基于综合改进ICP算法的三维激光扫描技术在露天矿边坡测绘中的应用

以先后发生过两次大规模滑坡的中煤平朔公司东露天矿边坡为研究背景,利用三维激光扫描技术测绘速度快、测量精度高、数据量大的特点,对该露天矿边坡进行三维激光扫描,尤其是对发生过滑坡的两个重点区域进行精细扫描。基于综合改进ICP算法,将扫描得到的多站点云数据进行拼接处理,完成了长约2 km的露天矿边坡三维模型重建。研究结果表明,三维激光扫描结果符合工程实际特征,是一种快速建立矿山边坡数字模型的有效手段。     

区域重力调查中GPS和MapGIS的应用

本文通过在区域重力调查工作中，应用GPS定位技术解求重力测点的平面坐标和高程，并通过MapGIS空间分析模型子系统功能对资料及时整理，使野外人员及时地掌握工作进展情况和质量情况，提高了野外工作质量和效率。     

SDCORS系统在布设D、E级GPS控制网中的应用

当使用传统的观测模式观测GPS控制点较难达到预期的精度要求时,可以利用参考站高精度的坐标作为静态GPS网的起算点进行控制网布设。以山东省临沂市D、E级GPS控制网建立工程为例,介绍了使用基于SDCORS点观测模式布设GPS平面控制网的方法,并对控制网的精度进行了分析。得出基于SDCORS的点观测模式在D、E级GPS控制网的布设中应用是完全可行的结论。     

三维激光扫描装置设计与数据处理

三维激光扫描仪克服了传统的单点测量方式,可以方便地对实物进行复制建立立体模型。笔者简单介绍了三维激光扫描仪构造及其实现的原理,利用自行购买的激光雷达、相机和电控平台等部件搭建三维激光扫描平台,利用串口通讯实现对激光雷达、相机和电控平台等硬件控制,进一步完成三维激光扫描点云生成及图像获取,并对生成的点云进行了精度校正,最后基于特征点拼接多幅扫描图像并成功地实现了扫描点云和图像的匹配融合,其中点云精度和图像融合效果较好。     

三维激光扫描技术及其在岩土工程中的应用

地面三维激光扫描技术是一项较新的数据收集与分析技术,它可以快速扫描目标,获得高密度,高精度的目标空间坐标,配合后处理软件,进行各种测绘、分析、仿真工作。介绍了三维激光扫描技术的原理,对目前的主要激光扫描硬件进行了比较,最后介绍了三维激光扫描技术在岩土工程应用的主要两个方面：边坡变形监测与岩石裂隙面勘察。相比常规监测和地质调查技术,三维激光扫描技术具有高精度、速度快、节省人工的优势,具有较大的应用潜力。     

基于三维激光扫描的空间地物建模

利用地面三维激光扫描仪获取的空间数据,进行了三维空间地物建模研究。以建筑物建模为例,首先从原始数据中分离提取建筑物,然后对得到的建筑物数据进行去噪处理,再通过整体匹配纠正并对原始测量数据进行重新采样和拼接配准,建立了由三角网构成的三维表面模型。结果表明,所构建的三维表面模型较好地表达了建筑物的几何特征,户外实验也验证了上述过程可以实现对建筑物快速三维建模。     

The continental margin in Iceland — A snapshot derived from combined GPS networks

The tectonical setting in Iceland is quite complex due to the interaction of the Iceland hot spot and the Mid Atlantic Ridge. While in the north of the island one active spreading zone exists, the divergent motion in the centre and the south is distributed over at least two volcanic rift zones. The spreading rate increases linearly along the Western Volcanic Zone from north to south up to 8 mm/yr at the Hengill triple junction. On the contrary, the spreading rate of the parallel Eastern Volcanic Zone decreases from 16 mm/yr down to 6 mm/yr at the island's southern coast. The Hreppar microplate between the two predominant rift zones has an independent motion, which is distinct from that of the Eurasian and North American plates. A new detected feature is the spreading activity around the Hofsjökull volcanic zone located in the centre of Iceland with a significant rate of 6 mm/yr. During this investigation the coordinate sets of nearly 20 years of GPS data acquisition on Iceland were combined to get a velocity field for the surface of Iceland. This velocity field is based on a linear kinematic model with the consideration of local non-linear effects like volcano up-doming and displacements due to major earthquakes.     

