激光掃描技術在滑坡監(jiān)測中應用探析

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1、激光掃描技術在滑坡監(jiān)測中應用探析　　摘要：本文著重介紹工程測量領域激光掃面的應用原理和技術路線，基于激光掃描技術探討其在地質(zhì)測量滑坡監(jiān)測中的應用，分析了激光掃描技術的實際應用功能、途徑和可行性，以及激光掃描測量中的誤差分析與處理。關鍵詞：激光掃描；地理信息；滑坡監(jiān)測；測量誤差中圖分類號：[P258]文獻標識碼：A1引言面對嚴重的滑坡災害，對其完全治理存在資金不足、技術力量薄弱等困難，開展滑坡監(jiān)測己成為預防滑坡災害的主要途徑?；卤O(jiān)測是地質(zhì)災害防治的重要手段，其目的是通過一定的監(jiān)測儀器或監(jiān)測手段對已知的地質(zhì)災害體進行形變、位移、地下水動態(tài)、應力狀態(tài)等特征進行測量，分析、了解地質(zhì)災害體的變

2、形、位移狀態(tài)及趨勢，為地質(zhì)災害防治決策以及預報預警提供定量的數(shù)據(jù)。8而在20世紀90年代中期出現(xiàn)并發(fā)展起來的三維激光掃描技術，與傳統(tǒng)的滑坡監(jiān)測技術相比，具有無需事先埋設監(jiān)測設備、無接觸測量、監(jiān)測速度快、測量精度高、能夠反映坡體的總體變形趨勢等特點，更可以快速獲取高密度、高精度的三維點云數(shù)據(jù)，經(jīng)數(shù)據(jù)處理及建模后可以得到整個坡體地表的變化信息，對監(jiān)測結果進行研究并掌握其變形發(fā)展規(guī)律，開展滑坡災害預報，可以使生命財產(chǎn)的損失降到最低點。2激光掃描的應用技術路線地面三維激光掃描技術的應用技術路線和處理流程大致可以分為掃描計劃制定、外業(yè)數(shù)據(jù)采集和后期數(shù)據(jù)處理等部分（見圖1），下面主要結合激光掃描在

3、滑坡監(jiān)測中的應用為例討論數(shù)據(jù)采集及處理過程。圖1數(shù)據(jù)采集和處理流程2.1掃描計劃制定制定詳細的工作計劃應首先明確掃描對象，可以進行現(xiàn)場踏勘，采集影像、做好觀察記錄，其次，根據(jù)掃描對象、掃描儀的性能確定掃描采樣分辨率、設計合適的掃描路線、確定設站和標靶位置?；卤O(jiān)測主要是要采集地形變化的數(shù)據(jù)，要考慮實際地質(zhì)條件等因素來制定詳細的計劃。2.2外業(yè)數(shù)據(jù)采集外業(yè)工作主要包括數(shù)據(jù)采集、現(xiàn)場分析采集到的數(shù)據(jù)是否大致符合要求、進行初步的質(zhì)量分析和控制等?，F(xiàn)場掃描標靶時把各標靶編號，利于后期處理，同時使用GPS測量3個以上的標靶的坐標，以便于后期的掃描坐標系和絕對坐標系的轉(zhuǎn)換。根據(jù)滑坡監(jiān)測的需要，掃描

4、過程分為：布設、場景掃描、精掃三個部分。分述如下：8布設：首先對滑坡地點進行現(xiàn)場的踏勘，根據(jù)它的位置、大小、形態(tài)，確定掃描方案，布設相應的點位?；麦w的場景掃描：將選好的掃描儀架設在布設的點位上，調(diào)整儀器的姿態(tài)，掃描過程利用軟件控制，進行掃描。精掃：重新設置掃描參數(shù)和點間間距，對標靶處進行精細掃描。相同的控制標靶在不同的測站時的中心位置必須一致，這樣才能將各站掃描的點云統(tǒng)一到同一個坐標系統(tǒng)之下。2.3內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理后期數(shù)據(jù)處理是整個作業(yè)過程中最重要也是工作量最大的一環(huán)，處理軟件采用三維激光掃描儀的配套軟件Cyclone。Cyclone能夠管理海量數(shù)據(jù)，并能依據(jù)標靶或點云實現(xiàn)點云拼接、數(shù)據(jù)

5、分塊處理和管理功能，可根據(jù)點云自動生成平面、曲面、圓柱、彎管等幾何體，并自動構網(wǎng)和生成等高線，依據(jù)點云厚度生成點云切片?？梢暂敵鰀xf、ptx、pts、txt等多種數(shù)據(jù)格式。Cyclone還具備了正射影像輸出功能，CAD用戶可以在糾正的影像上得到高精度的二維線劃圖。3激光掃描技術的滑坡監(jiān)測應用分析激光掃描技術應用的發(fā)展趨勢是：掃描速度將有較大的提高，視場角也將從原來的幾十度到將來的接近全視角；測量精度將進一步提高；處理點云數(shù)據(jù)的速度將會大大提高，滿足實際生產(chǎn)的需要；行業(yè)應用將進一步擴大，越來越普遍化。83.1滑坡監(jiān)測應用分析滑坡監(jiān)測包括滑坡體地表滑移痕跡的目視調(diào)查、滑坡體地表位移變形監(jiān)

6、測、滑坡體內(nèi)部巖層傾斜變形監(jiān)測、滑坡體深層應力應變監(jiān)測和外部環(huán)境監(jiān)測如降雨量、地下水位監(jiān)測等等。其中地表位移變形監(jiān)測不僅是進行滑坡監(jiān)測的重中之重，而且是決定滑坡體穩(wěn)定與否的根本依據(jù)。它的具體做法是在不同時期對變形監(jiān)測點實施多次觀測，根據(jù)每個監(jiān)測點平面和高程位移量的變化來確定滑坡體三維空間上的變形規(guī)律。在理論分析和實驗室研究工作中，國內(nèi)外已應用了多種方法，如三重蠕變曲線地圖形分析方法、半對數(shù)曲線法和變形速度倒數(shù)法進行滑坡時間預測，測量地表破壞聲響反射方法檢測地表、地下水運動，這些方法都是離線式和非實時性地。隨著現(xiàn)代科學技術的迅猛發(fā)展，各種電子化、數(shù)字化、自動化、智能化的新型集成化測繪儀器

7、不斷涌現(xiàn)，滑坡監(jiān)測的技術和方法正在從傳統(tǒng)的單一監(jiān)測模式向點、線、面立體交叉的空間模式發(fā)展。具體來講，可以概括為兩種：一種是滑坡監(jiān)測的傳統(tǒng)方法，主要指全站儀測量方法、攝影測量方法及GPS監(jiān)測系統(tǒng)等；另一種是基于新技術和新儀器的滑坡監(jiān)測新方法，如合成孔徑雷達干涉測量(SAR)技術、三維激光掃描技術等。83.2測量誤差分析激光測距信號處理的各個環(huán)節(jié)都會帶來一定的誤差，特別是光學電子電路中激光脈沖回波信號處理時引起的誤差，主要包括掃描儀脈沖計時的系統(tǒng)誤