)點聯(lián)測，從而得到洞內(nèi)各測董點的真實三維坐標(biāo)。缺點是對洞穴內(nèi)部地貌條件要求較高，測量工作量較大，速度慢，而且洞穴內(nèi)部地形復(fù)雜，這種方法又要求施測人員必須在洞穴特征點上架設(shè)合作目標(biāo)，加大了測量工作的難度與危險性。
三維激光掃描測量方法克服了上述方法的不足。它不需要測量人員在測量點上樹立測量合作目標(biāo)，減少了工作難度與危險性，而且以每秒成千上萬個點的速度獲得測量點云，大大的提高了測量效率。
Trimble 三維激光掃描儀在洞穴測量中的應(yīng)用
1、洞內(nèi)測量
野外實地掃描之前，對洞內(nèi)地形和重點巖溶體進行詳細(xì)踏勘，初步規(guī)劃好導(dǎo)線布設(shè)線路和測站位置。 因為Trimble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)線的方式進行測 盤，根據(jù)實際情況調(diào)整導(dǎo)線線路和測站位置，但每站都進行嚴(yán)格的誤差檢驗。在施剎過程中采用掃描儀配合前后兩個占標(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?以備作為下一測站。這樣每一測站測得的點云均為同一個坐標(biāo)系統(tǒng)，內(nèi)業(yè)處理時每一 測站所測得的點云不需要人工拼接，所有點云結(jié)合一在起，洞穴三維立體圖像就能夠顯現(xiàn)出來。
在每一測站的掃描過程中， 對于本站掃描范圍內(nèi)形狀簡單、不含有重要巖溶地質(zhì)體的部分，如入工開挖的巷道， 將掃描點云設(shè)置的稀疏一些， 以提高掃描速度；對于需重點測量的部分， 如巖裂隙發(fā)育的石筍、石柱和鐘乳石群， 則將點云密度增大，提高測量精度。
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進行數(shù)據(jù)處理。沿掃描點云中洞壁與洞底交接處的點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；圖任意角度切割點云，沿點云勾繪斷面線， 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
對于巖溶洞穴中較大的石筍或石鐘乳的精確測，常量受到地形條件的限制而無法得到準(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云截圖，利用該方法測得它的海拔高程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得它的準(zhǔn)確數(shù)值。
4其他應(yīng)用
所有掃描得到的點云數(shù)據(jù)可以在內(nèi)業(yè)軟件中進行任意切割、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的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，使建立數(shù)字洞穴和洞穴數(shù)據(jù)庫成為可能。
在 RealWorks軟件中，可以設(shè)置飛行路線，對洞內(nèi)進行三維瀏覽，并可以錄制成錄像，從而更加生動的展示與宣傳地質(zhì)景觀。
在RealWorks軟件中，還可以實現(xiàn)感興趣地物的體積董算，點云取樣、過濾和矢董化，點云著色，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
通過該洞穴測量工作實踐，體會到三維激光掃描技術(shù)在洞穴測量中應(yīng)用，使洞穴測量精度與效率得了飛躍式的提高。按常規(guī)方法，無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)，使原本辛苦和危險的斷面測量工作在室內(nèi)就可以完成，從而加快了外業(yè)進度，降低測量人員的工作強度，能快速準(zhǔn)確的為各專業(yè)人員提供測量成果，為后期的洞穴調(diào)查、研究與保護創(chuàng)造了條件。
綜上所述，三維激光掃描測量的主要優(yōu)點：
(1) 三維激光掃描技術(shù)解決了不規(guī)則地質(zhì)體的精確測量問題 ， 可以對地質(zhì)體進行無接觸測是，一定程度的保護了地質(zhì)體不受破壞。不受光線、地質(zhì)體特征點所在地形和環(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) 可以常年定時觀測 ， 得到數(shù)據(jù)后進行建模 ， 在室內(nèi)進行對比研究， 考察地質(zhì)體生長發(fā)育過程。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， 對洞穴進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。