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基于TLS之三峡库区试点崩滑灾害监测的分析

日期:2020-10-16 22:04 作者:上海论文网 编辑:若诗 点击次数:186
销售价格:150 论文编号:el2020101318151720944 论文字数:4016 所属栏目:工程论文
论文地区:中国 论文语种:中文 论文用途:硕士毕业论文 Master Thesis

本文是工程论文,针对基于点云的崩滑体形变监测分析方法展开论述,主要对传统形变监测方法以及不足之处加以说明,并介绍基于点云的监测方法,包括点监测与整体监测两种形式,通过拟合区域点云标靶中心或岩石块体重心作为监测点实现点监测,通过点云与点云直接比较或者点云与模型比较实现整体形变监测。

本文是工程论文,TLS技术的不断发展和推广使其能够应用到地质灾害调查监测与防治当中,它具有的优点能够弥补传统方法的诸多不足,本文针对TLS技术的优点,将其应用到崩滑灾害监测与地质调查当中,并以三峡库区典型试点区域调查与监测为例,对其在崩滑体形变监测与岩体地质调查两方面展开研究,具体研究内容及成果总结如下:(1)介绍了TLS技术数据特点,从点云噪声去除、点云数据配准和点云模型构建三个方面进行了详细描述,为后续工作的顺利进行提供了理论依据和方案设计参考。(2)利用结构面模型的法向量信息计算结构面产状信息,通过实验验证方法的可行性,实现了基于点云的崩滑灾害地质调查。

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第1章绪论

 

本文研究内容将涉及以下几个方面:(1)介绍崩滑体形变监测与调查的常规方法,对点云数据特征以及点云数据处理方法和流程进行介绍。(2)利用TLS技术进行崩滑体单点及整体形变监测,对传统危岩体结构面识别提取及几何信息计算方法进行介绍,并提出一种基于改进随机采样一致性的点云危岩体结构面自动提取方法;(3)开发一款岩体地质形变解译系统,实现基于点云的形变分析和结构面半自动与自动提取,产状计算统计功能。(4)选择位于三峡库区巫山县区段神女峰的箭穿洞两侧区域开展典型区域的形变数据采集及野外测绘调查和监测工作,对多期监测时间序列数据进行分析对比,自动获取测量区域内结构面,计算统计结构面的产状要素并生成节理玫瑰图,实现崩滑区域快速调查和高精度形变监测,研究以地面TLS技术为主的在地质灾害调查、排查、早期识别等工作中的技术方法。

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第2章崩滑灾害监测调查概述与点云数据处理

 

2.1崩滑灾害监测调查概述
有关结构面接触式测量方式最传统和普遍的方法就是利用地质罗盘和直尺直接测量结构面的产状、间距、迹长等几何信息[39]。其中产状包括三个要素:走向、倾向和倾角。通过将地质罗盘紧贴结构面表面,移动罗盘使其水平,待罗盘指针稳定后,指针的度数即为走向的方位角。按照不同要素对应的测量步骤使底盘水准器或测斜水准器气泡居中,读出对应产状要素的测量度数即可,同时利用直尺紧贴结构面表面测量单一结构面迹长和相邻结构面的间距。接触式测量的方法需要测量人员人工辨别结构面,逐个结构面进行测量,面对大范围、大断面的岩体结构面测量时工作效率低,此外,有些危岩体过高过陡,会导致人员无法进行测量任务,由此法衍生出统计窗法、随机量测法等尽管简化了工作繁琐程度但是也使得结果的准确性降低。

 

2.2点云数据处理
TLS技术克服了传统的单点测量技术效率低、容易受到外部条件干扰和其他缺陷的影响,能够快速获取多个目标点,并能从目标中得到颜色、反射强度等信息[40]。在通过三维激光扫描仪采集目标点云数据时会获取海量原始点云数据,数据中不仅包含目标区域表面点云数据,还包含周围非目标区域数据和噪声,需要将无用的点云数据和噪声点进行去噪操作;在进行崩滑体区域实际测量时,由于测区周围环境和地形地貌的影响,可能无法通过一次扫描完成对崩滑区域的数据完整获取,要进行多次测站设立,由于每一测站点云数据的坐标系统都是相对独立的,坐标原点均为本测站扫描仪中心,因此需要将各测站进行数据拼接构成目标完整的点云数据。当配准完成后,还需要对数据进行模型构建的操作,构建三角网模型为后续形变监测分析提供数据支持。

