三维激光扫描技术在滑坡监测中的应用
三维激光扫描技术在工程测量中的应用
三维激光扫描技术在工程测量中的应用摘要：三维激光扫描技术是一种高精度、非接触式的工程测量技术，近年来在工程测量中得到了广泛的应用。
本文从土方测量、工程变形测量和地形图测绘等方面介绍了三维激光扫描技术在工程测量中的应用。
通过对这些应用的介绍，可以看出三维激光扫描技术在工程测量中的优势和实用性，能够提高工程测量的精度和效率，为工程设计、施工和监测提供可靠的数据支持。
关键字：三维激光；工程测量；点云0.引言三维激光扫描技术是一种非常先进和高精度的测量方法，近年来在工程测量领域得到了广泛应用。
它可以快速地获取复杂物体的三维几何信息和表面形态，能够实现高效、精确地获取大量数据，为工程设计、制造和维护提供了强有力的支持。
随着科技的不断发展和社会的不断进步，现代工程测量已经由传统的手工测量逐渐转向了数字化和自动化测量。
三维激光扫描技术以其高效、精确的特点，逐渐成为工程测量领域中的重要手段。
本文将探讨三维激光扫描技术在工程测量中的应用。
首先，我们将介绍三维激光扫描技术的原理和特点。
接着，我们将详细介绍三维激光扫描技术在工程测量中的应用，包括工业制造、建筑结构、文物保护等多个领域。
最后，我们将探讨三维激光扫描技术的发展前景和存在的问题，并提出未来研究方向和改进措施，以期为工程测量领域的发展提供有益的参考和借鉴。
1.三维激光扫描技术的原理三维激光扫描技术是一种通过激光束扫描目标物体表面来获取其三维几何信息和表面形态的技术。
其原理基于激光束的反射和测量，主要包括以下几个步骤：发射激光：使用激光器向目标物体发射激光束，激光束可以是一束或多束，其功率和频率通常根据测量要求进行调节。
接收反射光：激光束射向目标物体表面时，会被表面反射回来。
扫描系统会接收这些反射光，并记录其时间和强度。
计算距离：根据反射光的时间和速度，可以计算出激光束与物体表面之间的距离。
扫描位置：扫描系统会根据已知的位置和方向，移动激光束进行扫描。
通过多次扫描和计算，可以得到物体表面的三维点云数据。
LiDAR技术在滑坡地质灾害中的应用
LiDAR技术在滑坡地质灾害中的应用作者：孙涛来源：《科学导报·学术》2019年第25期摘 ;要：随着空间数据应用领域的不断扩大，对获取空间数据的要求也越来越高。
传统遥感技术获取的数据点密度低，且效率低、费用高、生产周期长，已不能满足当前对空间数据的需求。
LiDAR发射的激光能部分地穿透树林的遮挡，直接获取高精度的地表三维地形数据，弥补了传统遥感技术和大地测量方法在高程数据获取及快速自动化处理方面的缺点和不足。
LiDAR具有的高空间分辨率、强抗干扰能力以及高自动化等特点，使其不仅能够快速获取高程数据，而且在地形测绘、城市三维建模、环境监测、工程建设、地球科学及行星科学等诸多领域具有极好的发展前景和很强的竞争力。
近年来在滑坡地质灾害的识别与监测中也得到了广泛的应用，并取得了一系列的成果与新进展。
关键词：LiDAR;滑坡;灾害识别;灾害监测1. LiDAR技术简介LiDAR系统主要包括4部分：①激光扫描仪（LiDAR的核心），测量激光发射点与地面激光脚点之间的距离;②动态差分GPS（DGPS），记录瞬间激光和数码相机开启脉冲的时间并获取LiDAR的三维坐标;③激光测量单元（IMU），测定激光扫描装置的主光轴的空间姿态参数;④数码相机，获取地面的地物地貌真彩或红外数字影像信息。
根据载荷平台的不同，LiDAR可以分为地面、车载、机载和星载4种类型[1]。
2. LiDAR技术在滑坡地质灾害中的应用LiDAR技术以其独特的优势和高精度的成果，被广泛应用于土地利用、地形测绘、森林调查、城市规划及地质环境变化等多个领域，展示出了良好的应用前景。
