参考网


关于三维激光扫描技术在高边坡监测中的应用探讨

2018-09-26 11:30:34 《驾驶园》 2018年7期

欧耀祥

摘要:结构面地形数据收集的精度与效率是工程建设阶段评估岩体构造稳固的重要技术难点,为了不断提升高边坡信息收集的效率及精度,文章以3D激光扫描技术(也称作实景复制技术)为研究对象,详细阐述与分析了该技术的工作原理,对地表3D激光扫描工艺在高边坡测试中的技术应用进行详细研究。

【关键词】三维激光扫描法;高边坡;监测应用

以往的全站仪与GPS等测绘方法,针对区域内连续信息采集性能明显不够,而且针对部分地形比较繁琐、高度很高和坡度很陡的地区,以往的监测方式操作困难,以往的监测方式对目标地区内全貌测量的地形区域就无能为力。

实景复制技术借助激光单色特点、方向性、相干性及高亮度等性质,在重视监测速度与操控简便的基础上,确保了监测的整体精度,其监测原因重点分成测距、监测方向、扫描和定向。

1. 3D激光扫描技术的基本原理

3D激光扫描法的基本原理见图1。在扫描仪内,两反光镜在迅速稳定旋转时,把脉冲发射物传出的窄束激光脉冲逐一对被测地区展开扫描,经对每种激光脉冲由发出至被测地区再返入仪器所需时间对二者间距进行测算,并利用编码器转变不同脉冲方向的监测结果,就能获得被测物件的3D精准坐标。而且,按照两反射镜的方向值,可以获得激光束水平和竖直方位的数据,随后再测算脉冲激光传递时间,获取3D激光扫描仪至扫描位置的长度,这样获得扫描的3D坐标参数,而反射位置的颜色就通过反射强度予以确定。

2. 3D激光扫描法在高边坡测量中的使用

2.1信息采集

根据高边坡的具体地理情况,采用Trimble GX200类型的3D激光扫描设备,把边坡划分成两站展开大范围扫描。在进行扫描时,基于边坡的实际长度,在其对面部位建站,两个扫描点分别对所选范围展开扫描。在明确具体的扫描密度之后,制作出相应的扫描点云信息图。所以,扫描过程需要相邻场景的两次扫描需有相应的重叠部分,便于在处理系统内对扫描获得的点云信息实现拼接匹配。因此,在扫描前要简单勘探扫描区域,科学制定仪器的安装方案。科学有效地监理扫描机位,对收集高质量3D信息、提升监测精度、充分体现场景细节具有十分关键的作用。

2.2信息处理

信息处理要分别从信息图像划分、点云信息配备、点云过滤和信息决定定位和拼接等进行处理。

深入划分图像。依靠地区内图像划分,可以把图像分类成多个区域,结合划分后的具体结果,可以对图像展开深度处理和研究。

点云信息的配置。这一工作的根本目的是把点云坐标加以转变,将之引入大地坐标中心内进行分析。在转变环节,标识点的匹配方式是:把主次扫描中第一副点云标识点实现统一,以空间坐标点的间隔值为基础,基于动态分割层组成层嵌套;随后,将逐一扫描开始的第一个幅点云当做基准点,对其和第二幅点云标识点加以匹配。

点云过滤。点云过滤的功能主要包含两点,过滤掉噪音点与减少点云密度。在信息拼接上,能引进多视点云拼接方法,把不同坐标系通过坐标转变处理集中到同个坐标系内,从而把不同方向的扫描信息进行集成,使之组成一个完善的3D结构。扫描仪运行阶段,首先开展垂直角度的线扫描,再根据确定的水平角辨别率水平移动,接着开展垂直角度的线扫描,如此的操作过程尽管有较好规律,但获得的点云实质上依旧非常分散[1]。创模以前对点云实施平滑是很重要的。此外,针对相当多的创模主体,初始点云信息的密度很大,无谓增多了信息量,信息简化是很重要的。

点云过滤处理两点内容:其一,过滤点云内的噪声点;其二,减少点云密度。信息点滤波的途径通常有高斯、平均和中值与曲率滤波方法。高斯滤波设备在特定区域中的权重是高斯布局,其平均效果很小,因此在滤波基础上可以很好保持原信息的外貌。平均滤波法使用滤波窗口内的各信息点平均值。中值滤波方式就是采集滤波窗口中各信息点的统计数据。曲面滤波是按照曲率的改变确定点的取舍,在曲线改变大的区域保留很多的点,但在曲率改变小的位置,过滤掉多余的点。针对零散点云信息,采取随机取样的方式;针对扫描点云信息,能采取等间隔缩减、倍率减少、等量减少积弦误差等方式;网格化点云能采取等布局密度法与最小包围范围法进行信息简化[2]。信息精简仅仅是减少了信息两个,并未对信息进行调整。

信息的绝对定位与拼接。多视点云拼接属于点云信息处理的重要方法,多视点云拼接即将部分坐标结构通过坐标转变集中到一个坐标系内,进而将多方面的扫描哦信息合为完整的3D模型。当前,点云拼接方式主要包含使用标定对象凭借、ICP算法等等。

2.3信息分析

信息分析一般选用Real Works Survery系统。一般情况下,信息分析被分成两个模式,分别是Registration模式与Office Survery形式。其中,Registration研究模式下,能利用重叠点云部分把一组扫描信息和其它扫描信息相匹配,如果信息来自于标靶扫描,那么要先对其中匹配物体展开研究,随后,把相应扫描实景同时加以匹配,从而把相关结果存储到一个报告内,此外,还能借助地理参考工具来存储扫描信息,存储的部位在已知坐标轴之中;在Office Survery分析形式中,Real Works Survery系统能从云点之中采集不同种类的2D图像,经分析相关信息,选取并匹配相关的2D圖像到点云,进而形成一次和反复正射图形,从而对单一点云的体积展开计算与分析,并形成相关测量图。

2.4信息成果

对处理后的点云信息加以封装,调整后获得监测范围的3D模型。

(2)1:500大比例尺加工通过采集特征点的方式,把采集后的特征点引入CASS内展开地形图描绘。

(3)信息高程模型的创模方式主要包括四种:根据点的创模方式、依靠三角形的创模方式、借助网格的创模方式以及将其中随意两种统一起来的混合创模方式[3]。因为原始信息是点云信息,因此采取依靠点的创模方式。

(4)在创建好的3D模型内,在所需的部位截取线性图形,得到的线性图导进CASS内展开横纵断面图制作。

3.结束语

通过上述对3D激光扫描技术的基本原理分析,研究结果显示,3D激光扫描方法可以更加精准的采集高边坡坡体地表的改变情况,对高边坡施工工作的顺利开展有较大保障意义,同时,针对后期高边坡经营管理者对边坡的全面监测及管理带来了很大的方便。

【参考文献】

[1]明国辉.三维激光扫描技术在高边坡监测中的应用研究[J].工程建设与设计,2016(18):193-195.

[2]徐茂林,高延东,张贺,贾国辉,贺丹.三维激光扫描技术在露天矿边坡监测中的应用[J].辽宁科技大学学报,2015,38(03):217-220.