基于三维激光扫描的滑坡变形监测与数据处理

地面三维激光扫描技术可以高精度、高密度、高速度地测量物体表面三维空间坐标,从而详细描述表面细部状况。它已经在静态形状测量中获得了成功的应用。目前,滑坡地表变形分析主要是采用GPS或全站仪测量的少量特征点来进行,缺乏整体变形资料。但滑坡变形体的诸多细节变化对正确的变形分析有着重要的作用,将该技术引入到滑坡变形监测与分析中,可充分利用滑坡体上的大量点自然地物作为监测点,来完整监测和分析其变形。作为一项新的研究内容,文章对此进行了相应的理论分析与实际测量,获得了初步满意的结果。     

上海市高速公路网框架点GPS定位测量数据处理与分析

以上海市高速公路网及若干主要国道的道路框架点GPS控制网施测及观测数据处理为例,详细分析和总结了中长距离道路导线形式GPS控制网的设计布设方法、网的稳定度和数据处理经验。     

三维激光扫描技术在地表巨粒组粒度分析中的应用

传统颗粒分析因难于对巨粒组进行筛分测试,而忽略了其对岩土物理参数的影响。该研究应用数字化三维激光扫描技术,增加巨粒组的颗粒分析。通过数据采集、点云数据配准、噪音点去除和颗粒轮廓提取获得某堆积物地表数据。并结合室内颗粒分析结果绘制全颗粒累计曲线。与传统累计曲线比较,该曲线不均匀系数变大,级配变好,孔隙度和渗透性发生变化。     

三维成矿预测数据整合过程不确定性研究——以宁芜盆地钟姑矿田为例

基于多元地学大数据的三维成矿预测方法是开展深部找矿预测的新方法和新手段,也是当前成矿预测领域的研究热点之一。然而,大数据具有高维、混杂、非精确等特点,其分析处理过程面临多重不确定性。多元地学大数据整合是三维成矿预测的最终环节,其存在的不确定性将直接作用于预测结果,影响进一步的找矿应用和风险评估。本文以宁芜盆地钟姑矿田为例,从大数据思维出发,定量分析和度量预测要素和数学模型在数据整合过程中存在的不确定性及对三维成矿预测结果的影响。结果显示,断裂构造、背斜轴部等预测要素的不确定性对三维成矿预测结果的影响最为强烈;数据整合模型中,较之Logistic回归模型和证据权重模型,神经网络模型可能具有更高的不确定性程度。进一步工作可通过增强上述预测要素的可靠性和有效性、采用更多的数据整合模型进行更为全面的不确定性分析和评价,以获得更为可靠的三维成矿预测成果,从而降低成矿预测和找矿勘探风险。     

煤矿巷道三维激光扫描关键技术及工程实践

智能化、无人化开采是煤炭行业发展的必然趋势,精准地质信息探测是当前智慧煤矿建设中的重点研发方向之一,其中巷道信息的精准探测和巷道三维模型的快速获取是地质透明化的重要数据来源。对比分析传统巷道建模方法及其优缺点,提出利用三维激光扫描重建技术构建高精度透明工作面巷道模型的技术思路。在分析煤矿井下工况环境长距离三维激光扫描面临的技术难题的基础上,研究三维激光扫描原理和空间点坐标计算方法,并提出透明工作面巷道三维激光扫描重建技术流程,其关键技术包括:三维激光扫描系统动态标定和坐标转换方法;点云预处理技术中基于统计滤波法的大尺度噪声滤波方法和基于移动最小二乘的小尺度噪声滤波算法;点云关键点提取与特征描述技术中SIFT特征检测算法和FPFH特征描述算法;点云配准技术中基于FPFH特征描述算法的粗配准技术和基于迭代最近点算法的精配准技术。以准格尔煤田唐家会煤矿某工作面为研究对象,利用自主研发的移动式三维激光扫描系统从三维激光扫描施工流程、巷道点云数据采集、边界轮廓线提取、巷道与工作面联合建模等方面进行实践应用。结果表明,提出的基于三维激光扫描技术的工作面巷道三维重建思路在技术上是可行的,能为复杂巷道的快速三维扫描、重建提供一条可行的技术路径。      