目前在地质领域用于滑坡识别与监测方面并取得了一系列的成果与新进展。
在地质灾害调查研究中，传统光学卫星遥感调查技术、无人机低空航拍遥感等技术一直是地质灾害调查人员必不可少的技术手段。
机载LiDAR测量技术是激光测距仪器主动发射脉冲信号，可部分穿透植被到达真实地表，通过点云数据去噪、滤波，剔除植被点云层数据后，可快速构建高精度地形地貌，在无地面控制点情况下数据的相对精度可达厘米级[2]。
三维激光扫描技术在滑坡监测中的应用研究
三维激光扫描技术在滑坡监测中的应用研究作者：胡颖谢天杨希来源：《西部资源》2020年第05期摘要：我国是地质灾害多发区，其中滑坡灾害每年会造成上百人伤亡及数十亿元的经济损失。
将地面三维激光扫描技术应用在滑坡变形监测中，能快速准确地进行测量，这对滑坡预警、灾后重建有着重大意义。
本文介绍了国内外滑坡灾害监测的研究现状及其发展，提出了将地面三维扫描技术用于监测地表形变产生的滑坡灾害的方法。
阐述监测工作原理、变形分析方法，探讨了此方法中点云数据处理的过程，并对比了目前常用的几种滑坡监测方法。
关键词：三维激光扫描；滑坡监测；地表形变；点云数据Application of Ground-based Three-dimensional Laser Scanning in Landslide MonitoringHu Ying1，Xie Tian2，Yang Xi11. Hubei Quality Supervision and Inspection Station of Surverying Surveying and Mapping，Wuhan 430071， China；2. Hydrogeological team， Geology Bureau for Nonferrous Metals of Guangdong Province，Guangzhou 510811， ChinaAbstract： China is constantly threatened by the geohazards. In particular， the landslides lead to hundreds of causalities and billions of Chinese Yuan of property lost. The ground-based three-dimensional （3D） laser scanning can be applied in the landslide displacement monitoring and is of significant importance to the pre-failure forecast and post-slide reconstruction. This paper introduces the contemporary landslide monitoring tools and its development in China and worldwide， with a focus on the 3D laser scanning approach. We elaborate the principle and methodology of the point cloud data processing and compare some generally used landslide monitoring techniques.Key words： Three-dimensional laser scanning； Landslide monitoring； Surface deformation； Point cloud1.引言根據自然资源部最新发布的2018年全国地质灾害通报显示，我国2018年共发生地质灾害2966起，造成185人伤亡，直接经济损失14.7亿元。