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第3章基于点云的崩滑灾害监测调查方法.................................................18
3.1崩滑灾害形变分析方法............................................................................................18
3.2结构面半自动提取方法............................................................................................19
3.3结构面全自动提取方法............................................................................................21
第4章地质数据解译与形变监测系统研制.................................................32
4.1系统设计目标与开发工具介绍.................................................................................32
4.2系统架构及功能........................................................................................................33
4.3系统主要功能实现....................................................................................................38
第5章三峡库区典型试点监测调查案例.....................................................45
5.1测区介绍...................................................................................................................45
5.2数据获取与预处理....................................................................................................46
5.3危岩体形变分析........................................................................................................50

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第5章三峡库区典型试点监测调查案例

 

5.1测区介绍
本次监测区域如图所示,选择位于巫山县城沿长江河道往东30公里的区域的箭穿峡作为研究区域。从地质构造方面看,区域处于大巴山弧形构造、川东褶皱带及川鄂湘黔隆褶带三大构造体系结合部,地质构造背景复杂。区内岩层软硬相间,次级褶皱断裂十分发育。实地勘查也发现基岩表层节理十分发育,破碎程度很高。选择箭穿峡中的箭穿洞作为典型监测目标。箭穿洞区内属神女峰风景旅游区,东邻神女峰,西邻燕窝岩,其上植被覆盖度高。从地形地貌方面看,由于两岸之间有江水相隔,开展传统野外监测工作比较困难。尽管每一期扫描避免了由于多测站配准带来的误差累计,但是各期点云之间依然无法保证能在一个坐标系下,可能由于监测桩上扫描仪未对中整平造成导致的,这将给之后的形变分析带来不稳定误差,因此,在扫描桩周围和测区的岩体上需要增加能用于多期数据配准的可以长期保存的永久性球标靶,球形标靶由不锈钢制作而成,可以深入固定在岩石上,供不同期数据配准使用。由于扫描获得的点云坐标并不是WGS-84平面直角坐标系下的坐标,为了在之后进行岩体结构面产状倾向倾角和走向计算结果准确,要将扫描得到的点云坐标转换到WGS-84平面直角坐标系下,特利用便携式标靶球进行坐标变换[70]。
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5.2数据获取与预处理
首先利用GPS控制测量为形变监测提供毫米级的精密工程控制网,建立高精度空间参照系,方便对崩滑体和测站间的相对位置形变进行监测。首先对箭穿洞进行实地勘查,了解目标周围水体状态、岩体的植被覆盖情况,确定控制点布设的位置。巫峡地区谷深坡陡,距江面近,多路径误差严重,对GPS数据质量造成一定影响。为了建立高精度的危岩体调查和监测控制网,将采用GPS静态相对定位建立测量控制网。从崩滑灾害监测的精度和范围来看,GPS测量相当于C级和D级测量。从地形、地貌、地质和植被等条件方面看,研究区的测站选点极为困难。选点将遵循以下的原则:点设置在地质环境稳定的基岩上;尽可可远离高大遮挡物、水面和强电磁场的影响;交通相对便利。本研究采用从监测区域外较远地方引入两个控制点进行同步观测,并将其作为基准点。控制网设计示意图如图5-3a所示。采用RTK技术对各个标靶球进行坐标采集,在点云中拟合对应标靶球球心建立坐标转换关系,这样就能将扫描数据转换到WGS-84的投影坐标系下。
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第6章总结与展望
(3)基于岩体点云数据,通过人机交互的手段半自动提取结构面点云数据,并提出采用改进RANSAC的方法直接对岩体点云数据进行结构面自动提取,对点云数据进行组织管理,通过增加初始采样点集判定条件减少初始模型的错误拟合,并在原始算法距离阈值判定内点的基础上增加角度判定和合并操作,使得结构面结果更加准确。(4)利用VisualStudio2015和C++/CLR的.NET平台下开发了一款地质数据解译与形变监测系统,实现从原始地质点云数据到进行如地形分析、三维几何量测、地质节理分析、岩体三维变化分析等功能的完整模块化解译系统。(5)以三峡库区箭穿洞为典型试点区域,针对箭穿洞危岩体开展多期三维激光扫描工作,通过多期危岩体数据切片比较和整体比较得到了形变量。对箭穿洞基座消落带区域岩体进行结构面自动提取,计算并统计了结构面产状信息。验证了利用TLS技术进行实际崩滑监测与调查方法的可行性。
参考文献(略)
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