日期:[2025年09月19日]
-- 智慧生活报 --
版次:[B19]
三维激光扫描技术助力火灾调查（上）
火灾调查是《消防法》赋予消防救援队伍的重要职责，对于查清事故原因，厘清相关责任，预防火灾发生和保障公众安全至关重要。随着2021年消防救援局组织全国分四个片区开展了火调岗位练兵比武后，越来越多的先进装备、科技产品应用到了火灾调查中，三维激光扫描技术在火灾调查中的应用也引起了人们的关注。本文将探讨三维激光扫描技术在火灾调查中的应用，以此为火调人员提供参考。
三维激光扫描技术的基本原理
三维激光扫描技术，是集成了三维扫描系统、激光测距系统、SSD存储系统、内部校正和控制系统于一体的现代化新型测绘技术；其原理是通过获取海量带有相对位置信息的激光点云数据，构建被测目标轮廓信息的三维激光点云图像。在实际应用中，在被测物体旁进行三维激光扫描之后就可获得目标表面轮廓的三维点云与坐标信息。
其中，激光测距系统可分为激光脉冲测距法和相位干涉测距法，激光脉冲测距法是指激光发射器向被测目标发射一束超短光脉冲，激光投射到物体并反射，激光接收器收到反射光，系统通过测算从信号发出到信号返回的时间也即光束的飞行时长来确定被测物体与激光器之间的距离，代表设备有NavVis VLX3穿戴式三维激光扫描仪等。相位干涉测距法是指激光发射器会持续向外投射不同波长的红外光。当接触到被测物体后，会反射回到激光接收器，通过测量红外线光波的相位偏移，即可计算出激光发射到目标的距离，代表设备有FARO Premium大空间三维激光扫描仪等。
三维激光扫描技术在火灾调查中的应用
三维激光扫描技术可以有效地获取火灾现场的三维数据，包括建筑物、树木、车辆等目标物体的形状、位置和高度等信息。这些数据可以通过专业软件进行分析和处理，帮助火调人员更好地了解火灾现场的情况，推断火灾发展的过程和原因，为后续的火灾调查提供重要的参考。
（一）火灾现场数字留存
三维激光扫描仪可以快速获取火灾现场的三维点云数据和全景照片，通过有机融合这些数据，可以1∶1比例重建火灾现场的全景和三维模型，实现较照片、视频更加立体、直观的火灾现场电子数据留存。同时，结合VR设备，调查人员可以在三维实景中以第一人称视角自由漫游，犹如身临其境，更加深入地了解火灾现场的情况，提高火灾调查的质量和效率。该技术不仅可以提供更强的代入感，还可以提供更加直观、全面的火灾现场信息，为调查人员提供更好的决策支持。
（二）线上勘验
火灾现场的环境通常较为恶劣，取证人员长时间在现场工作危险隐患较高；而三维激光扫描仪的工作效率极高，以NavVis VLX3穿戴式三维激光扫描仪为例，单日（8小时）可采集多达20000平方米以上的数据，尽可能减少取证人员在火灾现场的工作时间，降低安全风险的同时，获取的场景信息相较手动测量数据更加丰富和精确，且在某些高度较高，人员无法直接触及的建筑处，扫描仪可以直接获取三维点云数据，以FARO Premium大空间三维激光扫描仪为例，其测距精度可达1mm，最远测程为350米；取证人员在线上即可调阅扫描的点云和影像数据，完成距离、高度、面积等信息的测量；同时一个三维数据可共享使用，避免了取证人员调查重复区域造成的人力资源和时间的浪费。
（三）建筑平面图生成
部分起火建筑往往结构复杂或是经多次施工改造，存在原始图纸与改造后图纸不相对应的情况，给火灾调查取证和勘验笔录的撰写带来了困难。然而，通过三维激光扫描仪获取的建筑三维结构点云模型数据，可以让调查人员更加直观地了解起火建筑结构，在大场景下通过物体燃烧图痕更方便、准确定位起火部位，同时，也可以快速生成真实的二维平面图，与现场环境完全符合。这一技术手段有效地解决了平面图纸与实际建筑物不符的问题，为火灾调查提供了更加准确、可靠的数据支持，帮助调查人员更快、更准确地找出火灾原因。
（四）烟熏痕迹调查
