三維激光掃描技術(shù)在某滑坡變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

王占新

摘 要：在新時(shí)期我國(guó)測(cè)繪技術(shù)取得不斷發(fā)展，各種信息技術(shù)不管被應(yīng)用于測(cè)繪行業(yè)，極大促進(jìn)了我國(guó)測(cè)繪行業(yè)的發(fā)展。三維激光掃描技術(shù)和其他技術(shù)具有更多的優(yōu)勢(shì)，因此本文在此基礎(chǔ)上就三維激光掃描技術(shù)在某滑坡變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，從而更好促進(jìn)我國(guó)測(cè)繪行業(yè)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：三維激光掃描技術(shù)；滑坡變形監(jiān)測(cè)；測(cè)繪技術(shù)

背景

三維激光掃描技術(shù)在近些年取得了很大的發(fā)展，是在GNSS技術(shù)之后對(duì)于測(cè)繪行業(yè)具有重要影響的技術(shù)。近些年隨著三維激光掃描技術(shù)的技術(shù)不斷完善，三維激光掃描技術(shù)逐漸成為我國(guó)行業(yè)發(fā)展的重要測(cè)量工具，在文物保護(hù)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)以及醫(yī)學(xué)行業(yè)取得廣泛應(yīng)用。另外隨著數(shù)據(jù)處理技術(shù)的不斷發(fā)展，三維激光掃描系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在建筑物、礦區(qū)和滑坡的變形監(jiān)測(cè)環(huán)節(jié)，取得了很好的效果。三維激光掃描技術(shù)采集的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，和其他技術(shù)相比具有很強(qiáng)的整體性、密集性、關(guān)聯(lián)性，這樣采集的數(shù)據(jù)對(duì)于物體的形態(tài)信息可以進(jìn)行很好地反饋，這樣就能夠準(zhǔn)確反映物體的形變信息，從而更好進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)警。

1.三維激光掃描外業(yè)數(shù)據(jù)采集

三維激光掃描技術(shù)在野外進(jìn)行采集數(shù)據(jù)主要包括了以下幾方面，其中包括了包含現(xiàn)場(chǎng)踏勘、GPS 控制測(cè)量、數(shù)據(jù)分析整理等環(huán)節(jié)，數(shù)據(jù)處理時(shí)其中重要的組成部分。本文主要選用的是RIEGL VZ-400三維激光掃描儀。

2.點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理

和其他技術(shù)相比，三維激光掃描技術(shù)具有很大的優(yōu)勢(shì)其中，在于數(shù)據(jù)的收集形式，點(diǎn)云數(shù)據(jù)和其他數(shù)據(jù)組織形式具有以下的優(yōu)勢(shì)：整體性、密集性、關(guān)聯(lián)性。這樣保障采集的數(shù)據(jù)能夠很好地反應(yīng)被測(cè)物體的形變情況，不容易出現(xiàn)信息的丟失等情況。

2.1點(diǎn)云拼接

點(diǎn)云拼接是點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理其中最重要的一個(gè)處理環(huán)節(jié)，點(diǎn)云拼接的目的就是更好將各個(gè)站點(diǎn)掃描的數(shù)據(jù)進(jìn)行有機(jī)整合，使他們能夠拼接成一個(gè)整體數(shù)據(jù)，因?yàn)楦鱾€(gè)站點(diǎn)得到的數(shù)據(jù)僅僅是多景數(shù)據(jù)，各個(gè)站點(diǎn)的數(shù)據(jù)之間沒(méi)有關(guān)聯(lián)性，因此需要進(jìn)行點(diǎn)云拼接，從而更好反應(yīng)被掃描建筑物的整體數(shù)據(jù)。在進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)的拼接過(guò)程中主要使用的RiSCAN PRO的軟件，這個(gè)軟件具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，能夠?qū)⒏鱾€(gè)站點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的拼接。同時(shí)通過(guò)GPS相關(guān)技術(shù)，可以在獨(dú)立坐標(biāo)系下對(duì)于各個(gè)控制點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè)和測(cè)量，然后在將GPS測(cè)得相應(yīng)的坐標(biāo)信息轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的輸入點(diǎn)云數(shù)據(jù)，但是這些站點(diǎn)之間使用的是自己的坐標(biāo)系，在進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)拼接是需要對(duì)于各個(gè)站點(diǎn)的坐標(biāo)系進(jìn)行相應(yīng)的變換，使得控制點(diǎn)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到一個(gè)統(tǒng)一的坐標(biāo)系中，這樣便于全景數(shù)據(jù)的描述，從而實(shí)現(xiàn)將各個(gè)站點(diǎn)收集的數(shù)據(jù)合成一個(gè)完整的三維邊坡圖像，從而更好進(jìn)行相應(yīng)的變形分析和變形預(yù)測(cè)實(shí)現(xiàn)多個(gè)角度掃描的多視點(diǎn)數(shù)據(jù)合成一個(gè)完整的三維邊坡。

