三維激光掃描技術在某滑坡變形監測中的應用

王占新

摘 要：在新時期我國測繪技術取得不斷發展，各種信息技術不管被應用于測繪行業，極大促進了我國測繪行業的發展。三維激光掃描技術和其他技術具有更多的優勢，因此本文在此基礎上就三維激光掃描技術在某滑坡變形監測中的應用，從而更好促進我國測繪行業的發展。

關鍵詞：三維激光掃描技術；滑坡變形監測；測繪技術

背景

三維激光掃描技術在近些年取得了很大的發展，是在GNSS技術之后對于測繪行業具有重要影響的技術。近些年隨著三維激光掃描技術的技術不斷完善，三維激光掃描技術逐漸成為我國行業發展的重要測量工具，在文物保護、計算機視覺以及醫學行業取得廣泛應用。另外隨著數據處理技術的不斷發展，三維激光掃描系統已經被廣泛應用在建筑物、礦區和滑坡的變形監測環節，取得了很好的效果。三維激光掃描技術采集的三維點云數據，和其他技術相比具有很強的整體性、密集性、關聯性，這樣采集的數據對于物體的形態信息可以進行很好地反饋，這樣就能夠準確反映物體的形變信息，從而更好進行相應的預警。

1.三維激光掃描外業數據采集

三維激光掃描技術在野外進行采集數據主要包括了以下幾方面，其中包括了包含現場踏勘、GPS 控制測量、數據分析整理等環節，數據處理時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.點云數據處理

和其他技術相比，三維激光掃描技術具有很大的優勢其中，在于數據的收集形式，點云數據和其他數據組織形式具有以下的優勢：整體性、密集性、關聯性。這樣保障采集的數據能夠很好地反應被測物體的形變情況，不容易出現信息的丟失等情況。

2.1點云拼接

點云拼接是點云數據處理其中最重要的一個處理環節，點云拼接的目的就是更好將各個站點掃描的數據進行有機整合，使他們能夠拼接成一個整體數據，因為各個站點得到的數據僅僅是多景數據，各個站點的數據之間沒有關聯性，因此需要進行點云拼接，從而更好反應被掃描建筑物的整體數據。在進行點云數據的拼接過程中主要使用的RiSCAN PRO的軟件，這個軟件具有強大的數據處理能力，能夠將各個站點的數據進行有效的拼接。同時通過GPS相關技術，可以在獨立坐標系下對于各個控制點的坐標進行實時的檢測和測量，然后在將GPS測得相應的坐標信息轉化為相應的輸入點云數據，但是這些站點之間使用的是自己的坐標系，在進行點云數據拼接是需要對于各個站點的坐標系進行相應的變換，使得控制點的坐標轉換到一個統一的坐標系中，這樣便于全景數據的描述，從而實現將各個站點收集的數據合成一個完整的三維邊坡圖像，從而更好進行相應的變形分析和變形預測實現多個角度掃描的多視點數據合成一個完整的三維邊坡。

2.2數據過濾

數據過濾是三維激光掃描過程中另一個重要的環節，因為在進行數據收集的過程中，會產生大量的云數據，但是由于在采集過程中由于各種干擾的存在，其中有來自傳感器的干擾或者是人為的干擾因素，使得云數據中存在著很多噪聲數據，這樣就會對于數據分析產生很大的影響，因此在需要采取一定的技術來對于數據進行一定的濾波處理，常用的數據濾波有很多種，比如常用的卡爾曼濾波、一階濾波、二階濾波技術等等，這時候就需要根據具體的項目需要來選擇合適的濾波算法，好的濾波算法對于三維激光掃描技術應用很重要，通過數據濾波技術能夠有效減低點云數據中的噪聲數據，不僅能夠減少數據量，同時還能夠提高數據處理的準確性，在進行后期進行建模時也能夠使得建立的模型越加精確，從而提高對于邊坡變形的預測準確率。通過點云過濾技術知識對于含有噪聲的數據進行了剔除，但是并沒有對原始數據的數值進行修改，這樣在進行數據拼接的過程中就不會影響模型的精度。

2.3植被去除

但是在使用三維激光掃描技術的過程中，不僅會采集到地表信息同時在云數據中還會包括地表的植被信息，但是這些植被信息是我們不想要的，因此在實際建模之前，需要對于地表植被數據進行相應的處理。使用RiSCAN PRO 掃描數據處理軟件能夠很容易實現這一項功能，通過設置相關的軟件的參數就能夠將點云數據中的植被數據進行過濾處理，例如可以使用RiSCAN PRO 掃描數據處理軟件中的“Filter data”工具，可以有效將0.2m范圍的植被數據進行過濾處理，使得點云數據中僅僅含有地表的相關信息，這樣處理之后在進行后期的DEM建模時，就能夠很大提高建模的準確性，保障在使用該模型時不會影響對于邊坡變形的判斷。

2.4 DEM 模型生成

點云數據在經過濾波和植被信息處理之后就會僅僅含有地表信息，這時候的數據就能夠進行相應的建模處理，我們這里使用建模軟件主要是RiSCAN PRO 掃描數據處理軟件，可以使用“Plane triangulation”的功能來對點云數據進行建模，可以通過將點云數據構建成為一個三角網（TIN）的形式，所有的操作都要建立在這個三角網的形式之上。然后在三角網（TIN）形式可以進行一系列的修改，可以通過使用RiSCAN PRO 掃描數據處理軟件的“Create new section objects”工具，可以在三角網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，最后可以通過使用ArcGIS軟件平臺對于滑坡體進行相應的變形預測和變形分析等運算，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.結果分析

將處理后的兩期點云數據導入徠卡監測分析軟件進行色譜分析，分析前將3D位移

閾值設定為5 mm，即靈敏度為5 mm，點云上不同3D位移的點將以不同的顏色來表示位移的情況，直觀性比較強。

結語

綜上所述，三維激光掃描技術和其他技術相比，在數據上收集具有很多優勢，保障了最終數據建模的準確性，從而在進行滑坡變形分析中能夠更好分析滑坡變形的具體信息，從而得到更加準確的結論。但是在點云數據在采集過程中含有很多噪聲數據和植被數據，需要進行相應的數據濾波處理，但是隨著軟件的不斷發展，在軟件中能夠很容易進行相應的操作，從而使得點云數據中只含有地表數據，這樣使得建立的模型更加準確，這樣可以使得變形分析更加準確。希望本文論述的方法對于相關讀者有一定的參考作用。

參考文獻

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