三维空间影像技术在地质工程中的综合应用研究

发布时间：2017-03-25 22:01

  本文关键词：三维空间影像技术在地质工程中的综合应用研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在科技日新月异的今天,地质工程调查的主要手段还是以罗盘、皮尺等方式来采集现场数据,这种方法不但工作量大、效率较低,而且得到的数据准确性较差。山高坡陡的地质勘察工作艰苦并且危险,在施工期间,开挖、运渣、支护工作往往同时进行,很难为调查人员提供充裕的时间和安全的空间进行详细的现场地质调查。另外,我国是地质灾害发生十分频繁和严重的国家,及时、准确的获得地质灾害点的基本地质信息,为抢险救灾及地质灾害治理争取宝贵时间。以上这些问题都向传统地质勘测手段提出的挑战与要求。所有这些,都需要在现场地质调查工作中引进快速、高效,且对地形条件有很强适宜性的调查技术。三维空间影像技术是指能够远距离、无接触、高精度、高密度、快速便捷的获取目标物体的三维空间数据,主要包括了三维激光扫描技术和数字摄影测量技术。三维空间影像技术可以解决工程地质勘测所遇到的诸多难题,但是新技术方法的应用还存在很多不足、还需要大量的研究和完善。本论文基于三维空间影像技术特点研究在地质工程中的综合应用,主要取得了如下成果:(1)分别对三维激光扫描、数字摄影测量技术的应用发展现状进行了概括和总结,详细的阐述了其工作原理和技术特点;提出了在地质工程应用中三维激光扫描技术与数字摄影测量技术的融合方法,充分发挥两种三维空间获取技术的优势、互相补充完善;(2)论述了三维空间影像技术的数据获取流程及数据处理方法,涵盖了大量实际操作经验的总结与归纳;针对三维激光扫描现场数据获取阐述了扫描设备机位点的选择与优化原则、彩色点云数据获取方法及注意事项、点云数据灰度信息的使用、根据扫描目的设定采样间距与时间的关系;在三维激光扫描数据处理的分析中,讨论了彩色信息配准、系统坐标转换、植被噪音数据剔除等内容;基于数字摄影测量技术,从近景摄影测量和无人机低空摄影测量的不同角度对数据获取的方法进行了总结与研究,阐述了在相机设置、拍摄方法、无人机航线规划等方面的经验与技巧;(3)、研究了三维空间影像技术在地形测量中的应用,分析了海量点云数据的抽稀与提取方法,结合传统测量技术要求讨论了点云数据的测点间距,并对地形图绘制方法、等高线与地物匹配、图像分幅等内容进行了阐述,基于三维空间数据的处理探讨了地形三维模型的建立方法;(4)基于三维空间影像技术的岩体结构地质编录方法进行了大量的研究工作。分析了三维点云数据结构面识别方法;在结构面点云识别前提下讨论了结构面的提取方法,提出了平面方程拟合岩体结构面空间发育特征,并针对结构面空间不同的出露特征进行提取进行了研究;推导了平面拟合结构面产状的计算方法,并根据工程实际需求,在三维点云处理通用软件Polyworks中开发了结构面自动识别与产状计算的插件程序。另外,开发了利用识别的结构面数据生成地质上常用的玫瑰花图插件;(5)阐述了三维空间影像技术在地质工程中的综合应用,研究包括了危岩体、滑坡、泥石流等灾害勘察,根据不同的灾害特点分别论述了三维空间影像技术的应用情况及方法,同时也研究了该技术在地下硐室、隧道中的应用;另外,还讨论了该技术在钻孔岩芯的数字化存储、物理模型试验中的应用;探讨了基于三维激光扫描技术在变形监测方面的应用研究。通过研究成果可以得出三维空间影像技术具有很强的工程适用性,将先进的三维空间影像技术与地质工程领域的传统调查方法相结合,理论与实践、技术与方法、创新与传统的融合,在工程地质测绘中开展综合应用研究,具有重要的学术价值与现实意义。
【关键词】：三维空间影像技术 三维激光扫描 数字摄影测量 三维点云
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP391.41
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-13
• 第1章 引言13-22
• 1.1 选题依据及研究意义13-15
• 1.2 国内外研究现状15-18
• 1.2.1 三维激光扫描技术研究发展现状15-17
• 1.2.2 数字摄影测量学研究发展现状17-18
• 1.3 研究内容及技术路线18-20
• 1.3.1 主要研究内容18-19
• 1.3.2 研究手段及技术路线19-20
• 1.4 论文主要创新点20-22
• 第2章 三维空间影像技术概述22-55
• 2.1 三维激光扫描技术概述22-32
• 2.1.1 三维激光扫描技术22
• 2.1.2 三维激光扫描技术的基本原理22-24
• 2.1.3 三维激光扫描技术的分类24-28
• 2.1.4 三维激光扫描技术的基本技术指标28-29
• 2.1.5 三维激光扫描技术与传统空间测量技术的对比分析29-30
• 2.1.6 三维激光扫描技术误差分析30-32
• 2.2 摄影测量技术概述32-42
• 2.2.1 摄影测量的发展历史32-34
• 2.2.2 数字摄影测量的基本原理34-39
• 2.2.3 摄影测量技术的分类39
• 2.2.4 摄影测量技术的基本技术指标39-40
• 2.2.5 摄影测量技术误差分析40-42
• 2.3 三维空间影像技术数据成果形式42-45
• 2.3.1 三维点云数据42-44
• 2.3.2 三维数字模型44-45
• 2.4 三维激光扫描与摄影测量技术融合方法研究45-55
• 2.4.1 三维空间坐标校准融合46-50
• 2.4.2 三维点云数据匹配融合50-55
• 第3章 三维空间影像数据获取与处理方法研究55-95
• 3.1 三维激光扫描点云数据获取方法研究55-65
• 3.1.1 三维点云数据现场获取工作流程55-57
