基于无人机载LiDAR的采煤沉陷监测技术方法——以宁东煤矿基地马连台煤矿为例

探索采煤地表沉陷的高新监测技术方法是推动采煤沉陷监测的重要工作,无人机载LiDAR采煤塌陷监测技术是无人机与LiDAR构建的一种新型低空三维空间测量技术。以宁东煤炭基地马莲台煤矿采煤沉陷区为例,采用无人机机载LiDAR监测技术获取了2017年4月及8月2期三维点云数据,通过数据三维建模和沉降信息提取,得到了地面沉陷情况的三维立体图,监测出了3处地面沉降区,并利用实测水准点和已有GPS自动监测站数据,对该技术监测地面沉降的精度进行评估。研究结果表明,无人机机载LiDAR监测技术方法可满足采煤塌陷的立体监测需求,具有机动灵活、成本低、效率高、精度高等特点,未来可在类似地区推广应用。     

Lidar点云数据中建筑物的快速提取

Lidar技术可快速获取地表的高精度三维点云数据, 目前对此类数据的分类却是速度慢、精度低, 尤其是城市区域建筑物和树木靠得较近时更是难以准确提取建筑物.介绍了一种基于点云数据生成距离影像, 而后引入对比度纹理辅助的点云数据建筑物快速提取方法.结果证明, 该方法不需要其他辅助数据就能实现点云数据中建筑物的快速提取.      

一种机载雷达点云数据的快速分类方法

机载激光雷达扫描技术可以以点云形式快速获取地形表面高精度三维信息。基于激光雷达扫描数据及建筑物本身的拓扑信息就可以对建筑物进行精确的重建,而重建中最关键的技术是对点云数据进行分类,进而进行地物识别。对大规模三维点云数据进行快速分类,提出一种采用区域分割结合基于最小二乘平差的多项式拟合方法,将大量离散的三维点云分割后进行多项式拟合,并将二维数据分类转化为一维数据分类。在分类的基础上,将建筑物几何规则作为约束条件提取了房屋边缘。实验分析表明,该方法既能去除多余噪声,又能有效保留特征点,分类的总误差率低于3%。     

机载LiDAR数据加工DEM产品技术研究

重点讨论基于不同软件平台下,机载LiDAR数据加工DEM测绘产品工艺技术研究。针对原始LiDAR点云集数据拼接、系统精度纠正、预处理→地面高程点提取→非地面点滤波分类→数字地面模型编辑→数字高程模型网格化→DEM产品质量检验等生产工艺流程进行研究。通过对LiDAR数据滤波分类处理算法应用研究,实现不同地物类别点云自动化提取。同时针对高精度的DTM、DEM数模产品拓展应用,重构地表模型三维虚拟成像。     

无人机载LiDAR和倾斜摄影技术在地质灾害隐患早期识别中的应用

近年来,隐蔽性强、突发性高、破坏力大、灾害链长的重大地质灾害频繁发生。如何实现人工排查无法到达区域地质灾害隐患的早期识别,已是地质灾害防治领域必需解决的难题。本文基于无人机载LiDAR和倾斜摄影技术,获取地质灾害隐患点更加精准、精细的地形地貌勘测数据,采用定性与定量相结合方法开展地质灾害隐患早期识别。无人机载LiDAR技术能够“穿透”地表植被,获取真实地表数字高程模型（DEM）,据此可计算出地质灾害的关键特征参数,如山体阴影、坡度、等高线、粗糙度以及曲率等微地貌因子。无人机载倾斜摄影技术能够快速获取地质灾害隐患点的三维模型和数字正射影像（DOM）,使在三维实景场景模型中开展地质灾害隐患点识别和研判成为可能。通过建立数据综合应用策略,对地质灾害隐患点定性和定量分析,能够实现早期发现、有效识别。本文通过对九寨沟九道拐滑坡点的研究分析,结果表明无人机载LiDAR和倾斜摄影技术在地质灾害隐患早期识别方面具有较大的应用价值。     

