原创《变形监测中地面三维激光扫描技术的应用》：这是一篇与变形论文范文相关的免费优秀学术论文范文资料,为你的论文写作提供参考。
摘 要：地质灾害作为一种自然灾害,一旦在没有防控的情况下发生,就会造成巨大的损失,为了准确对地质灾害进行防控,本文特介绍了一种地面三维激光扫描技术在变形监测中的应用,并且提出了对变形结果进行分析的两种方法,并通过试验验证了方法的可行性.此技术相较于传统的检测技术具有诸多的优点,是一种可以有效作为变形监测的方法.
关键词：变形监测；三维激光扫描技术；扫描仪
1.引言
我国地域辽阔,地质条件相对复杂,所以也是地质灾害最严重的国家,因此研究人员针对此问题,研究出了多种方法对地质进行监测,以此来减少地质灾害造成的影响.现今在对其进行监测时,使用的是地面三维激光扫描仪的方法,而且相关人员也会对其进行了研究分析,经过分析之后表明了其可行性.
2.三维激光测量技术的应用
2.1选择地面三维激光扫描仪
在变形测量的过程中使用地面三维激光的方式有着诸多的优点,其不仅可以提升监测的效率,还可以保证监测的精度.而对于扫描仪的型号,随着其应用范围的扩大,也变的越来越多.包括有Trimble、Leica等,其不同的型号也存在有较大的差异,所以,在实际的变形监测当中一定要结合具体的要求也进行仪器的筛选.在对边坡的变形进行监测时,由于需要进行大范围的测量,所以在测程的选择上应该选择测程相对较大的仪器,诸如VZ-400扫描仪.
2.2点云数据的拼接
该扫描仪对监测对象进行扫描时,需要搭设的多个测站,然后获取每一个测站的点云数据,由于测站的局部坐标系存在差异,因此在对获取到的数据进行分析时,需要先将不同的点云数据进行拼接,然后将其展示到一个相同的坐标系上,对点云数据进行具体地分析对比,之后对变形情况进行分析.为了对不同的坐标系进行统一,通常使用的方法有两种,一种是先对不同的测站进行数据的配准,然后测出大地坐标,坐标的数量不得低于三个,随后将已经配准过的数据直接在大地坐标上进行转换.第二种是在每一个搭建的测站上都布置大地坐标,然后将数据直接进行转换,最后进行对比分析.
3.变形分析的方法
3.1方法介绍
在使用该技术对变形的情况进行监测时,主要是利用点云数据进行比较,具体是在不同时期下对对象进行监测,然后获取到相关的点云数据,将获取到的点云数据进行比较,通过比较找出发生变化的信息,然后对这些信息数据进行分析,进而实现对变形情况的监测.
3.2点云之间的比较
利用点云直接进行比较,是先在不同时期下获得点云数据,然后对这些数据作差,以此来获得监测对象具体的形变量,常用的方法有三种：一是最佳拟合面；二是Haus-dorff距離法；三是平均距离法.但是后两者在使用的过程中容易受数据质量影响,因此本文主要是对最佳拟合面法进行分析,并以此来对点云数据问存在的差异进行提取.该方法的具体步骤分为四步,第一步是先获取到两期的点云数据,之后对选定的数据进行滤波处理,以此来清除在监测过程中测得的噪声点.第二步是建立针对性的索引结构,如格网索引以及八叉树等,以此来提升对数据的查找效率.第三步是对于所选择第二期的点,在之前一期中K邻域进行查找.第四步是利用K邻域点制作成平面.然后对其他需要分析的点到平面的距离进行计算,将计算的结果与阈值进行对比,距离大于该值,则将其视为变化点.
3.3点云模型之间的比较
模型之间对比相较于上文的方法,多了一个过程,就是在获得监测对象的点云数据之后,先按照这些点云数据建立相关的模型,其次直接对模型进行求差,或者比较其相关的关系,以此来对监测中产生的变量信息进行提取.在对地形数据进行提取时,可以先根据数据制作成DEM模型,然后在该模型上对变量进行提取.具体的模型比较步骤分为四步,一是先获取到相关的点云数据,对这些数据统一进行滤波处理,以此来消除在获取数据的过程中受到外界干扰较大的数据,保证数据的精确性；二是利用处理之后的数据进行模型的构建；三是对各个数据建立模型之后的坐标系以及精度进行统一,以前期数据建立的模型为评判模型,将之后建立的模型使用内插的方法插入到评判模型当中,然后对模型图中的所有坐标进行统一,进而使得建立的模型更加准确；四是根据模型上面显示出来的变化情况来对变形的程度进行分析.
4.试验分析
选用了两期模拟数据来进行试验,将一期数据作为墙面,然后使用另外一期数据在墙面上模拟了3处已经存在有形变的区域.具体如图1所示,分别在墙面放了三个物件,以此来作为判断标准.即一本书（3cm厚）,一个盒子（4cm厚）,一个笔记本（8mm厚）.
随后对这些变形区域使用该技术进行扫描,随后获得相应的点云数据,具体如图2所示.
在对这组数据的变形程度进行分析时,其使用的方法是点云数据之间的直接对比,设置的具体阈值大小为1.7cm.具体的变量提取结果如图3所示.
从图3可以直观地看出,书本以及盒子均可以提取出来,而较薄的本子却无法被提取,由于扫描仪的精度只有1cm,以此在对阈值进行设置时,必须要大于扫面精度,由于笔记本的厚度未能达到1cm,所以该区域无法在扫描仪上显示.
通过以上三幅图片,可以有效地判断出,如果形变的范围已经超出了扫描仪的精度,则在对其进行测量时,形变的位置一定会在扫描仪上显示出来.
5.结束语
本文主要是对其在地面变形监测中的应用进行了分析,以此来验证将其应用到该领域的可行性.在未来的社会发展过程中还应不断地摸索出更加先进的监测方法,以此来对原有的监测方法进行改进优化,在保证精度的同时,还能在最大程度上提升监测的效率,进而实现自身的长足发展.
变形论文参考资料：
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