烟熏痕迹是火调人员在开展现场勘验中的一个重要痕迹物证，通过分析火灾现场烟熏痕迹形成的规律及特征，能够证明起火点、蔓延方向、起火方式、可燃物种类、起火时间等重要信息。以FARO Premium大空间三维激光扫描仪为例，其作为一种先进的测量设备，可以获取高精度的现场三维数据和灰度图影像，直观地反映出火灾现场的烟熏痕迹。通过结合这些烟熏痕迹，调查人员可以更加准确地判断出建筑的起火点和火灾的发展变化过程，为火灾调查提供更加准确、可靠的数据支持。
（五）建筑变形监测
建筑物在火场高温和外部环境因素的影响下，可能会发生形变和损坏，特别是在钢结构建筑中，这种情况更为常见和严重。形变会导致建筑物物理强度下降，增加二次坍塌损毁的风险，威胁人员和周边建筑的安全。三维激光扫描仪可以对现场进行高精度三维点云数据的采集和分析。通过对不同时间点的数据进行对比，可以分析出建筑物在此时间段内发生的形变量。同时，通过定期的数据采集，也可以分析建筑物的变形趋势，提前发现和排除安全隐患。这种技术手段为建筑物形变监测提供了更加准确、可靠的方法，保障了调查人员、周边人员和建筑的安全。
（六）火灾物证存档与重现
火灾物证是火灾调查中的重要证据，可以反映出火灾实际情形和起火原因。然而，在采集物证的过程中，如果防范措施不完善，直接接触物证可能会对物证造成破坏，影响调查结果的准确性。因此，非接触式的测量方法成为获取火灾物证的重要手段。三维激光扫描仪作为一种非接触式的测量设备，可以对现场环境和物体进行扫描，获取物证影像和三维点云数据，避免了直接接触物证造成的破坏。同时，通过三维激光扫描仪获取的点云模型可以单独展示并编号存档为电子物证，提供给相关方面进行火灾的各项分析，提高了火灾调查的效率和准确性。
（七）起火部位推算
基于三维激光扫描仪采集的超高分辨率影像和高精度点云数据，结合深度学习中搭建的卷积神经网络，可以通过人为标记火灾痕迹信息，自动分析出建筑的起火点位置。这种技术方法大大提高了火灾调查的效率和准确性，为调查人员提供了更加精准的分析结果，有助于更加快速地找出火灾原因，为火灾防控工作提供了更加有力的支持。
（八）火灾发展过程重现
基于三维激光扫描仪获取的三维点云数据以及相关方面给出的火灾发展过程的判断，可通过动画的方式模拟出火灾从失火到火势蔓延再到救援人员扑救直至火势扑灭的全部流程发展，在动画中可以直观地看到消防救援车辆和消防员的到达时间、位置、运动轨迹等，也可在第一人称下跟随消防员视角体验火灾救援的整个过程，对整个火灾的发生、发展、蔓延有全面的掌握。
（未完待续）（温宗维）
三维激光扫描技术的基本原理
三维激光扫描技术，是集成了三维扫描系统、激光测距系统、SSD存储系统、内部校正和控制系统于一体的现代化新型测绘技术；其原理是通过获取海量带有相对位置信息的激光点云数据，构建被测目标轮廓信息的三维激光点云图像。在实际应用中，在被测物体旁进行三维激光扫描之后就可获得目标表面轮廓的三维点云与坐标信息。
其中，激光测距系统可分为激光脉冲测距法和相位干涉测距法，激光脉冲测距法是指激光发射器向被测目标发射一束超短光脉冲，激光投射到物体并反射，激光接收器收到反射光，系统通过测算从信号发出到信号返回的时间也即光束的飞行时长来确定被测物体与激光器之间的距离，代表设备有NavVis VLX3穿戴式三维激光扫描仪等。相位干涉测距法是指激光发射器会持续向外投射不同波长的红外光。当接触到被测物体后，会反射回到激光接收器，通过测量红外线光波的相位偏移，即可计算出激光发射到目标的距离，代表设备有FARO Premium大空间三维激光扫描仪等。
三维激光扫描技术在火灾调查中的应用
三维激光扫描技术可以有效地获取火灾现场的三维数据，包括建筑物、树木、车辆等目标物体的形状、位置和高度等信息。这些数据可以通过专业软件进行分析和处理，帮助火调人员更好地了解火灾现场的情况，推断火灾发展的过程和原因，为后续的火灾调查提供重要的参考。
（一）火灾现场数字留存
三维激光扫描仪可以快速获取火灾现场的三维点云数据和全景照片，通过有机融合这些数据，可以1∶1比例重建火灾现场的全景和三维模型，实现较照片、视频更加立体、直观的火灾现场电子数据留存。同时，结合VR设备，调查人员可以在三维实景中以第一人称视角自由漫游，犹如身临其境，更加深入地了解火灾现场的情况，提高火灾调查的质量和效率。该技术不仅可以提供更强的代入感，还可以提供更加直观、全面的火灾现场信息，为调查人员提供更好的决策支持。