一种基于面向对象辅以DSM的建筑物提取方法

基于面向对象技术并辅以DSN的方法来快速提取建筑物信息,从LiDAR点云数据生成的DSM中提取到坡度信息,并根据对象的高度信息来提取到建筑物的大致轮廓,然后分割建筑物轮廓外的对象,依据已分建筑物对象的空间信息、形状信息及光谱信息来优化建筑物轮廓。实验结果表明,提取到的对象的正确率为97. 9%,完整率为96. 4%。     

机载LiDAR与地面三维激光扫描在贵州水城独家寨崩塌地质灾害风险调查中的应用

在贵州岩溶山区开展地质灾害风险调查时,由于局部存在高差较大的复杂山体,传统的地面调查手段往往具有局限性。为有效地识别及测量潜在的高位隐蔽性地质灾害隐患,采用无人机载LiDAR和地面三维激光扫描的方法,通过“俯视”数据与“正视”数据相融合,可完整、精确地获取崩塌危岩带的高精度点云及三维模型等数据。以贵州省水城区鸡场镇独家寨崩塌为例,通过野外数据采集-原始点云处理-不同数据融合-整体着色修复等步骤,最后得到研究区高精度三维模型数据,在此基础上对岩体结构和裂隙进行提取,解译出层面和两组节理裂隙产状,进而有效识别危岩体的空间分布,并基于网格划分方法计算出危岩带的规模约6.6×104 m3。结果表明无人机载LiDAR与地面三维激光扫描相融合的方法可优势互补,具有可操作性强、精度高、识别准等特点,可有效地获取解译并识别危岩体的分布及规模,为后续稳定性分析及风险评价提供基础。     

利用高分辨率影像建立三维虚拟校园——以"数字成都理工大学"为例

以数字化校园工程———“数字成都理工大学”为例,探讨利用航空影像和数字摄影测量技术,获取基础空间地理信息的方法及途径。并采用三维建模软件Cyber C ity对建筑物进行三维建模。而对于复杂地物,采用三维地理信息系统IMAGIS软件建立单个模型,从而实现了成都理工大学校区的三维可视化虚拟重建和漫游。实践证明,利用数字摄影测量技术和遥感影像,能够有效地获取大范围区域地表地物的三维信息,并快速地建立地面模型和三维景观。     

基于Photogrammetry的非开挖施工地表变形检测技术研究

非开挖施工过程中由于往往受到埋深的限制,导致上部土体有效应力降低,进而产生地表变形,变形过大还会引起地表既有建筑受到破坏,所以量化检测其变形程度在地下施工中尤为重要。本文主要讨论了采用Photogrammetry技术检测非开挖施工过程中地表变形的主要方法和应用情况。Photogrammetry技术是一种非接触式的变形检测技术,主要通过影像手段获取目标点的三维变形大小。该方法需要从空间多角度对目标点进行摄影测量,获取连续的三维影像信息,通过Photogrammetry软件进行现场目标点重现,进而获取三维可视目标点坐标值。本文通过现场的检测,获取了地表变形的数据,提出了检测的方法,并对数据处理过程中检测精度提出了探讨。     

三维激光扫描技术获取高精度DTM的应用研究

三维激光扫描技术又被称为实景复制技术,是测绘领域继GPS技术之后的又一次技术革命,它突破了传统的单点测量方法,具有高效率、高精度的独特优势。三维激光扫描技术能够提供扫描物体表面的三维点云数据,因此可以用于获取高精度高分辨率的数字地形模型。本文将以一工程边坡为例讨论利用三维激光扫描技术快速获取数字地形模型的方法,着重论述三维点云数据的获取、拼接、坐标校正、去噪及数字高程模型的生成方法,由此得出在一定空间范围内利用三维激光扫描技术快速获取高精度高分辨率的数字地形模型具有可行性。     

