三维激光扫描技术在桥梁变形监测中的应用

随着我国经济的加速腾飞,城市交通设施建设力度在不断加大,桥梁作为城市交通的重要组成部分,在建设与检测技术等方面也在不断更新与提高。桥梁在长期运行后,由于受不均匀荷载及自然不可控外力等因素影响,局部会出现变形、裂缝等病害。由于桥梁横跨水面,受车流量及自然因素的影响,常规的GNSS接收机、全站仪等测量仪器难以快速、准确地获取桥梁全空间信息数据,而三维激光扫描由于其作业效率高、非接触等特点,具有传统测量设备无法比拟的优势。本文以江苏润扬大桥为例,探讨三维激光扫描技术在桥梁变形监测中的应用,详细介绍了外业扫描、点云拼接去噪、成果图绘制及变形分析等步骤,为桥梁监测的新手段应用提供了借鉴经验。     

基于多维景观扩张指数的城市紧凑度分析研究

城市紧凑度是反映城市空间形态的重要指标.基于二维平面上建设用地斑块与原有建设用地斑块之间的缓冲区或者共同边分析是现有研究中测度新增建设用地紧凑或者扩散的主要方式,但是这类方法忽视了斑块内部三维建筑物的高度以及斑块之间的距离.为了更加客观准确地评价微观斑块尺度实际紧凑程度,本文提出了多维景观扩张指数(Multi-dimensional Landscape Expansion Index,MDLEI),通过对中国36个主要城市建设用地图斑中的建筑物图斑进行提取,分别使用景观扩张指数(Landscape Expansion Index,LEI)和MDLEI计算建筑物图斑的扩张指数,并对各市两种扩张指数分别占所有城市均值总和的比例进行比较来确定该城市的紧凑度是否被高估.主要结论为:在扩张模式的识别上,MDLEI识别出的飞地式扩张斑块的数量和面积均高于LEI对应结果,表明LEI高估了扩散型增长斑块的紧凑程度;根据MDLEI计算得到的各市扩张斑块紧凑度,发现紧凑度较高的城市均分布在胡焕庸线以东,其中紧凑度最高的厦门、深圳、杭州、上海均为东南沿海城市,总体呈现出东高西低,南高北低的紧凑度分布状态.多维景观扩张指数能较为准确地识别微观层面扩张斑块的紧凑度,为政府因地制宜进行建设用地扩张管理和存量规划提供科学有效信息.     

中国建设用地的坡谱演化规律与爬坡影响

城镇建设用地规模与结构变化是国土空间开发与规划研究的基础。以往相关研究更关注建设用地水平空间扩张格局特征与模式,极少关注建设用地三维梯度上的“爬坡”特征规律与影响。因此,本文基于Google Earth Engine（GEE）,并结合高精度地形数据与土地利用数据,在建设用地坡谱概念基础上,首次构建了平均建设用地爬坡指数（ABCI）,系统地分析了1990—2018年中国建设用地坡谱在国家、区域、省级和城市4个尺度上的变化特征与规律并深入剖析建设用地爬坡的空间影响。结果显示：① 1990—2018年中国坡度5°以上地区建设用地面积增长了1.43倍,比例由10.25%上升至14.81%。其中2010—2015年是建设用地爬坡发展最迅速与规模最大的时期,且中西部地区建设用地爬坡最为显著。② 依据平均建设用地爬坡指数与上限坡度变化,可将中国34个省（自治区、直辖市）划分为高爬坡型、低爬坡型和水平扩展型3类,其中高爬坡型省份占50%以上,水平扩展型省份仅有7个,在空间上呈现“东南—西北”的两极分布特征。③ 1990—2010年爬坡型城市以山地与丘陵地貌城市为主,2010年后少数民族聚居区及低丘缓坡开发试点城市成为建设用地爬坡的主力。④ 建设用地爬坡在一定程度上能够减少建设用地扩张对平原优质耕地与生态用地的胁迫和侵占,缓解建设用地供需矛盾,但是无规划约束的开发和房地产驱动的“削山造地”则会导致地质灾害和生态环境风险的增加。     

基于大数据的城市地质环境智能监管思路与方法

随着城市化进程加速,城市范围迅猛扩大,人口急剧膨胀,高层建筑林立,地下空间开发规模化,面临着水资源贫化、地质环境恶化和地质灾害频发等巨大挑战.为了有效地应对挑战,迫切需要在城市多要素地质环境调查并建立完善的信息系统的基础上,开展面向“智慧城市”的精细、全息三维地质建模,即建立新型的城市“玻璃国土”,实现城市地质环境时空透视,然后利用传感器、物联网和云技术,建立城市地质资源、地质环境和地质灾害动态监测数据链,最后基于地质科学大数据的同化、融合和挖掘技术,进行智能预警和管控.     