三维激光扫描技术在滑坡物理模型试验中的应用

大型滑坡物理模型试验中常采用高精度的特征点监测,缺少整体变形资料;而三维激光扫描技术可以高精度、快速、完整地扫描实物,获得海量的点云数据,构建实物的数字化模型,从而详细描述表面细部状况。将三维激光扫描技术引入到滑坡物理模型试验坡体表面整体变形监测中,通过数字仿真试验对点云数据4种变形测量方式进行了对比和评价,推导了点云数据单个扫描点的空间位置精度的评价模型,对点云密度进行了理论分析。通过滑坡物理模型试验实例,采用点云比较、重心法、点云叠加方法测量模型的整体变形和单个监测点的位移,对滑坡不同演化阶段变形特征进行了综合分析。研究表明:空间位置精度的评价模型、点云密度模型为三维激光扫描变形监测的测量成果评定,测量方案的优化设计提供了必要的理论基础。点云叠加、点云比较为面测量,可以获得整个模型坡面的变形和位移情况,测量模型的变形趋势和变形量级,重心法、拟合法则属于点测量,可以获得单个监测点准确的位移量。基于三维激光扫描技术坡面监测是结合点测量和面测量的优势,在保证高精度特征点监测同时,获得模型坡面的整体变形和位移。     

三维激光扫描在摩崖石刻类文物地质勘察节理裂隙测量中的应用研究

三维激光扫描作为一项的获取实物三维空间数据的新兴测量技术,以其限制少、精度高、速度快特点,广泛应用到工程领域中。摩崖石刻类石质文物在勘察和保护设计过程中,崖面的节理裂隙对文物病害的形成和发展有极大影响。利用三维激光扫描及其后处理成果,查明崖面节理裂隙的分布、产状和间距,对于研究文物病害产生原因,提出合理的文物保护措施和治理建议十分重要。本文通过分析石质文物病害产生原因,以及节理裂隙在其中的作用,辅以工程实例,探讨了三维激光扫描在摩崖石刻类石质文物地质勘察中查明节理裂隙的应用方法。     

三维激光扫描技术及BIM技术在古建筑保护测绘中的应用

结合北京市密云区古北口村文物建筑群工程实例介绍了三维激光扫描技术、BIM(建筑信息模型)在古建筑测绘中的应用。通过对比传统测绘方法,证明其在测绘及文物保护方面应用的优势。     

跨断层与GPS地壳形变数据联合反演鲜水河断裂地震危险性

为了探索GPS和跨断层地壳形变数据联合反演效果,本文以鲜水河断裂为研究对象,利用1999~2007期,2009~2013期和2013~2017期中国大陆GPS水平速度场数据,使用贝叶斯反演方法,以跨断层数据为先验条件,估算了川滇菱形块体东边界（主要为鲜水河断裂）的断层运动速率。发现增加跨断层数据后,反演图像的近场和远场速率区别更加显著,不同期次的断层活动速率表现出明显的差异。但是,本方法在震前效果并不明显,尤其是在汶川地震前部分跨断层场地的逆向走滑特征很难表现出来,对于地震预测预报也很难起到优势作用,但从反演效果上来看,可以更直观的反映断层在近场和远场上的速率差异以及地震后断层运动速率的分段特征。最终根据上述研究方法认为鲜水河断裂带在汶川地震后,经过多年的应力调整,目前左旋走滑速率已经基本恢复到震前状态,鲜水河断裂南段持续拉张趋势,川滇菱形块体的顺时针旋转作用持续加强,鲜水河断裂的道孚段和磨西段存均在一定的走滑速率亏损,应注意这两个地区的地震危险性,以及这两个地区地震危险的关联性。     

矿区GPS高程拟合精度和可靠性研究

根据矿区控制测量的特点，在矿区水准网基础上，用水准测量的方法联测数量足够、分布均匀的GPS点，然后用GPS高程拟合的方法确定其余大量GPS点的高程，建立矿区GPS高程控制网。结合实例论述了该拟合方法建立矿区GPS高程控制网的精度和可靠性，并分析了它的应用价值。     

