引言：三维激光扫描技术是一种高精度的非接触式测量技术，可快速获取数据，并对数据进行高效处理，在岩土工程领域得到广泛应用。本文从问题和对策两个维度出发，探讨三维激光扫描技术在岩土工程中的应用。研究结果表明：三维激光扫描技术具有全天候、全覆盖、快速扫描等优点，可有效解决传统测量技术的不足。三维激光扫描技术在岩土工程中的应用过程中还存在数据处理与分析复杂、数据可视化不足等问题，需要不断地进行改进和完善。通过分析该技术的优缺点，提出了优化该技术应用的建议，可为其在岩土工程中的更广泛应用提供借鉴。

一、目前三维激光扫描技术在岩土工程中存在的问题

（一）数据采集与处理

随着科技的不断进步，三维激光扫描技术在岩土工程中的应用日益广泛。目前，该技术主要应用于点云数据的采集和后处理。在采集过程中，激光扫描仪会发射激光束，通过测量目标物体反射回来的激光来获取点云数据。这些点云数据包含了目标物体的三维空间信息，可以为后续的工程设计和分析提供重要的参考。 然而，采集到的点云数据并不是直接可以使用的，还需要进行一系列的后处理步骤。其中，裁剪、拼接和去噪是非常重要的处理过程^[1]。裁剪是指根据具体情况，选择感兴趣的区域进行提取，以减少数据量和提高处理效率。例如，在岩土工程中，我们可能只关注特定的地下结构或地表形态，所以可以通过裁剪操作只保留相关区域的点云数据。但在实际工程中，激光扫描仪采集的场景常常超出了单个扫描范围，因此需要将多个扫描点云进行拼接。这个过程需要考虑到点云之间的对齐和融合，确保拼接后的数据是连续的、无缝的。就会存在一些困难，而且激光扫描仪在实际采集过程中，由于各种原因会产生一些噪声点，如传感器误差、环境干扰等。这些噪声点会对后续的数据分析和处理产生负面影响，因此需要通过去噪操作将其排除出去。目前，常用的去噪方法包括统计滤波、基于形状的滤波和基于邻域的滤波等。但这些方法都有其局限性，比如对于点云数据量较大的情况下，去噪效果就会大打折扣。另外，在去噪过程中，由于噪声的存在，会导致点云的不均匀分布。这一问题对于后续的数据分析和建模工作也有一定的影响。

（二）三维激光扫描模型的构建

激光扫描技术在现代工程和地质领域中扮演着重要的角色。然而，环境条件对于激光扫描的精度和准确性产生了较大的影响。光线的反射、遮挡物的存在以及扫描区域的复杂性，都会导致扫描结果的失真或缺失^[3]。首先，光线的反射是一个常见的问题。当激光束照射到光滑表面时，光线往往会被反射回来，这会干扰到激光扫描的结果。特别是在室外环境中，阳光的强烈照射会使得反射问题更加严重。其次，遮挡物也会对激光扫描的准确性产生不利影响。例如，在建筑物内部进行扫描时，家具、墙壁和其他障碍物会妨碍激光束的传播，导致扫描结果的缺失。另外，扫描区域的复杂性也是一个挑战。在地质勘探中，地形的不规则性和地质结构的复杂性会使得激光扫描的结果难以准确捕捉。同样，在工程场景中，大规模的数据采集、处理和存储也需要大量的计算资源和时间。最后，对于复杂的地质结构或工程场景，模型的构建也需要更多的人工干预和专业知识。因此，需要专业的技术人员来解决这些问题，并确保激光扫描的结果准确可靠。

（三）技术成本较高

在岩土工程中应用三维激光扫描技术时，三维激光扫描技术的采集成本约为412元/点，其中包括扫描仪、点云处理软件、控制软件和数据处理软件等，而其采集成本约为150元/点。当前，在地质环境中的三维激光扫描技术采用的是激光雷达扫描技术，其工作原理主要是利用激光器发出一束激光束，通过对激光束进行扫描来获取目标的表面信息。对于岩土工程而言，其结构具有复杂多样的特点，若采用传统的测量技术，不仅难以准确获取数据，而且还会消耗大量的时间和金钱，而三维激光扫描技术则具备这些优势。但在实际应用中，其存在数据处理与分析复杂、数据可视化不足等问题，不利于岩土工程的进一步发展。因此，三维激光扫描技术的应用需要进一步优化。