三维激光扫描技术在矿山开采沉降中的应用研究

三维激光扫描技术具有高分辨率、高采样率以及非接触式测量优势,它突破了传统的单点测量模式,非常适用于获取矿山的复杂表面和高危区域的空间三维信息。文章阐述了三维扫描仪的种类、技术原理和在矿山开采沉陷中的应用,同时介绍了三维扫描点云数据的后期处理过程及应用。在工作实例中,通过三维激光扫描仪与精密全站仪所测结果进行了对比分析,结果表明:两种技术方法获取的信息数据基本相符,可以满足生产需要,进一步论证了运用三维激光扫描技术对矿山沉陷区进行监测的可靠性和可行性。     

基于点云数据对齐技术的岩体结构面三维吻合度求取

为了更好地描述岩体结构面的吻合程度,引入点云数据对齐技术,计算获得岩体结构面三维吻合度参数(JMC3D)。采用三维激光扫描技术,获取岩体结构面上下盘点云数据,基于迭代最近算法(ICP),将结构面参考面和测试面点云数据统一到全局坐标系中并实现对齐,计算对齐后的测试面与参考面之间的Z坐标高差;然后,将高差位于对齐误差区间的点云数据作为吻合部分予以定量化,计算岩体结构面上下盘吻合面积百分比,从而获取三维吻合度参数。最后,根据JRC-JMC模型公式求取岩体结构面剪切强度,与室内岩体结构面直剪试验结果对比分析进行方法验证。4组试验对比结果误差分别为7.38%、3.21%、9.03%、10.02%,表明基于点云数据对齐技术求取的岩体结构面三维吻合度具有一定可行性和实用性,同时也进一步印证岩体结构面三维吻合度与剪切强度之间的相互联系。     

基于LiDAR数据的3D产品生产新技术

机载LiDAR系统作为新技术用于获取高精度、高密度的三维坐标及与其匹配的影像数据,可快速生产高精度的3D产品。以某试验区用LiDAR技术获得的数据为例,介绍应用POSPac软件、Terra软件和ERDAS软件的LPS模块进行POS数据处理、数字高程模型（DEM）、数字正射影像图（DOM）的制作过程,应用ImageSatationSSK系统进行数字地形图（DLG）的测图,并取得了良好的效果。     

三维激光扫描数据生成精细地面模型

三维激光扫描技术可以快速获取大量点云数据。针对这些点云数据,探讨了点云数据预处理中的区域分割和内插算法问题,研究利用这些预处理数据生成地面模型的方法,并根据实例提出了数据处理的改进方法。数据处理结果表明:利用点云数据通过一些措施生成的地面模型不仅效果好,而且可以满足建立大范围地势复杂地形模型的要求。     

三维激光扫描测量技术在古建筑维修保护中的应用

目前我国的许多古建筑维修、保护工程中缺少建筑物结构图、破坏程度评估困难等问题,因此急需一种快速而全面的建筑物测量手段。三维激光扫描技术作为一种快速、非接触、高精度的测量方法,满足古建筑维修保护中的测量要求。本文通过研究三维激光扫描测量技术在古建筑维修与保护工程中的使用案例,讨论该技术在我国古建筑维修保护中的使用方式与方法,详细介绍三维激光用于古建筑扫描中的勘查、实施、点云处理及建模中的具体步骤和注意事项。本文的介绍有助于汶川大地震后四川和我国其他地区古建筑维修保护工程中对建筑物测量的实施。     

LiDAR技术在活动构造研究中的应用

沿断裂带的大比例尺地貌填图是活动构造研究的重要基础。传统方法一般通过遥感、航片解译以及典型地点的实地测量进行详细填图。因此传统方法一般只能获得二维变形特征,或者局部的三维变形。激光雷达测量(Light Detection And Ranging-LiDAR)技术优势为对地貌的高精度、全方位、三维直接测量,可以为活动构造研究提供沿整条断裂带的高精度地貌高程基础数据。基于LiDAR数据的量化分析是未来活动构造研究的趋势。目前,美国、欧洲、日本以及我国台湾地区等均已经开展沿主要活动断裂带的大规模机载LiDAR测量。与传统方法相比,LiDAR技术在森林覆盖区和城区的活动断裂填图中具有巨大的优势,在沿断裂位错测量上也更精准,更有效。并且震前与震后LiDAR数据对比也是研究同震变形特征、探索断裂发震模式的重要手段。本文综述LiDAR技术在活动构造研究中的主要应用,介绍LiDAR技术在活动构造研究中的优势与前景。分析表明,激光雷达技术在活动构造研究中的应用势在必行,沿国内主要活动断裂带的机载LiDAR测量将成为未来国内活动断裂研究基础数据获取的重要手段。     