基于三维扫描和三维雕刻技术的岩石结构面原状重构方法及其力学特性

为了客观重复制作与原岩结构面的岩性、表面形态和力学性质完全一致的试样,集成三维扫描和三维雕刻技术,提出了原岩结构面试样重构新方法。采用该方法制作了具有相同表面形态的大理岩结构面试样,开展了不同法向力下的直剪试验,并采用声发射技术对结构面剪切破坏过程进行了监测。结果表明：重构结构面试样与原始结构面试样具有高度相似性;结构面剪应力-剪切位移曲线可分为两类：剪胀滑移型和剪断跌落型;剪切破坏后结构面可明显地划分为两个区域：剪胀脱开区和剪断磨损区;提出了结构面剪切强度新公式,理论公式与试验结果更接近;结构面剪切过程中剪应力、能量率、计数、撞击率随时间的变化规律具有较好的一致性,声发射定位位置与剪切过程中结构面损伤破坏区域基本吻合。     

Olympus Mons volcano,Mars: A photogeologic view and new insights

The volcano Olympus Mons is probably the best known extraterrestrial volcano. In the past decade, an unprecedented selection of high-resolution images with a spatial resolution of up to 25?cm/pixel has been collected, and these images now allow detailed morphologic analysis of the entire volcano. The summit comprises a nested caldera with six overlapping collapse pits. There are numerous wrinkle ridges and graben on the caldera floor, and topographic data indicate that the location of these features is controlled by subsidence of the central portion of the floor. Examination of the caldera walls reveals numerous layers interpreted to be lava flows. No clear evidence for eruption sites on the flanks of the volcano exist; rather, many previously identified sources of lava appear to be break-outs from flows up-slope which are controlled by local breaks in slope. The vents for these eruptions were most likely within the summit caldera but have been removed by the set of six large collapse events that have produced the 60?×?80?km diameter caldera, which are collectively called the “Olympus Paterae”. The origin of the basal escarpment surrounding the volcano remains enigmatic, but it is probably related to the origin of the surrounding lobate materials collectively called the Olympus Mons aureole. In places, this escarpment is >5?km high, but the elevation of the back-wall varies from ～1?km to ～8?km relative to the Mars datum. Inspection of kilometer-scale blocks within the aureole indicates that this material is not composed of lava flows, suggesting that the base of Olympus Mons consists of fragmented material comparable to the hyaloclastite material forming the base of Hawaiian volcanoes. Numerous additional features on Olympus Mons are discussed, including two large impact craters near the summit of the volcano, glacial deposits on the lower western flanks, channels and small shields around the base of the volcano, and ridges north of the escarpment which may have formed via the emplacement of dikes into ice-rich materials. Comparison with other Martian volcanoes may also help the analysis of Olympus Mons; the morphology of the basal escarpment of Apollinaris Patera suggests that erosion by wind or water may be restricted to the lowest elevations on Mars. If the basal materials of Olympus Mons are unconsolidated, then Olympus Mons may have been similar to Alba Mons or Tyrrhena Mons during the early phases of volcano growth. Certain basaltic volcanoes on Earth may serve as good analogs for features seen on Olympus Mons; the summit of Masaya volcano, Nicaragua, displays similar features to Olympus Patera at the summit caldera of Olympus Mons.     

Close-range terrestrial digital photogrammetry and terrestrial laser scanning for discontinuity characterization on rock cuts

This paper reviews the application of close-range terrestrial digital photogrammetry and terrestrial laser scanning for discontinuity characterization on rock cuts. Terrestrial remote sensing techniques are being increasingly used as a complement to traditional scanline and window mapping methods. They provide more comprehensive information on rock cuts, allow surveying of inaccessible outcrops, and increase user safety. Selected case studies are used to estimate the accuracy of several 3D model registration approaches and the most time-, effort- and cost-effective methods are highlighted. It is shown that simple registration networks are able to provide adequate measurement of discontinuity orientation for engineering purposes. The case studies presented also illustrate the effects of sampling bias and limitations related to discontinuity characterization using remote sensing techniques. Vertical orientation bias and occlusion can be of particular concern when persistent discontinuities dip at the same angle as the camera/scanner line-of-sight. Major advantages of the techniques are presented illustrating how terrestrial remote sensing techniques provide rapid spatial measurements of discontinuity location, orientation and curvature and are well suited to the quantification of persistence magnitudes greater than 3 m.