如何利用测绘仪器进行边坡监测与分析
如何利用测绘仪器进行边坡监测与分析引言：边坡是自然地质环境中非常常见的地形，但是由于其地质构造和土壤特性的不稳定性，边坡容易发生滑坡、崩塌等地质灾害，给人民生命和财产安全带来很大威胁。
因此，在边坡的监测和分析方面，科学的测绘仪器起到了至关重要的作用。
本文将探讨如何利用测绘仪器进行边坡监测与分析的方法与技术。
一、激光扫描仪的应用：激光扫描仪是近年来较为先进的边坡监测设备之一。
它通过发射激光束并记录返回信号的时间，从而测量地表与测量仪之间的距离。
利用激光扫描仪可以获取边坡地表的精确三维坐标，以及地表的形态和变形信息。
其中，激光扫描仪的核心技术是激光雷达，它能够快速、准确地获取远距离对象的三维结构，因此被广泛应用于边坡的监测和分析工作中。
二、GPS测量技术的应用：GPS是全球定位系统的简称，它利用卫星和地面测量设备相互配合的方法来确定地球上任意一点的地理坐标。
在边坡监测和分析方面，GPS测量技术可以用于获取边坡不同部位的精确坐标，并实时监测坐标的变化情况。
通过比较不同时间点的坐标数据，可以推断边坡的位移、变形等情况，为边坡稳定性的评估和预警提供重要依据。
三、无人机遥感技术的应用：无人机遥感技术是近年来得到迅速发展的一项技术，其应用范围广泛，包括边坡监测和分析。
无人机可以搭载多种传感器，如摄像机、红外传感器等，通过定期飞行，获取边坡地表的高分辨率图像和数据。
通过对这些图像和数据的处理与分析，可以获得边坡的精确地理信息、地形特征，以及变形情况等。
无人机遥感技术无需人工进入危险区域，大大提高了边坡监测的效率和安全性。
四、地面测量仪器的应用：除了以上提到的激光扫描仪和GPS测量技术，还有许多其他常用的地面测量仪器。
例如，经典的全站仪能够通过发射和接收电磁波，测量两个点之间的距离和方位角，进而计算出坐标。
全站仪在边坡监测中可以用于获取地表控制点的坐标，从而实现边坡形态和变形的测量。
此外，地面测量仪器还包括水准仪、测量车等，它们可以通过不同的测量原理和方法，获取边坡的高程、位移等数据。
I-Site8820XR-CT三维激光扫描仪系统在边坡监测中的应用
I-Site8820XR-CT三维激光扫描仪系统在边坡监测中的应用随着高铁和高速公路的修建，将产生大量的人工高陡边坡，加之由自然灾害形成的自然边坡，高陡边坡的危害性越来越大，对高陡边坡实施变形监测，可实时了解边坡变形情况，降低高陡边坡对人身、自然财产的损害。
对于人工开挖的高陡边坡，需要在施工过程中便开始进行监测，并持续后期运营。
传统边坡监测主要是通过埋设传感器、应用GPS或全站仪进行监测，但此类监测需要人工选择监测点，并采用以点代面方式表现边坡变形情况，考虑某些边坡无法安装传感器和架设棱镜，更无法应用GPS测点，所以传统边坡监测方式的局限性越来越大，也无法实现对边坡的实时监测。
三维激光扫描技术被称为是“实景复制技术”，是测量的第三次工业革命，利用非接触式测量，可以快速采集边坡的点云数据，通过分析两次边坡的点云数据，可以分析边坡的变形情况，真正实现边坡的面监测。
I-Site8820XR-CT是澳大利亚MAPTEK公司研发的三维激光扫描仪，配套公司自主研发的边坡监测软件SENTRY，可实现边坡变形的实时监测，应用I-Site8820XR-CT进行边坡监测可按以下步骤进行：1、危险边坡扫描与分析应用I-Site8820XR-CT可实现危险边坡数据的快速采集，同时采集全景照片如图1所示，原始点云数据如图2所示，危险区域划分如图3所示。
