基于三维激光扫描的滑坡变形监测与数据处理
基于三维激光扫描的滑坡变形监测与数据处理研究
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： ３ ｄ ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｓ ｃ ａ ｎ ｎ ｉ ｎ ｇ ； Ｔ ｈ ｅ ｌ ａ ｎ ｄ ｓ ｌ ｉ ｄ ｅ ｄ ｅ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｏ ｎ ｉ ｔ ｏ ｒ ｉ ｎ ｇ ； Ｔ ｈ ｅ ｄ ａ ｔ ａ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｇ
［箜 …
基于三维激光扫描的滑坡 变形监测与数据处理研究
张 琛’ ，董 晨 洋
（ １ 河北 省 第三 测绘 院 ， 河北 石家庄 ０ ５ ０ ０ ０ ０； ２ 光 合பைடு நூலகம் 旅 控股 股 份有 限公 司 ， 北京 １ ０ ０ ０ ８ ９）
摘 要 ： 三 维激 光扫 描技 术 属 于一 种 比较 新 型 的测 量技 术 ， 是 测 量技 术的 一 次重 大创 新 。 在 工程 边坡 ￣ ｋ ： ｒ － 过 程 中， 利用 新兴 的地 面三 维激 光 扫 描技 术 可 以对 相 关数 据 进 行 采 集 与分 析 ， 并提 供 良好 的技 术 支持 ， 从 而将 传统 测 绘 方 法 中的 不 足 得 到 有效 的 弥补 。 基 于此 ， 文 章就 基 于 三 维激 光扫 描 的滑 坡 变形 监 测 与数 据 处理 进行 分析 。 关键 词 ： 三 维 激光 扫描 ； 滑坡 变形监 测 ； 数据 处 理 中图 分 类号 ： Ｕ４ １ ６ 文献 标 识码 ： Ａ 文章 编 号 ： １ ０ ０ ２ — ５ ０ ６ ５ （ ２ ０ １ ７ ） ０ ８ — ０ ０ ８ ５ — ０ ２
Ｂａ ｓｅ ｄ ｏｎ ３ ｄ ｌ ａ ｓｅ ｒ ｓ ｃ ａｎｎ ｉ ｎｇ ｏ ｆ ｌ ａｎ ｄｓ ｌ ｉ ｄｅ ｄｅ ｆ ｏｒ ｍａ ｔ ｉ ｏｎ ｍ ｏｎｉ ｔ ｏｒ ｉ ｎｇ ａｎ ｄ ｄａ ｔ ａ ｐｒ ｏｃ ｅ ｓ ｓｉ ｎｇ ｒ ｅ ｓ ｅ ａｒ ｃ ｈ
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滑坡监测中的应用摘要中国地形复杂多样，地质灾害多发，滑坡作为一种典型的地质灾害，每每发生，都会对人类的经济建设与人身安全造成严重的损失，因此对于滑坡灾害的监测预防尤为重要。
随着科技的发展，人类对于滑坡灾害的监测手段逐渐多样化，地面三维激光扫描技术（terrestrial laser scanning，TLS）作为一种先进的激光测量技术，相对于传统的滑坡监测手段，在测量速度、测量精度以及测量密度等方面具有明显的优势。
该技术不需要接触滑坡表面就可以快速高效地采集到滑坡区域内大量的点云信息，通过Faro scene、Geomagic studio、Cyclone等软件对采集到的点云信息进行点云过滤、点云拼接以及点云去除等一系列处理，从而获得仅有滑坡表面信息的点云数据，通过三维检测软件对点云数字化模型进行分析比较，得到滑坡监测区域的变化量。
本文详细介绍了三维激光扫描技术的测量原理以及任意一个扫描点的三维坐标与扫描斜距、水平方位角以及垂直方位角之间的函数关系，并根据点云数据在xyz三个方向上的方差分量推导出点云数据的单点空间位置坐标的方差公式，从而深入探究影响点云数据点位精度的理论因素。