（二）线上勘验
火灾现场的环境通常较为恶劣，取证人员长时间在现场工作危险隐患较高；而三维激光扫描仪的工作效率极高，以NavVis VLX3穿戴式三维激光扫描仪为例，单日（8小时）可采集多达20000平方米以上的数据，尽可能减少取证人员在火灾现场的工作时间，降低安全风险的同时，获取的场景信息相较手动测量数据更加丰富和精确，且在某些高度较高，人员无法直接触及的建筑处，扫描仪可以直接获取三维点云数据，以FARO Premium大空间三维激光扫描仪为例，其测距精度可达1mm，最远测程为350米；取证人员在线上即可调阅扫描的点云和影像数据，完成距离、高度、面积等信息的测量；同时一个三维数据可共享使用，避免了取证人员调查重复区域造成的人力资源和时间的浪费。
（三）建筑平面图生成
部分起火建筑往往结构复杂或是经多次施工改造，存在原始图纸与改造后图纸不相对应的情况，给火灾调查取证和勘验笔录的撰写带来了困难。然而，通过三维激光扫描仪获取的建筑三维结构点云模型数据，可以让调查人员更加直观地了解起火建筑结构，在大场景下通过物体燃烧图痕更方便、准确定位起火部位，同时，也可以快速生成真实的二维平面图，与现场环境完全符合。这一技术手段有效地解决了平面图纸与实际建筑物不符的问题，为火灾调查提供了更加准确、可靠的数据支持，帮助调查人员更快、更准确地找出火灾原因。
（四）烟熏痕迹调查
烟熏痕迹是火调人员在开展现场勘验中的一个重要痕迹物证，通过分析火灾现场烟熏痕迹形成的规律及特征，能够证明起火点、蔓延方向、起火方式、可燃物种类、起火时间等重要信息。以FARO Premium大空间三维激光扫描仪为例，其作为一种先进的测量设备，可以获取高精度的现场三维数据和灰度图影像，直观地反映出火灾现场的烟熏痕迹。通过结合这些烟熏痕迹，调查人员可以更加准确地判断出建筑的起火点和火灾的发展变化过程，为火灾调查提供更加准确、可靠的数据支持。
（五）建筑变形监测
建筑物在火场高温和外部环境因素的影响下，可能会发生形变和损坏，特别是在钢结构建筑中，这种情况更为常见和严重。形变会导致建筑物物理强度下降，增加二次坍塌损毁的风险，威胁人员和周边建筑的安全。三维激光扫描仪可以对现场进行高精度三维点云数据的采集和分析。通过对不同时间点的数据进行对比，可以分析出建筑物在此时间段内发生的形变量。同时，通过定期的数据采集，也可以分析建筑物的变形趋势，提前发现和排除安全隐患。这种技术手段为建筑物形变监测提供了更加准确、可靠的方法，保障了调查人员、周边人员和建筑的安全。
（六）火灾物证存档与重现
火灾物证是火灾调查中的重要证据，可以反映出火灾实际情形和起火原因。然而，在采集物证的过程中，如果防范措施不完善，直接接触物证可能会对物证造成破坏，影响调查结果的准确性。因此，非接触式的测量方法成为获取火灾物证的重要手段。三维激光扫描仪作为一种非接触式的测量设备，可以对现场环境和物体进行扫描，获取物证影像和三维点云数据，避免了直接接触物证造成的破坏。同时，通过三维激光扫描仪获取的点云模型可以单独展示并编号存档为电子物证，提供给相关方面进行火灾的各项分析，提高了火灾调查的效率和准确性。
（七）起火部位推算
基于三维激光扫描仪采集的超高分辨率影像和高精度点云数据，结合深度学习中搭建的卷积神经网络，可以通过人为标记火灾痕迹信息，自动分析出建筑的起火点位置。这种技术方法大大提高了火灾调查的效率和准确性，为调查人员提供了更加精准的分析结果，有助于更加快速地找出火灾原因，为火灾防控工作提供了更加有力的支持。
（八）火灾发展过程重现
基于三维激光扫描仪获取的三维点云数据以及相关方面给出的火灾发展过程的判断，可通过动画的方式模拟出火灾从失火到火势蔓延再到救援人员扑救直至火势扑灭的全部流程发展，在动画中可以直观地看到消防救援车辆和消防员的到达时间、位置、运动轨迹等，也可在第一人称下跟随消防员视角体验火灾救援的整个过程，对整个火灾的发生、发展、蔓延有全面的掌握。
（未完待续）（温宗维）