图1 边坡全景照片（可在全景照片上圈定范围和量取尺寸）图2 边坡原始点云图3 危险岩体区域划分图1）、建立危险边坡三维模型应用I-Site Studio6.0对原始点云的处理，可建立危险边坡三维模型，如图4所示，应用该三维模型，可实现危险边坡特征线的提取（如等高线、危岩体剖面图、危岩体立体图等），危岩体体积查询等。
图4 边坡模型2）、节理产状查询应用I-Site Studio6.0的岩土工程模块可实现对节理产状查询，如图5所示。
图5 主要节理产状图3）、生成极点图通过对查询出的产状进行统计，生成极点图，如图6所示。
三维激光扫描技术在测绘中的应用案例
三维激光扫描技术在测绘中的应用案例近年来，随着科技的快速发展和创新，三维激光扫描技术逐渐成为测绘领域中不可或缺的工具之一。
该技术通过激光器发射激光束，利用传感器接收返回的激光信号，实现对目标物体的高精度、高效率的三维记录和建模。
三维激光扫描技术的广泛应用，使得现代测绘工作不再依赖传统的人工测量方法，大大提高了工作效率和测绘精度。
接下来，我们将通过几个实际案例来探讨三维激光扫描技术在测绘中的应用。
首先，三维激光扫描技术在城市规划与建筑设计领域中发挥着重要作用。
传统的城市规划和建筑设计几乎都需要用到精确的测量数据，以便进行绘图和模型设计。
然而，传统的人工测量方法往往效率低下且存在一定的误差。
而借助于三维激光扫描技术，可以快速获取城市地貌、建筑物的尺寸和形状等相关数据，不仅节省了时间和人力成本，还能保证测绘结果的准确性。
比如，某市政府计划进行市中心区域的更新改造，利用三维激光扫描仪对该区域进行了全面扫描，获取了大量的建筑物和地面特征的三维点云数据。
在此基础上，设计师可以直接在计算机上对这些数据进行建筑模型的设计和规划，从而大大提高了设计效率和精度。
其次，三维激光扫描技术在文化遗产保护和修复方面也发挥着重要作用。
许多文化遗产建筑都有着复杂的结构和精细的雕刻工艺，一旦发生损毁，常常需要耗费大量的时间和人力进行修复。
而三维激光扫描技术可以快速获取文化遗产建筑的精确信息，为后续的修复工作提供必要的数据支持。
例如，某国家的国宝级文化遗产建筑因年久失修而出现裂缝和变形，传统的测量方法难以准确捕捉到这些细微的状况。
通过三维激光扫描技术，可以全面、精确地记录建筑物的形态和变形，为修复工作提供了重要的依据。
修复人员可以通过对扫描数据的分析和比对，制定相应的修复方案，最大程度地保护和修复文化遗产。
此外，三维激光扫描技术在地质勘探和地质灾害预警方面也有广泛的应用。
地质勘探是石油、煤炭等资源开发的基础工作，传统的地质勘探往往需要大量的人力和物力，而且存在一定的安全隐患。
使用激光测距仪进行岩石坡面和崩塌物体三维扫描与形变监测方法研究
使用激光测距仪进行岩石坡面和崩塌物体三维扫描与形变监测方法研究激光测距仪是一种高精度、高效率的测量工具，在地质工程中有着广泛的应用。
本文将探讨激光测距仪在岩石坡面和崩塌物体三维扫描与形变监测中的方法研究。
一、激光测距仪的基本原理与特点激光测距仪通过测量激光脉冲从发射到接收的时间差，并结合光速常数，可以精确计算出被测物体的距离。
与传统的测距方法相比，激光测距仪具有非接触、高精度、快速测量等优势，尤其适用于复杂环境下的岩石坡面和崩塌物体的扫描与形变监测。
二、岩石坡面三维扫描方法研究激光测距仪可以通过扫描方式获取岩石坡面的三维点云数据，从而实现对其形貌和结构的精确测量。
首先，我们需要将激光测距仪固定在合适位置，通过激光扫描获得坡面上的点云数据。
然后，利用数据处理软件对点云数据进行配准和过滤，去除扫描过程中产生的噪声和无效数据。
最后，将处理后的数据进行三维重建，得到岩石坡面的几何模型。
三、崩塌物体三维形变监测方法研究激光测距仪还可以用于崩塌物体的三维形变监测。
崩塌物体在形变过程中，可以利用激光测距仪不断扫描其表面，获取相应的点云数据。
