手持激光雷达洞穴三维建模案例

一、项目背景

喀斯特洞穴通道曲折、无GNSS信号、洞内昏暗潮湿，传统全站仪、架站雷达作业繁琐、效率低（图1），难以完整采集洞腔与钟乳石精细形态。本次采用手持激光雷达开展洞穴三维建模，依托无定点、边走边扫的优势（图2），快速获取洞穴高密度点云与三维模型，构建洞穴数字化档案，支撑地质调查、遗迹保护与安全研判工作。

图1 架站式激光雷达扫描               图2 手持激光雷达扫描

二、洞穴概况

研究洞穴为典型岩溶洞穴，内部发育厅堂、曲折通道与钟乳石、石笋等岩溶景观，局部存在低矮断面、岩壁光滑、少量积水，作业环境复杂（图3）。

图3 岩溶洞穴

三、外业采集

作业前规划闭环行走路线，在洞穴转角、厅堂、长通道均匀布设反光标靶，保证数据约束、抑制SLAM漂移。单人手持设备匀速遍历全洞区域，重点对钟乳石、狭窄通道慢速补扫，全程无需架站、无需GPS，高效完成全域数据采集（图4）。

图4 外业采集

四、内业处理

对原始点云进行解算，构建三角网格模型，生成完整洞穴三维实体模型。

图5 内业数据处理               图6 洞穴三维模型全景

图7 内业处理点云成果（左）和三维模型成果（右）

五、成果与应用

本次作业获取了洞穴完整点云数据、三维模型，可直观展示洞腔空间结构、岩溶景观细节；可精准提取洞高、洞宽、断面形态、洞腔体积等量化参数。成果可用于洞穴地质演化分析、珍贵岩溶遗迹数字化留存、洞穴安全隐患排查、研学展示与数字孪生建模。

图8 钟乳石高度测量           图9 钟乳石直径测量