基于三维激光扫描仪的震后房屋的研究

发布时间：2017-04-16 19:27

  本文关键词：基于三维激光扫描仪的震后房屋的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：地震发生后,对人民生命和财产造成大量的损失,建筑物的倒塌是地震造成人员伤亡的主要原因,地震作用下的建筑物震害特征调查与分析对于震害的研究具有十分重要的意义,以观察为主的传统方式获取的震害信息十分有限,不能保存较为全面的震害场景信息,对于建筑物震害的深入分析存在局限性。然而一些新技术的出现为震害定量研究带来了可能性,遥感技术应用在震后损失评估中取得了很好的效果,为震害损失快速评估提供了重要的依据,但地震的发生是随机性的,当地震发生后,能否及时获取震后的遥感数据对于准确评估震害起着决定性的作用,随着机载LiDAR的出现,能够在第一时间获取震后影像数据,并且有着很高的精度,为震后建筑物损失评估提供了可靠信息,由于机载LiDAR获取地面建筑物的间隔和精度的限制,并且建筑物变形量较小,无法精确反映出震后房屋的变形特征,地基LiDAR克服了以上的缺陷,地面三维激光扫描测量技术较传统技术具有精度高、速度快、真实反映原型并能快速提取相关信息,进行定量分析等优势,以其高精度、高密度、非接触性等优势来研究震后房屋变形特征。结果表明,地面三三维激光扫描技术为震害调查研究工作提供了一种新方法和新思路。作者在2013年4月20日芦山地震后使用Trimble GX200三维激光扫描仪采集了该地区的房屋LiDAR数据,共采集了351个房屋,在MATLAB 2010中完成了房屋点云数据处理,该方法的思想是将房屋分割成一个个单独的墙面,然后转换到墙面坐标系,即垂直于墙面平面方向代表了墙面的变形量。在2014年8月3日鲁甸地震后在此地区进行了数据采集,共采集了325个房屋,并用本文所使用的数据处理方法进行了点云数据处理,结果表明该方法适用于建筑物点云数据处理,有着很高的精度,能够反映出房屋的毫米级的变形信息,数据处理得到的墙面变形图与照片上房屋所呈现的实际变形是一一对应的,但墙面变形图上的变形特征如：倾斜、裂缝、扭曲等与房屋破坏等级无直接关系,本文对房屋处理点云的方法适用于结构规则的房屋,对不规则结构房屋及穿斗木结构、土木结构房屋不适用。通过对五种结构类型不同破坏等级房屋的变形分析,得到震后基本完好、轻微破坏的房屋受地震影响很小,在一些易出现不平整的地方如圈梁、构造柱及窗户、房屋边缘等外,房屋主要的变形量在-1cm-1cm之间,也有一些区域凸凹在2-3cm附近。发生中等破坏以上的房屋,在明显的贯穿裂缝处,变形也在2-3cm附近,有些更小,说明地震造成的房屋变形量较小。给出了一些分析房屋点云的方法,如直方图、等值线图等。
【关键词】：三维激光扫描仪 点云数据处理 房屋变形定量特征 墙面坐标系
【学位授予单位】：中国地震局地质研究所
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P315.9
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 引言10-12
• 1.2 国内外相关研究情况12-17
• 1.2.1 机载LiDAR在震后建筑物识别的研究现状12
• 1.2.2 地面LiDAR应用在变形方面的研究现状12-14
• 1.2.3 地面三维激光扫描仪数据处理流程研究现状14-17
• 1.3 地面三维激光扫描仪应用在震后房屋研究中的难点17
• 1.4 论文的目标17
• 1.5 本文的研究内容与结构17-18
• 第二章 地面三维激光扫描仪简介18-32
• 2.1 地面三维激光扫描仪基本原理18-21
• 2.2 三维激光扫描仪的分类21-22
• 2.3 三维激光扫描仪误差分析22-28
• 2.3.1 仪器误差22-23
• 2.3.2 与目标物反射面有关的误差23-24
• 2.3.3 外界环境影响的误差24-25
• 2.3.4 本文使用的三维激光扫描仪点位精度分析25-28
• 2.4 GX 200仪器使用步骤28-30
• 2.5 三维激光扫描仪的应用30-32
• 第三章 三维激光扫描仪在震后房屋研究中的应用32-45
• 3.1 研究区域概况32-34
• 3.2 数据获取34-36
• 3.3 数据预处理36-39
• 3.4 坐标系转换39-45
• 第四章 五种结构类型墙面变形分析45-88
• 4.1 震前房屋46-47
• 4.2 砖混结构47-57
• 4.2.1 砖混结构基本完好类型47-49
• 4.2.2 砖混结构轻微破坏类型49-50
• 4.2.3 砖混结构中等破坏类型50-54
• 4.2.4 砖混结构严重破坏类型54-56
• 4.2.5 砖混结构毁坏类型56-57
• 4.3 无构造柱砖混结构57-65
• 4.3.1 基本完好类型58-59
• 4.3.2 轻微破坏类型59-60
• 4.3.3 中等破坏类型60-61
• 4.3.4 严重破坏类型61-64
• 4.3.5 毁坏类型64-65
• 4.4 砖木结构65-71
• 4.4.1 砖木结构基本完好类型65-66
• 4.4.2 砖木结构轻微破坏类型66-67
• 4.4.3 砖木结构中等破坏类型67-68
• 4.4.4 砖木结构严重破坏类型68-71
• 4.5 穿斗木结构71-72
• 4.6 框架结构72-75
• 4.6.1 框架结构基本完好类型73
• 4.6.2 框架结构轻微破坏类型73-74
• 4.6.3 框架结构中等破坏类型74-75
• 4.7 与鲁甸地区房屋变形对比75-88
• 4.7.1 砖混结构房屋变形图77-82
• 4.7.2 砖木结构房屋变形图82-84
• 4.7.3 框架结构房屋变形图84-88
• 第五章 数据分析方法88-95
• 5.1 墙面变形范围分析88-91
• 5.2 变形量最值分析91
• 5.3 简单结构房屋的倾斜分析91-93
• 5.4 直方图93-94
• 5.5 等值线图94
• 5.6 不规则格网墙面变形图94-95
• 第六章 结论与讨论95-97
• 参考文献97-102
• 致谢102-103
• 附录103
• 硕士期间完成的论文103

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本文编号：311531