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《兰州交通大学》 2018年
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三维激光扫描在边坡支护结构监测中的应用

魏建强  
【摘要】:三维激光扫描技术正以异常迅猛的速度发展着,它的出现克服了传统测量方法的种种缺陷与不足,被逐渐应用于文物保护、林业、数字城市、地形测绘、变形监测及三维重建等相关领域。相比于传统测量方法,三维激光扫描技术的种种优点也使其在边坡工程的安全监测中拥有广阔的应用前景,同时也产生了很多问题。采用三维激光扫描仪高效地进行边坡监测的方法,监测精度如何,变形量的提取方法的选取等,都有待进一步地研究。论文以兰州市某一边坡为例,进行三维激光扫描技术在该边坡安全监测中的相关问题的研究,主要工作如下:(1)在收集整理现有成果的基础上,介绍三维激光扫描仪的工作原理和Z+F5010C三维激光扫描仪的工作性能,并对点云数据处理方法和三维激光扫描技术在边坡监测中的误差进行总结。(2)建立边坡变形监测控制网,在支护结构表面布设监测点,采用全站仪对边坡进行前期的监测;在边坡表面埋设螺杆,用以固定靶球来进行边坡变形点分析和实现坐标转换;以实验的手段,通过手动拟合时靶球上点的数量、靶球中心坐标的拟合精度、扫描数据量的大小和扫描时间四项指标之间的对比分析,初步确定适合本文监测的最佳扫描分辨率。(3)推导三维激光扫描仪变形监测的平面点位中误差和高程中误差的计算公式,从理论上分析平面点位中误差和高程中误差的影响因素,并通过对影响因素进行取值的方法对Z+F5010C扫描仪的精度进行具体化。(4)设计三维激光扫描仪在实际边坡监测中的精度分析实验,通过靶球和靶纸两种方式获取实验数据,对数据进行详细的分析,对扫描分辨率、扫描距离精度和扫描点位精度进行验证,得到Z+F5010C三维激光扫描仪在实际监测中所能达到的精度等级。(5)对采集得到的十二期点云数据进行去噪、点云拼接、坐标转换和点云配准等预处理;通过不同靶球数量下的拼接试验,得到靶球数量对拼接精度的影响规律;对预处理后的各期点云数据进行变形的点分析、线分析和面分析,并与全站仪监测数据进行对比,证明三维激光扫描仪监测边坡变形的有效性与可靠性,为相关边坡工程的安全监测提供借鉴与参考。
【学位授予单位】:兰州交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:P225.2;TU43

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