地球表面形态是在内、外力长期作用下不断塑造的结果：风蚀洼地、沙丘、沙垄、戈壁等地貌的形成与演化，均源于风力侵蚀、搬运与堆积作用。为直观理解风沙地貌的发育过程，地貌学家发展了 “丝杠推沙物理模拟实验” 方法 —— 将沙子装入透明模型箱，通过丝杠传动系统匀速推沙，模拟风力输沙过程，再现沙丘、沙纹、风蚀堆积等地貌形态的形成演化。

丝杠推沙物理模拟实验现场

传统丝杠推沙实验主要依靠肉眼观察、相机拍照与人工测量，难以获取高精度三维地形数据，对沙丘高度、坡度、移动速率等关键指标的定量分析精度不足，制约了实验结果与野外风沙地貌的精准对比，成为教学直观性与科研定量化的主要瓶颈。                                       

 GOM Scan 1：突破松散材料三维测量瓶颈

蔡司 GOM Scan 1 采用结构光投影技术，通过蓝色 LED 光源向被测沙体表面投射条纹图案，并由两台高分辨率工业相机同步捕捉变形条纹。设备可在数分钟内完成推沙沙盘全域扫描，精确记录沙面起伏、沙丘形态、沙垄走向及风蚀洼地轮廓等细节，即使微小沙纹、坡面转折与堆积边界也能清晰呈现。

丝杠推沙物理模拟实验-沙盘三维扫描现场

配套的GOM Inspect Suite软件提供一键扫描、自动去噪与网格优化，可快速完成三维数据处理，并自动生成标准化检测报告，直观呈现尺寸偏差、形位公差等检测结果，大幅提升检测效率与数据可靠性。

丝杠推沙物理模拟实验-沙盘三角网格数据

丝杠推沙物理模拟实验-沙盘三角网格数据

蔡司三维扫描仪与砂箱模拟系统的协同应用，构建起“物理模拟—三维扫描—数字建模—定量分析”的全流程实验体系，形成了独特的教学科研新模式。

丝杠推沙物理模拟实验-沙盘三维模型

丝杠推沙物理模拟实验-沙盘三维模型                                                         

教学层面：实现沉浸式、交互式地质教育

丝杠推沙模拟实验可实现单向输沙、往复变向、变速推沙等多种工况模拟，是研究地表风沙运动、沙丘发育与地貌演化的重要实验手段。在新体系下，学生不再局限于书本与图片，而是亲身参与沙层铺设、丝杠推沙参数设置与地貌发育全过程。

丝杠推沙物理模拟实验-沙盘三维模型

当通过丝杠装置推移沙体形成沙纹、新月形沙丘或沙垄后，可立即使用蔡司扫描仪完成三维建模，在电脑上直观查看地貌三维形态，测量沙丘高度、迎风坡与背风坡坡度，计算沙体搬运量与堆积范围。

丝杠推沙物理模拟实验-沙盘三维模型

教师可对比展示多组实验数据，分析不同推沙速度、沙粒粒径下的地貌形态差异，并将扫描数字地形与野外真实风沙地貌剖面叠加对照，帮助学生直观理解 “室内模型” 与 “野外实景” 的对应关系。此外，高精度三维模型还可用于虚拟教学，学生通过可视化方式 “置身” 地貌场景，观察沙体堆积结构与空间分布，大幅提升对复杂风沙地貌知识的理解效率，打破传统教学中 “难观察、难测量、难对比” 的局限。

丝杠推沙物理模拟实验-沙盘检测数据

科研层面：助力区域地质精准研究

依托该系统，科研团队可针对沙漠化演化、铁路公路防沙、风沙灾害防治、行星类比地貌等课题开展实验研究。通过模拟不同风速与风向条件下的沙粒运移过程，利用蔡司扫描仪捕捉不同阶段沙丘形态、迁移路径与堆积范围，定量分析风沙运动规律及其对地表工程的影响。

丝杠推沙物理模拟实验-沙盘检测数据

针对不同粒径沙体、不同初始地形条件，模拟沙体堆积形态与风蚀改造特征，结合扫描数据解析沙体空间分布规律与地形演化速率，为风沙灾害防治、沙漠生态修复、野外工程选址提供实验依据。

丝杠推沙物理模拟实验-沙盘检测数据

此外，扫描获取的高密度点云与三维地形数据可永久存档，构建风沙地貌模拟数字样本库，为长期对比研究、成果复用与数据共享提供支撑，推动风沙地貌研究从 “定性描述” 迈向 “数据驱动、定量解析”。

丝杠推沙物理模拟实验-沙盘检测数据

本期小结

蔡司 GOM Scan 1 蓝光三维扫描仪的引入，为丝杠推沙风沙地貌模拟实验带来了实质性技术革新。其微米级测量精度、高速数据采集能力和完全非接触的工作方式，将传统以定性观察为主的推沙模拟实验，提升至精确定量分析的新阶段。

该方案可广泛应用于风沙地貌研究、沙漠化监测、工程防沙设计、土壤侵蚀与行星地貌类比等领域，通过精准复现风沙地貌演化过程、量化分析地形形态特征，为相关领域科研与工程实践提供可靠实验支撑，助力地貌学研究的数字化与精细化发展。

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