基于三维激光扫描技术的滑坡监测应用研究
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摘要
我国是一个地理环境特殊,地质条件比较复杂的国家,滑坡等自然灾害现象严重。滑坡监测是监测滑坡及预测的重要技术手段,目前三维激光扫描技术已应用于变形监测(如滑坡监测)之中,基于三维激光扫描技术的滑坡监测不仅可以减轻人员劳动强度,缩短作业时间,而且扫描得到的点云数据经处理及建模后可以得到滑坡体地表的整体变化信息,弥补了传统监测方法的不足,必将成为变形监测中的重要技术手段。
本文介绍了三维激光扫描技术的国内外的研究现状及其发展,分析了滑坡变形监测各种技术方法的原理及其优缺点,详细阐述了地面三维激光扫描系统的工作原理、系统的集成及特点、主要应用的领域,探讨了点云数据处理的流程及方法。结合黄河小浪底4#公路滑坡监测三维激光扫描数据的应用试验,通过点云数据处理得到滑坡体表面变形监测观测墩中心的三维坐标,并将其与传统方法的监测结果进行了比较。分析讨论了Leica ScanStation2激光扫描仪作业时可能产生的误差及其对点云数据扫描精度的影响,分析了三维激光扫描技术结合RTK的作业方式的点云数据特点及其监测精度,提出一些对策与措施。
Our country is a geographical environment is special, the geological condition quite complex country, the landslide and so on natural disaster phenomenon is serious. The landslide monitor is monitors the landslide and the forecast important technological means that at present the three dimensional laser scan technology has applied in the distortion monitor (for example landslide monitor), not only may reduce the personnel labor intensity based on the three dimensional laser scan technology's landslide monitor, reduces the operating time, moreover scans the spot cloud data which obtains after processing and the modelling may obtain the landside mass surface whole change information, has made up the tradition monitoring method insufficiency, will certainly to become in the distortion monitor the important technological means.
This thesis introduced the three dimensional laser scan technology's domestic and foreign research present situation and the development, analyzed the landslide distortion to monitor each computing technique the principle and the good and bad points, elaborated in detail the ground three dimensional laser scanning system's principle of work, system's integration and the characteristic, the main application's domain, has discussed the cloud data processing flow and the method. Unifies the Yellow River Xiaolangdi 4# road landslide monitor three dimensional laser scan data the maintenance test, the initial point cloud data processing obtains the landside mass areal deformation monitor observation pillar center three dimensional coordinate, and has carried on it with conventional routes' monitoring result the comparison. The analysis discussed Leica when the ScanStation2 laser scanner work possibly produces erroneous and the point cloud data scanning precision's influence, analyzed the three dimensional laser scan technology to unify RTK the operating type point cloud data characteristic and the monitor precision, proposed some countermeasures and the measure.
本文介绍了三维激光扫描技术的国内外的研究现状及其发展,分析了滑坡变形监测各种技术方法的原理及其优缺点,详细阐述了地面三维激光扫描系统的工作原理、系统的集成及特点、主要应用的领域,探讨了点云数据处理的流程及方法。结合黄河小浪底4#公路滑坡监测三维激光扫描数据的应用试验,通过点云数据处理得到滑坡体表面变形监测观测墩中心的三维坐标,并将其与传统方法的监测结果进行了比较。分析讨论了Leica ScanStation2激光扫描仪作业时可能产生的误差及其对点云数据扫描精度的影响,分析了三维激光扫描技术结合RTK的作业方式的点云数据特点及其监测精度,提出一些对策与措施。
Our country is a geographical environment is special, the geological condition quite complex country, the landslide and so on natural disaster phenomenon is serious. The landslide monitor is monitors the landslide and the forecast important technological means that at present the three dimensional laser scan technology has applied in the distortion monitor (for example landslide monitor), not only may reduce the personnel labor intensity based on the three dimensional laser scan technology's landslide monitor, reduces the operating time, moreover scans the spot cloud data which obtains after processing and the modelling may obtain the landside mass surface whole change information, has made up the tradition monitoring method insufficiency, will certainly to become in the distortion monitor the important technological means.
This thesis introduced the three dimensional laser scan technology's domestic and foreign research present situation and the development, analyzed the landslide distortion to monitor each computing technique the principle and the good and bad points, elaborated in detail the ground three dimensional laser scanning system's principle of work, system's integration and the characteristic, the main application's domain, has discussed the cloud data processing flow and the method. Unifies the Yellow River Xiaolangdi 4# road landslide monitor three dimensional laser scan data the maintenance test, the initial point cloud data processing obtains the landside mass areal deformation monitor observation pillar center three dimensional coordinate, and has carried on it with conventional routes' monitoring result the comparison. The analysis discussed Leica when the ScanStation2 laser scanner work possibly produces erroneous and the point cloud data scanning precision's influence, analyzed the three dimensional laser scan technology to unify RTK the operating type point cloud data characteristic and the monitor precision, proposed some countermeasures and the measure.