• 3.1.2 三维激光扫描机位点的选择与优化57-62
• 3.1.3 三维点云数据彩色信息与灰度值62-64
• 3.1.4 三维点云数据的采样间距与扫描时间64-65
• 3.2 三维激光扫描点云数据处理方法研究65-86
• 3.2.1 三维点云数据拼接66-70
• 3.2.2 三维点云数据彩色信息配准70-74
• 3.2.3 三维点云数据的坐标校准74-76
• 3.2.4 三维点云数据中的植被剔除方法76-86
• 3.3 数字近景摄影测量数据获取方法研究86-89
• 3.3.1 现场工作流程86-87
• 3.3.2 相机拍照的技术方法87-89
• 3.4 无人机低空摄影测量数据获取方法研究89-95
• 3.4.1 无人机低空摄影测量平台概述89-90
• 3.4.2 无人机航线规划的原则与方法90-93
• 3.4.3 数码相机的基本设置93-94
• 3.4.4 地面坐标控制点的设置方法94-95
• 第4章 三维空间影像技术在地形测量中的应用研究95-113
• 4.1 传统地形测绘方法概述95-96
• 4.1.1 有棱镜测量96
• 4.1.2 免棱镜测量96
• 4.2 基于三维空间影像技术地形海量点云数据的处理方法96-100
• 4.2.1 基于不同比例尺地形图的点云数据的抽稀与提取97-98
• 4.2.2 不同比尺地形图的测点间距选择98
• 4.2.3 基于地形三维空间点云数据的地形图绘制98-99
• 4.2.4 地形图等高线及地物匹配99
• 4.2.5 地形图分幅99-100
• 4.3 地形三维模型的建立100-106
• 4.3.1 传统地形图三维模型化方法100-104
• 4.3.2 基于三维点云数据的地形模型化方法104-106
• 4.4 应用案例分析106-113
• 4.4.1 基于三维激光扫描数据的地形图测量106-108
• 4.4.2 基于无人机航拍的地形图测量108-113
• 第5章 三维空间影像技术在岩体结构地质编录中的应用研究113-134
• 5.1 岩体结构面三维点云数据的识别方法113-116
• 5.1.1 基于三维点云数据中的结构面几何形态判识114-116
• 5.1.2 基于三维点云数据中的结构面色彩信息判识116
• 5.2 岩体结构面三维点云数据的提取方法116-124
• 5.2.1 结构面空间形态提取方法研究117-123
• 5.2.2 结构面空间出露迹线提取方法研究123-124
• 5.3 岩体结构面产状的计算方法124-128
• 5.3.1 结构面产状的计算原理125-126
• 5.3.2 结构面产状计算的计算机编程126-127
• 5.3.3 结构面产状自动统计分析编程127-128
• 5.4 岩体结构快速辅助地质编录方法128-134
• 5.4.1 快速地质编录128-132
• 5.4.2 现场复核及补充地质调查132-134
• 第6章 三维空间影像技术在地质测绘中的应用研究134-179
• 6.1 基于三维空间影像技术危岩体调查方法研究134-139
• 6.1.1 基于三维空间影像技术危岩体的识别与提取134-135
• 6.1.2 危岩体几何尺寸的量测135-136
• 6.1.3 危岩体裂缝调查136-137
• 6.1.4 危岩体结构组合特征调查137
• 6.1.5 危岩体不利结构面产状量测137-139
• 6.1.6 危岩体勘察图件的生成139
• 6.2 基于三维空间影像技术滑坡调查方法研究139-149
• 6.2.1 基于三维空间影像数据滑坡调查的基本内容140-146
• 6.2.2 三维空间影像技术在滑坡应急抢险中的应用146-147
• 6.2.3 滑坡多期三维空间影像技术的对比分析147-149
• 6.3 基于三维空间影像技术泥石流调查方法研究149-156
• 6.3.1 基于三维激光扫描技术的泥石流调查149-154
• 6.3.2 基于无人机摄影测量的泥石流调查154-156
• 6.4 基于三维空间影像技术的隧道、地下硐室测量方法研究156-163
• 6.4.1 地下空间三维点云数据获取156-158
• 6.4.2 地下三维空间分布特征研究158-159
• 6.4.3 地下隧道、硐室岩体结构调查159-163
• 6.5 基于三维空间影像技术钻孔岩芯存储方法研究163-165
• 6.5.1 钻孔岩芯的保存意义163
• 6.5.2 钻孔岩芯三维空间影像数据的存储163-165
• 6.6 基于三维空间影像技术物理模型测量方法研究165-171
• 6.6.1 三维空间影像技术在物理模型试验中的意义166
• 6.6.2 三维空间影像技术在离心机模型试验中的应用166-169
• 6.6.3 三维空间影像技术在泥石流冲刷模型试验中的应用169-171
• 6.7 基于三维空间影像技术变形监测方法研究171-179
• 6.7.1 基于三维空间影像技术变形监测原理171-173
• 6.7.2 三维空间影像技术在滑坡变形监测中的应用173-176
• 6.7.3 三维空间影像技术在危岩体变形监测中的应用176-177
• 6.7.4 三维空间影像技术在地面沉陷变形监测中的应用177-179
• 结论179-181
• 致谢181-182
• 参考文献182-188
• 攻读学位期间取得学术成果188

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 朱凌;石若明;;地面三维激光扫描点云分辨率研究[J];遥感学报;2008年03期

  本文关键词：三维空间影像技术在地质工程中的综合应用研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：267817