徕卡三维激光扫描仪在油气勘探上的应用

徕卡测量系统贸易(北京)有限公司 王 兴

徕卡测量新技术应用专栏

徕卡三维激光扫描仪在油气勘探上的应用

徕卡测量系统贸易(北京)有限公司 王 兴

一、前 言

本文所述项目位于四川省某区县山地地形中。由于以往的地形测量方式外业上工作量大，生产效率也很有限，为了优化地震物探部署方案，笔者提出采用徕卡 HDS8800激光扫描仪及高精度 GPS RTK测量系统获取该项目部分区域多站点的三维激光点云数据，并利用HDS8800配套的专业数据处理软件进行数据处理，对点云数据进行拼接、去噪、抽稀等工作，从而得到该区域的地表数字地形图、MESH数据和等高线等成果。

二、HDS三维激光扫描系统技术原理

1.技术原理

HDS(high definition surveying)的意思是高清晰测量，通俗的叫法是三维激光扫描系统。它是利用激光测距的原理，密集记录目标物体的表面三维坐标、反射率和纹理信息，对空间进行真实的三维记录。

2.技术特点

常规测量地形法(如用经纬仪、测距仪等)通常是先布控制网点，最后依靠加密控制点和图根控制点进行绘制平面图，而GPS RDK地形测绘法是依靠快速获取一定数量的基本控制点坐标来生成地形图。山区地形环境复杂，很多地区人员无法或难以到达，这些都给地形测绘带来了很大的阻碍，如5 km2的地形测绘，一般一人需要4天的时间，且劳动强度大。而三维激光扫描仪采用了非接触测量方式直接获取高精度三维坐标数据，能够对固态介质物体进行扫描，并且能够快速将现实世界的信息转换成可以处理的数据，具有扫描速度快、实时性强、精度高、点密度大、主动性强、全数字特征等特点。徕卡HDS8800作为长距离激光扫描仪的代表性产品，能通过简易的操作模式、高精度的数据信息来完成大范围的地形数据采集工作，降低了外业人员的劳动强度，同时也提高了外业采集数据效率。

三、数据采集过程

由于即将扫描的区域为典型川渝浅丘地形，地形复杂，所以前期阶段笔者对扫描区域进行了实地勘察，针对现场不同地表地质条件制定出测量项目规划，然后在扫描区域建立GPS控制网。本次项目是徕卡HDS8800激光扫描仪，它类似于全站仪式的操作，完成后视定向后就可以直接开始扫描工作，无需再单独布设反射标靶，所以它的效率完成度高。

HDS8800激光扫描仪是一款高速激光扫描、7000万像素相机，具有2 km长距离的扫描距离，能通过自带的14倍望远镜镜头进行后视，并能通过手持控制面板进行坐标写入和扫描控制工作，这些硬件大大提高了外业工作效率，也降低了劳动强度。

本次油气勘探项目施工区域属四川盆地浅丘地形，交通网复杂、人烟稠密、多植被。

利用徕卡HDS8800激光扫描仪和高精度GPS RTK测量系统对该项目部分区域进行了激光测量，数据不足处进行后期补站扫描。外业工作人员2人，现场工作时间0.5 d，扫描面积5 km2。

四、数据处理分析

数据处级过程主要是将点云植被等干扰数据去除，留下地形数据，然后进行抽稀，生成地表数字地形图、MESH数据和等高线。图1为数据操作过程，(a)为原始数据;(b)为抽稀完的数据;(c)为生成的等高线数据;(d)为生成的DEM数据模型。

三维激光扫描测量技术绘制的数字地形图，点位密度、平面位置中误差和高程中误差低，效果高于1∶500地形图，可以更好地应用于油气管网布设和数字油田建设等领域。

五、后期成果汇报

地震勘探是目前主流勘探方法之一，其特点是勘探效率高，是石油物探中最有力的勘探手段，应用广泛。但是如何降低成本，如何优化地震测线部署和观测系统设计，以及合理选择激发点和接收点，监控野外施工质量，合理组织施工和安全管理等一系列问题一直是野外地震采集工作的难点。徕卡激光扫描系统可获得精确的三维数据，服务于地震勘探工程的综合分析、地震测线评价与优选、激发点与接收点室内逐点优化设计及有效制定野外施工风险控制预案。

1.物理点分布分析

图2为俯瞰工区内某场镇的情况。图2中地物、地貌影像均为由扫描仪获取的真彩色点，在此图上可以清晰分析、精细设计物理点的分布情况。

2.MESH数据和等高线

将扫描获取的激光点云数据导入自带数据处理软件，将非地面点数据过滤、抽稀，快速生成该项目区域的MESH和等高线等(如图3所示)。数据生成速度大大提高。

图2

图3

3.地震物探野外施工质量监控与管理

徕卡激光扫描系统可获得精确的三维数据，服务于地震勘探工程的综合分析精度控制，有效制定野外施工风险控制预案。

作为高新技术成果，此项目中除了使用自带数据处理软件进行等高线、MESH模型生成之外，还利用详细的真彩色点云数据进行物理点分析，服务于油气勘探工程的综合分析、部署和设计及验收物理点，能有效制定野外施工风险控制预案。

徕卡HDS8800在地震物探中的首次运用，打破了原始的复杂、繁琐的物探测量格局，优化了地震测线部署和观测系统设计，并能合理选择激发点和接收点，以及监控野外施工质量，合理组织施工与安全管理，进一步展示了科技就是未来的主题。