通过比对不同时刻的点云数据，我们可以计算出崩塌物体在空间上的形变量，比如位移、变形量等。
这对于提前预警和监测崩塌灾害具有重要意义。
四、方法研究的关键技术激光测距仪在岩石坡面和崩塌物体三维扫描与形变监测中的研究，离不开一些关键技术的支持。
首先，精确的激光测距仪设备是保证测量精度的基础。
其次，数据处理软件的开发和优化也至关重要，只有通过准确的数据配准和滤波算法，才能最大程度地提高数据质量和处理效率。
此外，配备合适的数据存储和传输系统可以更好地管理和共享测量数据。
五、前景与应用激光测距仪在岩石坡面和崩塌物体三维扫描与形变监测中具有广阔的应用前景。
例如，可以用于岩质边坡的稳定性分析和评估，及时发现和预测岩石滑坡的发生。
此外，激光测距仪的应用也可以拓展到其他领域，比如建筑结构的监测、地下矿山的安全监测等。
基于GPS技术的公路滑坡三维形变监测技术研究
基于GPS技术的公路滑坡三维形变监测技术研究摘要：目前，GPS技术已经广泛的应用在地质灾害的监测中，尤其是在公路滑坡灾害监测方面。
由于点位的选择不受通视条件的限制，因而选点灵活，但是由于GPS接收机造价较为昂贵，极大地限制了GPS技术的应用。
因此，降低GPS监测系统成本，实现对变形体的连续监测，对促进GPS技术在公路地质灾害监测中的广泛应用具有非常重要的意义。
关键词：公路滑坡，变形监测，基线解算1公路滑坡常规监测方法1.1地面水平位移监测方法利用常规精密大地测量方法进行水平位移监测时，首先在待监测区域外建立一平面控制网，然后再使用精密测距仪、电子经纬仪或电子全站仪进行观测，以获取滑坡平面位移监测的参考基准。
1.2沉降监测方法进行沉降监测时一般是须设置基岩标时，通常用精密水准测量方法对滑坡进行垂直位移监测，又称沉降观测，该方法属于一维变形测量。
在软土地基上修建高速公路，路堤处于边修边沉的状态，一般解决的方法有，将路堤填筑到超过设计标高一定高度，以消除沉降的影响。
作为地面沉降观测的基准点，再在沉降地域布设沉降观测点，以一定周期重复进行水准测量，经过多期水准测量和地面沉降观测资料的分析研究，计算出各沉降观测点的各期沉降量、累计沉降量、沉降速率等数据，从而为沉降区域的治理提供科学依据。
1.3地面三维变形监测方法1.3.1全站仪三维变形监测全站仪因其特有的优势可以替代水准测量，在对滑坡监测时可以采用全站仪进行三维变形监测。
自动全站仪是全站仪的一种，是目前最常使用的一种，因其自动化、智能化程序能对合作目标进行自动识别、锁定跟踪、自动观测和记录，因此也有着“测量机器人”的美誉。
自动全站仪测量精度很高，测角精度可以达到士0.5″，测距精度可达到士(1mm+1ppm)，因此因其变形测量的效率和精度极高，广泛应用于滑坡监测、大坝变形监测等多个领域。
1.3.2三维激光扫描仪变形监测三维激光扫描仪在地面三维变形监测中也是一种重要的方法，因其采用激光扫描，所以测量速度快、采集信息量大、效率高。
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三维激光扫描技术在滑坡监测中的应用
摘要：本文介绍了三维激光扫描的原理及特点、误差成因以及数据处理的方法，通过实例，讨论了其在滑坡变形监测领域的可行性、优势和存在的问题，并将地面三维激光扫描技术与常规变形监测方法进行对比，得到定量的分析结果。
关键词：滑坡变形监测三维激光扫描仪监测方法
引言
近年来，滑坡地质灾害的濒临发生给人们的生命和财产都带来巨大损失，所以对灾害体进行实时的监测有着非常重要的意义。
三维激光扫描技术是最近十几年迅速发展起来的一种新的测量技术，它的应用使对滑坡灾害的监测更实时有效，对于及时预报灾情，保障人们生命和财产安全有重要的意义。