岩质边坡平面滑动锚固方向角的三维优化方法

以岩质边坡中常见的平面滑动为研究对象,研究其最优锚固方向角的计算方法。将锚索自由段单位长度能提供的最大抗滑增量作为目标控制变量,将坡面和滑动面特征参数与锚索设计参数作为优化控制自变量,通过坐标系转换得到的线性方程组对锚索的预拉力进行分解,并根据锚索支护时的三维模型建立了锚索自由段长度的优化公式,进而推导了用于锚固方向角三维优化的新计算方程。在该方程的基础上借助MATLAB软件中的fmincon函数对锚索加固方向不受限制时的锚固方向角进行了优化。最后通过锚固方向角敏感性分析与工程实例分析相结合,证明了推荐的最优锚固方向角计算方法的有效性与先进性。新方法有效地解决了边坡坡面与滑动面走向存在夹角时最优锚固方向角的求解问题,可进一步提高锚索的锚固效益,降低边坡的支护费用。      

基于勘查大数据和数据集市的锰矿床三维地质建模

以黔东北锰矿矿集区的李家湾-高地-道坨超大型"大塘坡式"锰矿床为例,探讨了在开展勘查地质大数据的特征和结构分析的基础上,厘定事实表和维度表,进而通过对勘查数据的收集、提取、ETL操作,并应用OWB工具建立锰矿山勘探数据的数据集市的思路与方法。进而探讨了以所建立的数据集市为数据支撑平台,建立黔东北超大型锰矿床高精度三维地质模型的途径。该矿床三维地质模型汇集了海量的空间数据与属性数据,是锰矿矿山异质异构勘查开发大数据的有效载体。基于该精细、全息的矿床三维地质模型,不但可以直观反映矿床和矿体特征,而且可以作为矿山管理及其深部和外围找矿预测的可视化分析工具。      

渤中凹陷深层特低孔特低渗砂砾岩储层储集空间精细表征

利用自动矿物定量识别系统（QEMSCAN）、二维大尺寸背散射图像拼接技术（MAPS）、多尺度微米CT、铸体薄片、恒速压汞等实验技术,对渤中凹陷深层孔店组特低孔特低渗砂砾岩储层的储集空间进行了二维、三维多尺度精细表征,并系统研究了砂砾岩储层渗流能力影响因素。实验结果显示,研究区砂砾岩孔隙毫米-微米-纳米级多尺度连续分布,孔隙度相对大的储层,孔径分布范围较宽,储层粒间原生孔、粒间溶蚀孔等大孔隙占比较高,粒内溶蚀孔、晶间孔占比较低。基于三维孔喉网络模型,孔隙主要半径分布区间为1.5~60 μm,喉道半径分布在0.5~8.0 μm之间,孔喉连通性的分布形态有条带状、连片状、孤立状,储集性较好的储层孔喉在三维空间多为连片状,渗透率相对较差的储层孤立状的大孔较多。孔隙型储层的渗透率与孔喉形态、喉道半径、配位数等参数密切相关。裂缝明显改善了砂砾岩的物性,也为酸性流体对储层的溶蚀提供了有效通道,导致溶蚀孔隙相对发育。综合研究认为,渤中凹陷深层砂砾岩储层的渗流能力受裂缝发育程度、孔喉连通性双重控制,储层中黏土矿物和碳酸盐矿物胶结对孔隙结构、储层渗流能力有重要影响。      

基于地面三维激光扫描强度数据的潮滩表层含水量估算

大面积潮滩表层含水量的测定是潮滩研究中的难题,传统的测量方法难以同时满足高效和精度的要求。地面三维激光扫描技术凭借其高精度、高分辨率以及主动性强等优点,已经高效运用在潮滩地形研究中。但是,对潮滩含水量进行有效分析,仅利用点云的空间几何信息是不够的,还需要对点云的强度数据进行挖掘。地面激光扫描仪提供了包含目标表面光谱反射特性的点云强度数据,利用强度数据可以有效地进行目标表面特性提取。本文提出了一种新的长距离地面激光扫描仪强度数据改正方法,对入射角和距离效应进行有效改正。利用Riegl VZ-4000长距离地面激光扫描仪建立室内含水量模型并对上海市崇明岛一处潮滩进行测试分析,同时收集26个潮滩沉积物样品并利用传统干湿称重法进行含水量验证计算。结果表明：相比于传统技术,利用改正后的激光强度值估算大面积潮滩沉积物表层含水量是一种精确和高效的方法。改正后的激光强度值与潮滩表层含水量存在幂函数关系,相关系数为0.961,估算精度为91.94%。