在寺庙的山谷中测量
使用全波形TLS在不稳定区域的3D建模中
全波形地面激光扫描能够对不稳定的岩石山谷进行高精度的三维地形建模，这对各种地貌调查很有价值。位于西西里岛Agrigento的朱诺神庙考古遗址下面的区域，其特点是有大块岩石从上山脊上掉下来。在这种情况下，测试了全波形激光扫描技术，以两种分辨率(2cm和20cm)生成高度详细的三维地形模型，用于模拟现场潜在的岩崩路径。
沿着西西里岛阿格里真托市外的长山脊，是一个联合国教科文组织世界遗产，寺庙的山谷，包含重要的考古结构，包括朱诺寺（一个面积约16,000平方米，高度差异约为150米）。该地区具有与地质不稳定有关的问题历史悠久。岌岌可危地靠近上山脊的边缘（距离焦柱约2-3米），通过沿着考古遗址的边缘存在的中小型倒下的块（图）存在毫无稳定性（图1）。
用于三维地形建模的远程地面激光扫描(TLS)技术已成为不稳定岩体区地形和岩土分析最有效、最快速的技术之一。它有助于识别岩石结构的形态特征(如不连续方向、裂隙和粗糙度)以及岩石元素的精确大小和位置，为潜在岩崩路径的模拟提供基础。这对滑坡和岩崩的监测至关重要，并可在GIS平台上共享数据的支持下，对多时间序列的变形和运动进行估计。
然而，TLS涉及许多应用挑战，如遮挡、阴影区域、可达到的最大分辨率和表面粗糙度。在数字重建阶段，通过点分类准确去除植被（和其他噪声）对于生成边坡几何和单个岩石块的详细重建也是至关重要的。在这种情况下，当测量朱诺神庙下方的一个大斜坡时，利用全波形技术，TLS过滤植被的能力得到了提高。此类设备能够提供多个回波，允许自动分割点，从而促进更精确的3D建模。
TLS调查
全波形技术允许脉冲检测后处理方法应用于数字化反向散射信号，其中可以相对于单个发射信号识别理论上无限的回波。多目标检测有助于将属于土壤（或连续表面）的点分离属于植被的点，其有关于附近目标的最小距离的一些限制，通常称为多目标分辨率（MTR）。全波形TLS的使用提供了许多优点，包括获得更可靠的DTM和更详细的表面的能力。
使用Riegl VZ-400飞行时间全波形地面激光扫描仪（图2）进行测量，最大范围为600米，最大分辨率为5毫米，距离为100米。为确保完全覆盖现场并对现场进行详细重建，在该区域内直接从14个不同位置进行17次扫描，以避免较大岩石块的遮挡，在100m的距离处，分辨率从2cm到10cm不等（图3）。为了对齐和合并所有扫描，放置了一些目标。在RTK模式下对目标进行了GNSS测量，以在UTM-ETRF2000参考系统中对最终模型进行地理参考。
从点到对象
处理工作流的特点是一系列操作序列，其具有登记，地理转移，过滤和每次扫描的合并。遵循精确的方法，以便在特定元素上获得更多形态细节，例如岩石和上脊的块。在激光扫描仪产生的在线全波形分析和点分类期间，将点数减少至约60％（即7200万分）。
通过半自动分类和手动选择，将过滤后的数据集子集为一组属于岩块的点、一组相对于山脊的点和第三组属于斜坡的点。分解成子集的几何模型被认为是提取合适度量信息的最有效方法。
根据空间八叉树程序对所有子集进行单独重新采样，然后进行三角剖分：对于前两组（岩块和山脊），以2cm的分辨率创建各种网格，而对于斜坡，则生成分辨率为20cm的DTM。在最后一步中，通过重新定位边坡DTM内的子模型（块体和上部山脊），获得场地的综合3D模型（图4）。在生成的模型中，可以单独选择各种对象组，以便于自动提取度量信息（距离和体积）和生成几何元素（等高线、垂直和水平剖面）。
在建模阶段，在岩石块的下部（无法获得有用的数据）和上山脊覆盖着大量植被的少数区域，都遇到了一些与场地的精确形态表示有关的问题。在编辑过程中遇到了进一步的困难，这对某些操作的处理时间提出了很高的要求。
岩石几何
有用数据的提取取决于生成的模型的质量，模型必须具有高度的准确性。几何信息的可靠性还取决于通过基于几何参数的部分分割来识别特定点组或几何实体（如多段线）的可能性。这可以有效地用于CAD程序中几何元素及其相互作用的离散分析（图5）。
在所研究的案例中，通过对岩块的详细重建，可以确定每块岩块相对于上脊的体积和位置。根据描述落石和可移动岩块的行为的经验定律，并考虑到岩石破碎过程中所涉及的材料的岩土性质，这些单独的体积，尽管只涉及露出地面的部分，对于估计原始山脊的体积是相当大的。
整体模型还可作为提取几何图元（如等高线和垂直剖面）的基础，用于检查和分析岩石块的空间分布或评估它们与山脊之间的距离。此外，单个块体选择允许沿一个预定方向对落石发展进行部分分析。
全波形TLS的潜力
在这种情况下，全波形TLS的高采集容量已经证明了在这种情况下产生高精度3D地形模型的令人满意的令人满意的，并且特别有效的植被，人造和天然障碍物的特征可以限制属于的点的可能性地形或岩石表面。虽然在点分类方面，全波形TLS非常令人满意，但是必须将所得结果的质量相对于采集范围解释和评估，以及激光占地面积，这取决于仪器的角度分辨率。实际上，对于有效的高分辨率3D模型的生产，在对象分类中高度确定性至关重要。
在该项目中，根据块，山脊和地形所需的详细程度，juno寺下方的斜坡的3D重建分为三个不同的分辨率。计算各个元素的体积和沿不同方向提取任何部分的能力允许解释岩块拆卸动力学和上脊的原始容积的估计。可以对交互式模型的开发进行进一步的研究和研究，其中度量信息将直接连接到各种显示尺度以及与各个元素相关联的最大分辨率。这种多规模的多分辨率方法代表了可以广泛地应用于其他情况的关键因素。
致谢
作者要感谢微庚S.R.L.（意大利）提供RIEGL VZ-400激光扫描仪和Riegl Riscan Pro软件。您在阿格里真托的Ente Parco Archeologico E Paesaggistico Dela Valle dei Templi特别感谢。
作者
Fabio di Salvo是意大利巴勒莫大学的地理学建筑师和博士候选人。他是关于陆地激光扫描仪对文化遗产和地质环境的三维重建应用的文章的共同作者。
Mauro Lo Brutto是意大利巴勒莫大学地理信息学助理教授。他于2001获得了那不勒斯帕尔托诺普大学的大地测量学和地形科学博士学位，并对摄影测量、激光扫描、GNSS和高分辨率卫星图像进行了几项研究。