2.2數(shù)據(jù)過(guò)濾

數(shù)據(jù)過(guò)濾是三維激光掃描過(guò)程中另一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，因?yàn)樵谶M(jìn)行數(shù)據(jù)收集的過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的云數(shù)據(jù)，但是由于在采集過(guò)程中由于各種干擾的存在，其中有來(lái)自傳感器的干擾或者是人為的干擾因素，使得云數(shù)據(jù)中存在著很多噪聲數(shù)據(jù)，這樣就會(huì)對(duì)于數(shù)據(jù)分析產(chǎn)生很大的影響，因此在需要采取一定的技術(shù)來(lái)對(duì)于數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的濾波處理，常用的數(shù)據(jù)濾波有很多種，比如常用的卡爾曼濾波、一階濾波、二階濾波技術(shù)等等，這時(shí)候就需要根據(jù)具體的項(xiàng)目需要來(lái)選擇合適的濾波算法，好的濾波算法對(duì)于三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用很重要，通過(guò)數(shù)據(jù)濾波技術(shù)能夠有效減低點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的噪聲數(shù)據(jù)，不僅能夠減少數(shù)據(jù)量，同時(shí)還能夠提高數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確性，在進(jìn)行后期進(jìn)行建模時(shí)也能夠使得建立的模型越加精確，從而提高對(duì)于邊坡變形的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率。通過(guò)點(diǎn)云過(guò)濾技術(shù)知識(shí)對(duì)于含有噪聲的數(shù)據(jù)進(jìn)行了剔除，但是并沒(méi)有對(duì)原始數(shù)據(jù)的數(shù)值進(jìn)行修改，這樣在進(jìn)行數(shù)據(jù)拼接的過(guò)程中就不會(huì)影響模型的精度。

2.3植被去除

但是在使用三維激光掃描技術(shù)的過(guò)程中，不僅會(huì)采集到地表信息同時(shí)在云數(shù)據(jù)中還會(huì)包括地表的植被信息，但是這些植被信息是我們不想要的，因此在實(shí)際建模之前，需要對(duì)于地表植被數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理。使用RiSCAN PRO 掃描數(shù)據(jù)處理軟件能夠很容易實(shí)現(xiàn)這一項(xiàng)功能，通過(guò)設(shè)置相關(guān)的軟件的參數(shù)就能夠?qū)Ⅻc(diǎn)云數(shù)據(jù)中的植被數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)濾處理，例如可以使用RiSCAN PRO 掃描數(shù)據(jù)處理軟件中的“Filter data”工具，可以有效將0.2m范圍的植被數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)濾處理，使得點(diǎn)云數(shù)據(jù)中僅僅含有地表的相關(guān)信息，這樣處理之后在進(jìn)行后期的DEM建模時(shí)，就能夠很大提高建模的準(zhǔn)確性，保障在使用該模型時(shí)不會(huì)影響對(duì)于邊坡變形的判斷。

2.4 DEM 模型生成

點(diǎn)云數(shù)據(jù)在經(jīng)過(guò)濾波和植被信息處理之后就會(huì)僅僅含有地表信息，這時(shí)候的數(shù)據(jù)就能夠進(jìn)行相應(yīng)的建模處理，我們這里使用建模軟件主要是RiSCAN PRO 掃描數(shù)據(jù)處理軟件，可以使用“Plane triangulation”的功能來(lái)對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，可以通過(guò)將點(diǎn)云數(shù)據(jù)構(gòu)建成為一個(gè)三角網(wǎng)（TIN）的形式，所有的操作都要建立在這個(gè)三角網(wǎng)的形式之上。然后在三角網(wǎng)（TIN）形式可以進(jìn)行一系列的修改，可以通過(guò)使用RiSCAN PRO 掃描數(shù)據(jù)處理軟件的“Create new section objects”工具，可以在三角網(wǎng)中生成一系列的等高線。這些等高線能夠更方便后期的變形分析，最后可以通過(guò)使用ArcGIS軟件平臺(tái)對(duì)于滑坡體進(jìn)行相應(yīng)的變形預(yù)測(cè)和變形分析等運(yùn)算，最后就可以將建立好的DEM 模型（TIN 和等高線），生成不同形式的文件，常用的文件格式是DXF格式的文件。

3.結(jié)果分析

將處理后的兩期點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)入徠卡監(jiān)測(cè)分析軟件進(jìn)行色譜分析，分析前將3D位移

閾值設(shè)定為5 mm，即靈敏度為5 mm，點(diǎn)云上不同3D位移的點(diǎn)將以不同的顏色來(lái)表示位移的情況，直觀性比較強(qiáng)。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，三維激光掃描技術(shù)和其他技術(shù)相比，在數(shù)據(jù)上收集具有很多優(yōu)勢(shì)，保障了最終數(shù)據(jù)建模的準(zhǔn)確性，從而在進(jìn)行滑坡變形分析中能夠更好分析滑坡變形的具體信息，從而得到更加準(zhǔn)確的結(jié)論。但是在點(diǎn)云數(shù)據(jù)在采集過(guò)程中含有很多噪聲數(shù)據(jù)和植被數(shù)據(jù)，需要進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)濾波處理，但是隨著軟件的不斷發(fā)展，在軟件中能夠很容易進(jìn)行相應(yīng)的操作，從而使得點(diǎn)云數(shù)據(jù)中只含有地表數(shù)據(jù)，這樣使得建立的模型更加準(zhǔn)確，這樣可以使得變形分析更加準(zhǔn)確。希望本文論述的方法對(duì)于相關(guān)讀者有一定的參考作用。

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