点云检测技术在高速公路边坡监测中的应用.docxVIP

点云检测技术在高速公路边坡监测中的应用李滨1，4* ，王汉顺2 ，段奇三3 ，廖子敬4( 1. 北京大学遥感与地理信息系统研究所，北京 100871; 2. 厦门闽矿测绘院，福建 厦门 361004;3. 天元集思( 北京) 科技发展有限公司，北京 101300; 4. 北京昊云科技有限公司，北京 100085)摘 要: 三维激光扫描技术获取的点云数据是目前世界上先进的测绘新技术成果之一，它不仅可以实现三维场景复 制，而且与其他测绘技术手段相比，数据量更丰富，可以详细刻画目标对象的细节特征，因此可以将点云进行监测并能 取得常规方法无法获得的一些分析优势。本文以三维激光扫描技术获取的高速公路边坡点云数据为例，探讨了点云 检测技术在边坡监测工作中的应用原理、作业流程及其技术优势。关键词: 点云; 三维激光扫描; 边坡; 监测引言用领域包括文物古迹保护、建筑、规划、土木工程、工厂改造、室内设计、建筑监测、交通事故处理、法律证据收 集、灾害评估、船舶设计、数字城市、军事分析等［5］。地面型三维激光扫描仪按照工作原理可分为基于 往返时间测量的脉冲式扫描仪和基于相位波测量的相 位式扫描仪两大类。在边坡监测中，比较适合采用长 测程的脉冲式扫描仪。点云作为三维激光扫描技术的原始数据，从内业 流程上改变了传统测绘内页的作业模式，也为更多的 定量分析和精确定性分析提供了可能。点云检测就是 一种常规测量手段无法实现的新型检测技术，它是利 用目标对象的两期扫描点云数据，或是单期点云数据 与设计模型之间的对比，以检测出不同时期检测目标 的变化情况。由于点云是属于面测量，因此其相对于 传统单点测量，其分析是通过对大量点的拟合和统计 分析，可以削弱范围噪音，提高拟合成果精度［6］。点云 检测技术用于边坡、桥梁、大坝等有需要变形监测的对 象，并能够从整体上检测出目标对象的变形情况。1点云是对英文 point cloud 的翻译，是对利用三维激光扫描技术获取的大量的、密集的、含有多种信息的 散点数据的形象表述。三维激光扫描技术获取的点 云，能快速、高精度精确、全面地记录目标对象的三维 空间位置信息、反射率的信息和色彩纹理信息等。点 云的出现，为人们获取丰富的空间信息提供了一种全 新的技术手段。测绘人员从传统的单点数据采集变为 连续自动地获取多点信息的面测量，从而提高了测量 的效率，拓宽了测绘技术的应用领域。高速公路边坡监测的技术手段多种多样，目前主 要采用的方法有: 常规测量、GPS 测量、传感器测量等。 利用常规测量方式进行变形监测需要在变形体上布设 监测点，需要在变形体上布设监测点，由于监测点的数 量有限、测量效率低、受天气等因素影响大，测绘新技 术的引入与研究对于提高边坡监测的工作的可靠性和 效率有重要的意义。在监测领域，国内外也逐步开展 了开展了包括灾害监测、建筑物变形监测、沉陷监测等 方面的研究［1 ～ 4］。点云检测技术用于监测的流程和方法应用点云检测技术，进行高速公路边坡的监测，其 数据获取和处理的主要流程和方法如下:( 1) 监测控制点的布设: 控制点位埋设基础要牢 固、其稳定性应不受边坡体影响，保证距离待观测边坡100 m 内;( 2) 控制点基准值的测定: 采用常规测量手段，建 立监测控制网点假设坐标系;3三维激光扫描技术和点云三维激光扫描技术又称作实景复制或高清晰测量 ( High Definition Survey，HDS) ，是当今最先进的测量技 术的体现之一。它是利用激光测距的原理，通过记录 被测物体表面大量密集点的三维坐标、反射率和纹理 等信息，可快速复建出被测目标的三维模型及线、面、 体等各种图件数据。目前，三维激光扫描技术主要应2收稿日期: 2014—04—09作者简介: 李滨( 1978—) ，男，博士研究生，主要研究领域为空间信息获取与处理、三维激光扫描建模与应用、地球空间剖分等。基金项目: 国家重点基础研究发展计划( 973 计划) 项目( 61399)*第 4 期李滨等 . 点云检测技术在高速公路边坡监测中的应用21究［7 ～ 9］。本次实验中，拼接转换残差数值分析控制的公共点的拼接误差均不超过 5 mm，因拼接转换过程 是扫描仪与全站仪两种相互独立测量方式的整体转换 与拼接，所以该拼接精度为包含各种测量误差后的整 体平差转换精度。因此两种测量方法所产生的各种误 差累积不超过 5 mm，也就是三维激光扫描获取的点 云用于监测所能达到的监测精度。( 3) 每次扫描前要对控制点进行复测，以验证控制点是否有位移情况，待验证无误后方可进行扫描工作;( 4) 利用三维激光扫描仪对待测边坡实施三维激 光扫描，同时扫描标靶，拟合出标靶中心站心三维坐 标;( 5) 利用全站仪免棱镜功能，对标靶靶心进行坐 标测量;( 6)