1、地面三维激光扫描技术原理与特点
1.1 工作原理
三维激光扫描仪其主要原理是通过测量其所在中心距目标体的距离然后根据以下公式计算目标体的三维坐标。
X=Ssinθsinα；
Y=Ssinθcosα；
Z=Scosθ
激光扫描仪是根据光学三角测量的原理(见图)，以激光作为光源，通过内部发射装置，将激光束投射到被测物体表面，并采用光电敏感元件在另一位置接收激光的反射能量，通过测量每个激光脉冲从发出经被测物表面再返回仪器所经过的时间或相位差，计算出其到物体扫描点之间的距离值S和反射强度i ，通过距离值就能够获取被测对象表面每个采样点的空间立体坐标，从而得到被测对象的离散采样点集合，即激光点云。
1.2 三维激光扫描仪的特点
（1）实用有效的测距范围大，与无反射棱镜测量仪器相比，几乎可以满足所有测量领域。
（2）全方位视角的扫描特点，进行扫描时不受视场角的限制，几乎没有盲区。
（3）测量点位精度高，对远镖靶的扫描有较高的精度，保证了拼接精度。
（4）扫描速度快，能够实现快速高效的测量。
1.3数据采集及误差分析
外业数据采集包括架站、定向、拍照、粗扫、精扫五个步骤。
设站成功后，连接扫描仪和电源，打开电源开关让仪器自检；设置笔记本与扫描仪之间的通讯，启动配套的Cyclone软件并建立数据库与工程文件，连接扫描仪并通过设置角度范围对扫描区域进行拍照。
影响地面三维激光扫描仪采样数据精度的因素较多，主要包括步进器的测角精度、仪器的测时精度、激光信号的信噪比、激光信号的反射率、回波信号的强度、背景辐射噪声的强度、激光脉冲接受器的灵敏度、仪器与被测点间的距离、仪器与被测目标面所形成的角度等。
1.4 数据处理
利用三维激光扫描仪点云数据采集完成后，应用配套的Cyclone软件，即可对采集的数据进行多视点云的拼接、噪声处理、点云滤波、数据的输出等处理。
在处理过程中应根据实际的应用对数据进行具体的预处理。
2、实例分析
本文使用徕卡公司的ScanStation2地面型三维激光扫描仪对西安市清凉寺滑坡体进行测量，对所采集数据进行多视点云拼接，并对其进行去噪、滤波处理前后的点云数据进行对比如图2-1所示.
图2-1点云数据处理前后对比图
通过对滑坡前后对滑坡体进行测量，对点云数据处理后得到滑坡前后滑坡区的等高线图，由图可以明确分辨出滑坡所在位置（图2-2），并且通过这些点云数据可以更准确建立滑坡体的地面高程模型，从而更准确计算土方量。
图2-2滑坡前后等高线图
在滑坡前后用三维激光扫描仪和全站仪分别对监测点进行观测，通过计算，可以得到基于两种观测方式的监测点的变形量，并针对三维激光扫描仪监测精度进行评定。
表1 监测点变形量及位移插值
表2 点位中误差及高程中误差
通过与表2中各等级滑坡监测点的施测精度要求对比得出，其监测的点位中误差及高程中误差均满足三等监测的精度要求，足以表明其在滑坡变形监测领域的应用是可行的。
3、结论
由本文可知三维激光扫描仪精度完全满足三等监测精度要求，与传统全站仪、GPS一体机相比，其数据采集量更大、速度更快、精度更高；用点云数据计算出的土方量也更加准确。
其克服了传统变形监测基于点的监测的片面性，可得到监测区域完整的点云数据，从而得到滑坡体的基于面的变形信息。
但是也存在着许多的不足，如质量较重、体积较大，在滑坡地形中的操作和搬运都不太方便，有待进一步的完善。
随着激光技术的进步与发展，相信三维激光扫描技术在滑坡变形监测中的应用会越来越广泛。
参考文献:
[1]刘景程. 三维激光扫描仪技术在滑坡监测中的应用[D].西安：长安大学.2012
[2]马立广.地面三维激光扫描测量技术研究[D].武汉：武汉大学.2005
[3]郑德华，沈云中.三维激光扫描仪机器测量误差影响因素分析[J].测绘工程,2005,(2):32-34。