基于地面三维激光扫描的滑坡变形监测

发布时间：2020-08-07 23:50

【摘要】：滑坡是日常生活中常见的地质灾害,滑坡的发生往往导致生命财产的巨大损失。对滑坡提前进行有效的监测,采取应对措施,可以预防和降低滑坡灾害带来的损失。三维激光扫描技术可以主动地、非接触地获取滑坡表面的三维空间点云数据,与传统测量获取滑坡表面主要部位的单点信息相比,三维激光扫描可以获取滑坡表面大量真实、精度较高的数据,对滑坡变形进行准确分析提供了有利的保障,在滑坡监测中具有较大的优势。本文将地面三维激光扫描技术应用于滑坡变形监测中,主要对以下问题进行了实验研究:1.介绍了三维激光扫描仪系统的关键技术。主要介绍了激光测距原理、精密测角原理、动态扫描原理和坐标值获取原理;实验验证不同拼接方法的精度,分析各自方法的优缺点及适用范围;对点云数据处理中的点云拼接、点云滤波和模型建立进行了研究。2.针对体素生长滤除滑坡植被效果不好的特点,依据点云空间分布特征,对获取的点云数据进行坐标转换,提出了改进的体素生长算法。实验表明,改进的体素生长算法对平坦区域和滑坡上的植被滤除都有较好效果,滤除植被后Ⅰ类误差远大于Ⅱ类误差。3.针对滑坡变形分析结果无法同时具备直观和定量分析的特点,提出了运用色谱统计分析两期点云在三维坐标方向变形量的方法,运用高斯曲线拟合对统计数据进行分析,得到三个坐标方向上的偏差。实验表明,与传统的分析表达结果比较,色谱统计分析变形方法更能直观、定量的对滑坡上点云变形进行分析。4.研究分析了地面三维激光扫描仪在滑坡变形监测中的实际应用,利用扫描获取的两期点云数据,运用基于点、线、面的方法对滑坡变形进行分析,为三维激光扫描在滑坡变形监测中数据处理提供了思路。5.针对高山陡坡地区地形条件下滑坡顶部数据很难获取的特点,将无人机航测和地面三维激光扫描仪联合应用于滑坡监测中。将二者采集的滑坡数据进行配准,实验表明,将无人机航测技术与三维激光扫描技术联合,可以提高无人机航测数据精度,以便更好地应用于数据采集不利的高山陡坡地区。
【学位授予单位】：战略支援部队信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P642.22
【图文】：

对中整平,扫描仪,标靶

图 2-7 扫描仪对中整平于公共标靶和基于特征点匹配算阵T ，使得两站扫描数据点对（pi p P，i q Q， 0i iTp q 的点云集，和iq 分别为其中的述方程求解是比较困难的。为解决差最小。通过计算机遍历搜索，221minPNi i i i iiTp q q Tp q ，的拼接方式，是在待测物表面或标的统一。扫描时，要将标靶适当

标靶,隧道

的旋转和平移矩阵T ，使得两站扫描数据点对（ip ，iq ）满足以i p P，i q Q， 0i iTp q 和Q是分站扫描的点云集，和iq 分别为其中的点。由于缺少相变换矩阵，上述方程求解是比较困难的。为解决此问题，我们可公式（2-7）误差最小。通过计算机遍历搜索，求解出对应点对221minPNi i i i iiTp q q Tp q ，靶的拼接拼接是精度较高的拼接方式，是在待测物表面或者周围通过布设制点，实现坐标的统一。扫描时，要将标靶适当的放置，保证相到三个以上标靶。常用的标靶有平面标靶和球形标靶，在数据处靶中心或者球面标靶球心进行拼接。运用 Riegl VZ-400 对地铁隧为基于标靶拼接得到点云数据，拼接误差分别为 1.1mm、0.5mm

同名点,点云

图 2-9 同名点的选取图 2-10 两站扫描数据拼接完整图证该拼接方法的精度，进行了如上图的实验。将获取的两站楼体扫描动拼接命令，选择好基准站数据和待拼接站数据，选取两幅点云数据中对（图 2-9），得到两幅点云拼接后的点云（图 2-10），拼接精度为 2.无特征的拼接特征的拼接，不需要运用标靶点或者选取共同的特征点，利用初始点点云之间的拼接。无特征的拼接最基本算法是由 Besl[47]等提出的迭代

【参考文献】