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《成都理工大学》 2015年
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三维空间影像技术在地质工程中的综合应用研究

董秀军  
【摘要】:在科技日新月异的今天,地质工程调查的主要手段还是以罗盘、皮尺等方式来采集现场数据,这种方法不但工作量大、效率较低,而且得到的数据准确性较差。山高坡陡的地质勘察工作艰苦并且危险,在施工期间,开挖、运渣、支护工作往往同时进行,很难为调查人员提供充裕的时间和安全的空间进行详细的现场地质调查。另外,我国是地质灾害发生十分频繁和严重的国家,及时、准确的获得地质灾害点的基本地质信息,为抢险救灾及地质灾害治理争取宝贵时间。以上这些问题都向传统地质勘测手段提出的挑战与要求。所有这些,都需要在现场地质调查工作中引进快速、高效,且对地形条件有很强适宜性的调查技术。三维空间影像技术是指能够远距离、无接触、高精度、高密度、快速便捷的获取目标物体的三维空间数据,主要包括了三维激光扫描技术和数字摄影测量技术。三维空间影像技术可以解决工程地质勘测所遇到的诸多难题,但是新技术方法的应用还存在很多不足、还需要大量的研究和完善。本论文基于三维空间影像技术特点研究在地质工程中的综合应用,主要取得了如下成果:(1)分别对三维激光扫描、数字摄影测量技术的应用发展现状进行了概括和总结,详细的阐述了其工作原理和技术特点;提出了在地质工程应用中三维激光扫描技术与数字摄影测量技术的融合方法,充分发挥两种三维空间获取技术的优势、互相补充完善;(2)论述了三维空间影像技术的数据获取流程及数据处理方法,涵盖了大量实际操作经验的总结与归纳;针对三维激光扫描现场数据获取阐述了扫描设备机位点的选择与优化原则、彩色点云数据获取方法及注意事项、点云数据灰度信息的使用、根据扫描目的设定采样间距与时间的关系;在三维激光扫描数据处理的分析中,讨论了彩色信息配准、系统坐标转换、植被噪音数据剔除等内容;基于数字摄影测量技术,从近景摄影测量和无人机低空摄影测量的不同角度对数据获取的方法进行了总结与研究,阐述了在相机设置、拍摄方法、无人机航线规划等方面的经验与技巧;(3)、研究了三维空间影像技术在地形测量中的应用,分析了海量点云数据的抽稀与提取方法,结合传统测量技术要求讨论了点云数据的测点间距,并对地形图绘制方法、等高线与地物匹配、图像分幅等内容进行了阐述,基于三维空间数据的处理探讨了地形三维模型的建立方法;(4)基于三维空间影像技术的岩体结构地质编录方法进行了大量的研究工作。分析了三维点云数据结构面识别方法;在结构面点云识别前提下讨论了结构面的提取方法,提出了平面方程拟合岩体结构面空间发育特征,并针对结构面空间不同的出露特征进行提取进行了研究;推导了平面拟合结构面产状的计算方法,并根据工程实际需求,在三维点云处理通用软件Polyworks中开发了结构面自动识别与产状计算的插件程序。另外,开发了利用识别的结构面数据生成地质上常用的玫瑰花图插件;(5)阐述了三维空间影像技术在地质工程中的综合应用,研究包括了危岩体、滑坡、泥石流等灾害勘察,根据不同的灾害特点分别论述了三维空间影像技术的应用情况及方法,同时也研究了该技术在地下硐室、隧道中的应用;另外,还讨论了该技术在钻孔岩芯的数字化存储、物理模型试验中的应用;探讨了基于三维激光扫描技术在变形监测方面的应用研究。通过研究成果可以得出三维空间影像技术具有很强的工程适用性,将先进的三维空间影像技术与地质工程领域的传统调查方法相结合,理论与实践、技术与方法、创新与传统的融合,在工程地质测绘中开展综合应用研究,具有重要的学术价值与现实意义。
【学位授予单位】:成都理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TP391.41

【参考文献】
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【共引文献】
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