二、三维激光扫描技术在岩土工程中的应用策略

（一）加快数据处理与分析算法优化

在岩土工程中，激光扫描是一种非常有效的方法。激光扫描所获得的资料，一般都要经过一系列的处理，才能从中提取出有价值的资料，然后再对其进行分析与模拟。首先，通过对点云进行滤波，剔除噪声点，从而达到消除噪声的目的。在扫描过程中，受多种因素的影响，会出现许多不相干的噪声点，从而影响到后续的数据处理与分析。经过滤波处理后，能有效地消除噪声，从而使采集到的数据更为精确、可靠。其次，对点云进行网格剖分；网格剖分是指将点云数据分割成若干个网格元，每一个网格元中都含有有限数目的点云。这种分割方法可以有效地从点云数据中抽取重要的信息。通过对点云数据的分析，可以获得目标区域的特性与特性。最后，要在网格划分的基础上，对点云数据进行聚类分析。点云聚类是指将具有相同属性的点云数据进行分类，并将具有相同性质的点云进行归类。利用聚类技术，可以有效地分割并识别出不同的地域。不同地区的岩石类型和结构特点也各不相同。利用点云进行聚类，可以有效地分割出各个区域，为以后的分析与建模奠定基础。在此基础上，利用所得到的点云数据，对岩土工程中的物体进行识别和建模。通过对点云数据的分析与处理，能够准确地识别出岩土工程中所涉及到的各种物体，如岩体、土体等。在此基础上，针对被测物体的特性与特性，对其进行建模与仿真，为后续的分析与预报提供依据。

（二）促进技术成本降低与设备更新换代

对三维激光扫描装置进行升级改造，可有效提高检测效率。常规的检测手段需手工操作，费时费力。而3D激光扫描是利用高速激光扫描器获得的大量信息，可以在很短的时间内完成整个测量过程。该装置通过自动控制，实现对被测物体的自动识别和扫描，极大地提高了检测的效率。另外，通过对仪器的不断更新，三维激光扫描技术也可以进一步提升检测的准确性。新一代3D激光扫描器使用了更多的雷射及感测器，可以达到较高的精确度与较小的误差。同时，该装置还增大了扫描范围、扫描角，可以更好地获取被测物体的外形及细节信息。这一系统的完善，使三维激光扫描技术能够更精确、更可靠地用于岩土工程。设备更新也可以减少计量费用。常规的测试方式不仅费时费力，而且为了保证数据的精确性，还必须进行多次的测量。而激光3D扫描技术由于其自动化程度高、效率高等特点，大大降低了人力、物力的投入。另外，由于该技术的发展，其设备费用也逐步下降，因此，该技术将成为一种更加经济有效的岩土工程应用实策。

（三）建立行业标准与规范体系

用常规的方法进行地质勘查，不仅费时费力，而且还受主观因素的影响。而三维激光扫描技术的问世，极大地改善了上述问题。激光雷达能够对地质体进行快速的扫描，并将其形态、尺寸、位置等信息记录下来，从而构建出高精度的三维模型^[3]。通过这种方法，可以使设计人员对该地区的地质状况有一个直观的认识，并能正确地判定其复杂程度及变化趋势，以便进行更科学合理的设计。况且三维激光扫描技术，不仅可用于设计，也可用于工程建设中，对工程建设中的潜在危险作出评价。在工程建设过程中，由于地质情况的改变，会给建筑带来一定的安全隐患。采用周期性的激光扫描技术，能够对地质体的动态变化进行实时监控，并对可能存在的隐患进行预警。在此基础上，设计人员可依据监测结果，采取针对性的安全控制措施，以达到预防事故的目的。同时，三维激光扫描技术的运用，也为工程监理提供了一种有效的监测手段。通过对工地的周期性扫描，能够将工程进度的变动与偏差及时地记录下来。在此基础上，通过对检测结果的比较与分析，使监理人员能够及时地发现建筑中存在的问题，从而确保项目的质量与安全。同时，三维激光扫描技术也能为项目的运行与维修提供支撑。项目完工后，可藉由对设备的周期性扫描，将设备的变动及损耗状况纪录下来。监测结果可作为设备维修与升级的基础，提高设备的服役年限。

结语

随着科学技术的不断进步和发展，相信三维激光扫描技术在岩土工程领域将会发挥越来越重要的作用。期待未来该技术能够得到更广泛的应用，并为岩土工程领域带来更多创新和突破。

参考文献

[1]于丹. 基于横纵切的模拟碎纸片拼接算法的研究与实现[D].佛山科学技术学院,2021.

[2]田柳. 手持激光扫描仪测量精度评定方法研究[D].武汉大学,2020.

[3]薛懋,王霄.论三维激光扫描技术在地质测绘中的应用[J].世界有色金属,2019,No.526(10):266+269.