三维激光扫描技术在危岩体变形监测中的应用研究

发布时间：2017-06-27 03:05

  本文关键词：三维激光扫描技术在危岩体变形监测中的应用研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：危岩体的崩塌具有隐蔽性和突发性,一旦发生往往会造成重大人员伤亡与财产损失。对危岩体的变形监测,可以有效地掌握其形变动态,进而采取措施提前预防和减少其造成的危害。但危岩体一般发生在高陡的岩壁上,传统测量方法很难对其进行高效地监测。三维激光扫描技术作为领会领域内的一种新型测绘技术,凭借其高效性、直观性及非接触式测量等特点,在危岩体变形监测领域逐渐得到重视。本文以重庆市武隆县鸡冠岭危岩体为例,研究了三维激光扫描技术在危岩体监测领域中的应用。本文主要工作与成果如下:(1)研究了三维激光扫描技术和危岩体变形监测的国内外发展及研究现状,并阐述了三维激光扫描技术的基本原理、分类、特点及应用领域。(2)本文在介绍迭代最近点匹配技术算法与过程的基础上,以基于等曲率点匹配为预配准算法,配合迭代最近点匹配的配准方法,并详细论述了该配准技术的原理特点与匹配流程。(3)在详细介绍基于MLS的曲面拟合法的基础上,利用MATLAB编程软件实现多期点云数据间的曲面拟合。(4)本文在详述推进波前构网法表面重建方法及区域生长法实现危岩体结构面的识别的基础上,利用模拟测线法和模拟矩形窗口法实现结构面间距和迹长的半自动提取。(5)本文以重庆市武隆县鸡冠岭危岩体为例,对其进行多期数据扫描。首先对扫描的点云数据进行手动去噪,然后将后两期数据与第一期数据分别进行ICP配准和经过预配准的ICP配准,并利用Geomagic软件进行形变量的对比分析。运用MATLAB编程软件将配准后的点云数据进行曲面拟合,并将拟合后的结果与Geomagic软件处理的结果进行对比分析。利用Visual Studio C++软件,通过编程实现部分区域结构面的识别与结构面几何参数的半自动提取。
【关键词】：三维激光扫描 危岩体变形监测 点云数据匹配 曲面拟合 区域生长法 结构面识别
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P227;P642.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.1.1 研究背景9-10
• 1.1.2 研究意义10
• 1.2 国内外研究现状10-13
• 1.2.1 三维激光扫描技术的国内外现状10-12
• 1.2.2 变形监测的研究现状12-13
• 1.3 本文研究的主要内容13-15
• 第二章 三维激光扫描技术15-28
• 2.1 三维激光扫描技术15-22
• 2.1.1 三维激光扫描系统的原理15-18
• 2.1.2 三维激光扫描系统的分类18-22
• 2.2 三维激光扫描系统的特点及应用领域22-25
• 2.2.1 三维激光扫描系统的特点22
• 2.2.2 三维激光扫描系统的应用领域22-25
• 2.3 三维激光Leica scanstation2三维激光扫描器简介25-28
• 2.3.1 扫描系统的硬件组成25-27
• 2.3.2 配套的处理软件Cyclone27-28
• 第三章 三维点云数据的配准及曲面拟合28-46
• 3.1 三维点云数据的配准28-36
• 3.1.1 基于特征配准的优化算法29-31
• 3.1.1.1 最小二乘拟合29-30
• 3.1.1.2 基于曲率特征的匹配算法30-31
• 3.1.2 迭代最近点匹配技术31-36
• 3.1.2.1 ICP算法31-33
• 3.1.2.2 奇异值分解（SVD）算法33
• 3.1.2.3 四元数（Quatemion）算法33-34
• 3.1.2.4 加速ICP算法34-36
• 3.2 基于MLS的危岩体表面曲面拟合36-46
• 3.2.1 移动最小二乘法36-38
• 3.2.2 紧支撑权函数38-41
• 3.2.3 基函数的正交化41-43
• 3.2.4 基于MLS的曲面拟合43-46
• 第四章 结构面识别及几何参数的提取46-56
• 4.1 点云数据三角形网格化表面重建方法46-50
• 4.1.1 点云数据坐标转换方法46-47
• 4.1.2 推进波前构网法表面重建方法47-50
• 4.2 基于区域生长法的结构面识别50-52
• 4.2.1 区域生长法识别似平面区域50-52
• 4.2.2 区域清理与合并52
• 4.3 结构面几何参数的半自动提取52-56
• 4.3.1 危岩体结构面间距的半自动提取53-54
• 4.3.2 危岩体结构面迹长的半自动提取54-56
• 第五章 工程实例56-68
• 5.1 工程概况56-57
• 5.2 数据的获取与预处理57-58
• 5.3 危岩体形变量的计算58-64
• 5.3.1 形变量的计算58-62
• 5.3.2 结果分析62-64
• 5.4 危岩体结构面识别与几何参数半自动提取64-68
• 5.4.1 危岩体表面重建64-65
• 5.4.2 结构面的识别65-66
• 5.4.3 结构面间距与迹长的半自动提取66-68
• 结论与展望68-70
• 总结68-69
• 展望69-70
• 参考文献70-75
• 致谢75

【参考文献】

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本文编号：488352