无人机航空遥感地质解译在岩石地层单元识别中的应用——以1:50000西南岩溶区填图试点为例

不同基岩组合形成的微地貌形态特征的获取是大比例尺遥感解译岩石地层单元的基础,关键是提高遥感影像及地形数据的空间分辨率。在西南岩溶区填图试点项目中,通过无人机航空遥感平台（UAV）获取了工作区0.2 m分辨率的高精度遥感影像、高密度的点云数据以及0.5 m分辨率的数字高程模型（DEM）,影像与DEM叠加建立工作区三维地表模型,实现了区内微地貌形态的高清晰度真三维再现,真实客观地描述了区域地表微地貌特征,促进了不同基岩上形成的微地貌特征的精细化研究,提高了遥感数据的解译程度。解译过程中结合已有地质资料,建立工作区不同岩石地层单元的微地貌、颜色及植被等方面的解译标志,基于三维地表模型实现了对工作区岩石地层单元的识别。      

岩石圈三维结构模型综合与可视化——以青藏高原东缘为例

随着现代地球物理探测技术高速发展,三维结构数据的获取成为趋势;数据的多样化及其显示需求使地球科学数据三维可视化面临诸多挑战。以川西地区为例,给出一套岩石圈尺度三维结构模型的综合可视化方案。数据包括深度100 km内地震波速度、中上地壳断层几何形态和地表高程数据。(1)对该地区高密度流动地震台阵所获取的速度结构数据进行规则网格插值,将其转化为RAW格式文件;(2)对主要活动断裂地表延伸形态进行数值化并根据倾角向下延伸,将其转化为VTK格式;(3)同时考虑地表地形起伏且同样处理为VTK格式。利用开源软件Paraview实现浅部地质资料与深部速度结构数据融合;进而通过Paraview的体绘制功能对综合模型进行突出S波低速体、突出特定界面等可视化处理,使三维模型内部结构特征得以直观显现。提出的综合可视化方案弥补了以二维平面与剖面为主的地球物理数据显示方式在承载现今所能采集到的三维数据时存在的明显不足,为更好地展示和挖掘地球物理数据特征提供新的途径。     

机载LiDAR技术在山区河道测绘中的应用分析

由于地形崎岖和深厚的植被覆盖,在山区河道测绘往往呈现高难度、高风险和低效率的特点,对该区域的开发和利用造成不利影响。目前基于具有穿透植被性能优异的机载LiDAR,探究激光影像技术在勘测山区河道地形下的效率,为提高该地形下的测绘提供技术支持。但同样机载LiDAR技术在测绘复杂地形的应用精度仍受植被覆盖率和地形平整度的影响,所以为量化分析机载LiDAR技术在复杂地形下的适用性和精确度,本文通过对比不同地表覆盖物下,机载LiDAR在具有代表性的山区河道的测绘应用精度,研究表明：结合点云影像的机载LiDAR测绘技术具有平面精度高、高程信息准确和地表信息丰富全面的突出优点;植被覆盖率、地形坡度显著的影响测绘的点云高程精度,而机载LiDAR技术在穿透植被性具有突出优势;机载LiDAR技术在测绘山区河道地形得应用中具有突出的效率高、准确性高和成本低的显著优势。     

建筑密集区高倾角三维地震勘探效果

高倾角地区(地层倾角40～70°)一直是三维地震勘探的难题,特别是在地表建筑物极复杂区(占工区的95%)实施三维地震勘探,显得难度更大。本文从观测系统设计、炮点、检波器的特殊布设及特观设计上,论证了其可行性。对高倾角且建筑物密集区的三维地震勘探进行了探索,并取得了可喜的成果。