引文
[1]周平根.滑坡监测的指标体系与技术方法[J].地质力学学报,2004,(1)：20-22
[2]范海英,杨伦等.Cyra三维激光扫描仪的工程应用研究[J].矿山测量,2004,(3)：16-18
[3]郑德华,雷伟刚.地面三维激光扫描测量技术[J].铁路航测,2003,(2)：26-28
[4]朱建军,贺跃光,曾卓乔.变形监测的理论与方法[M].湖南：中南大学出版社,2004
[5]黄声享,尹晖,蒋征.变形监测数据处理[M].武汉：武汉大学出版社,2003
[6]何秀凤.变形监测新方法及其应用[M].北京：科学出版社,2007
[7]马立广.地面三维激光扫描测量技术研究[D].武汉：武汉大学,2005
[8]郑德华.三维激光扫描数据处理的理论与方法[D].上海：同济大学.2005
[9]张凯.三维激光扫描数据的空间配准研究[D].南京：南京师范大学.2008
[10]宋宏.地面三维激光扫描测量技术及其应用分析[J].测绘技术装备,2008,(2)：40-43
[11]周朝义,胡建军,李引生,周光奎.黄河小浪底工程滑坡监测的GPS数据分析[J].黄河水利职业技术学院学报,2002,(3)：1-3
[12]林明华.机载激光雷达点云数据处理理论与应用研究[D].武汉：武汉大学,2008
[13]董秀军.三维激光扫描技术及其工程应用研究[D].成都：成都理工大学.2007
[14]卫建东.现代变形监测技术的发展现状与展望[J].测绘科学,2007,(6)：10-13
[15]J.Clark,S.Robson. Accuracy of Measurements Made With A CYRAX2500 Laser Scanner Against Surfaces of Known Colour.2003
[16]杨映红.永久散射体干涉测量技术在三峡滑坡监测中的应用[D].山东：山东科技大学.2007
[17]罗建评.虚拟主站RTK结合三维雷射扫描仪之精度提升研究[D]台湾：国立交通大学.2006
[18]郑德华,沈云中,刘春.三维激光扫描仪及其测量误差影响因素分析[J].测绘工程,2005,(2)：32-34
[19]钱树波.全站仪在滑坡监测中的实践[J].浙江交通职业技术学院学报,2005,(1)：20-22
[20]张宝利.单历元似单差GPS模型在滑坡监测中的应用及滑坡变形分析[D].陕西：长安大学.2006
[21]王花光.GPS技术在西攀高速公路滑坡监测中的应用[D].成都：西南交通大学.2007
[22]杨艳锋.GPS定位技术在变形监测中的应用[D].云南：昆明理工大学.2007
[23]范青松,汤翠莲,陈于,张晓东.GPS与InSAR技术在滑坡监测中的应用研究[J].测绘科学,2006,(5)：60-62
[24]支秉荣.全球定位系统与三维雷射扫描应用于变形监测之研究[D].台湾：国立交通大学.2005
[25]田丰,秦奋,焦学军.LRIS-3D系统在高精度DEM建立中的应用[J].电子测量技术,2008,(2)：167-169
[26]戴升山,李田凤.地面三维激光扫描技术的发展与应用前景[J].电子测量技术,2009,(4)：11-15
[27]张毅,闫利,崔晨风.地面三维激光扫描技术在公路建模中的应用[J].测绘科学,2008,(5)：100-102
[28]马立广.地面三维激光扫描仪的分类与应用[J].地理空间信息,2005,(3)：60-62
[29]罗德安,朱光,陆立,廖丽琼.基于3维激光影像扫描技术的整体变形监测[J].测绘通报,2005,(7)：40-42
[30]李清泉,李必武,陈静.激光雷达测量技术及其应用研究[J].武汉测绘科技大学学报,2000,(5)：387-392
[31]Krabill W B, Collins J G, Link L E, et al. Airborne Lase Topographic Mapping Results. Photogrammetric Engineering and Remote Sensing,1984,50(6):685～694。
[32]赵国梁,岳建利,余学义,赵兵朝,张慧军.三维激光扫描仪在西部矿区采动滑坡监测中的应用研究[J].矿山测量,2009,(3)：29-31
[33]李秋,秦永智,李宏英.激光三维扫描技术在矿区地表沉陷监测中的应用研究[J].煤炭工程,2006,(4)：97-98
[34]王静,贾东振,何秀凤.激光扫描数据后处理若干关键技术研究[J].中国科技论文在线,2005,(3)：1-9
[35]张瑞菊,王晏民,李德仁.快速处理大数据量三维激光扫描数据的技术研究[J].测绘科学,2006,(5)：93-94
[36]黎明.三维激光测量技术及应用研究[D].浙江：浙江大学.2005
[37]周源.基于三维激光扫描的近景摄影测量系统的研究[D].河南：中国人民解放军信息工程大学.2004
[38]袁夏.三维激光扫描点云数据处理及应用技术[D].南京：南京理工大学.2006
[39]Lindenberger J. Laser-Profilmessungen zur Topog—raphischen Gelandeaufnahme [c]. Deutsche Geodatische Kommission, Munich,1993
[40]张正禄.工程测量学[M].武汉：武汉大学出版社,2002
[41]孔祥元,梅是义.控制测量学[M].武汉：武汉大学出版社,1996
[42]顾孝烈,鲍峰,程效军.测量学[M].上海：同济大学出版社,1990
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