关键词：三维激光扫描;测量远离；分析方法第一章绪论1三维激光扫描技术的应用现状相对于国外，三维激光扫描技术在国内的应用与发展较为落后，尤其是在测量仪器的生产以及点云数据处理软件的研发等方面。
武汉天擎研发的LiDAR Suite、西安煤航研发的LiDAR-DP以及北京数字绿土研发的LiDAR 360等国产软件主要致力于点云数据的管理、面向DEM生产的滤波、三维建筑物提取及重建、森林垂直结果参数提取等方面，然而并未广泛应用于一些滑坡监测工程中。
目前国内滑坡监测工程中所使用的地面三维激光扫描设备以及扫描数据处理软件主要由国外公司研发并引进。
2012到2013年间，中国地质调查局分3期使用RIEGL VZ-400 三维激光扫描仪对延安市子长县阎家沟进行滑坡监测，通过点云拼接、点云过滤、特征去除等技术手段获得不同时期的滑坡体数字高程模型（Digital Elevation Model，DEM），通过多期DEM之间的分析比较，得到了滑坡局部以及特征点的变化情况。
地面三维激光扫描点云数据处理在边坡监测中的应用
地面三维激光扫描点云数据处理在边坡监测中的应用摘要：本论文对地面三维激光扫描点云数据处理在边坡监测中的应用进行了深入研究。
通过对地面三维激光扫描技术和边坡监测方法的综合分析，我们发现该技术在边坡监测中具有重要的实际应用价值。
通过分析边坡位移、稳定性和数据可视化方面的应用案例，我们展示了地面三维激光扫描点云数据处理在提高边坡监测精度、预警和风险评估方面的潜力。
然而，仍存在一些挑战，如数据处理复杂性和准确性。
因此，未来的研究可以进一步改进算法和技术，以提高边坡监测的准确性和可靠性。
关键词：地面三维激光扫描;点云数据处理;边坡监测;一、地面三维激光扫描点云数据处理技术概述地面三维激光扫描点云数据处理技术是一种将激光扫描仪获取的地面点云数据进行处理的方法。
它包括点云数据的预处理、滤波、配准和特征提取等步骤，以提取地形和地貌信息。
首先，预处理包括点云数据的格式转换和坐标系转换，以满足后续处理的需求。
然后，滤波技术用于去除噪声和异常值，以提高点云数据的质量。
配准技术用于将多个扫描位置的点云数据进行准确的配准，以获得完整的地面表面信息。
最后，特征提取技术用于提取地面的特征信息，如边坡的斜度、高度等。
这些处理技术的综合应用能够有效地处理地面三维激光扫描点云数据，为边坡监测提供精确、全面的地形信息，有助于边坡稳定性的评估和风险分析。
二、地面边坡监测方法与问题2.1 地面边坡监测概述地面边坡监测是对地质边坡进行定期观测和分析，以了解其变形和稳定性，并采取相应措施进行风险评估和管理。
传统的监测方法包括人工测量和传感器监测，但存在耗时、误差和数据局限性等问题。
地面三维激光扫描点云数据处理技术的出现为边坡监测带来了新的机遇。
通过激光扫描仪获取的点云数据能够提供高精度、全面的地形信息，准确捕捉边坡表面的变形和位移。
同时，点云数据处理技术能够提取边坡的特征信息，如斜度、高度和体积等。
因此，地面三维激光扫描点云数据处理成为地面边坡监测的新方法。
三维激光扫描变形监测方案设计
三维激光扫描变形监测方案设计激光扫描技术在工程领域中得到了广泛的应用，尤其在变形监测方面具有重要作用。
本文将介绍一种基于三维激光扫描的变形监测方案设计，旨在实现高精度、高效率的变形监测。
一、引言变形监测在工程领域中具有重要意义，可以帮助工程师及时检测和预警结构物的变形情况，从而采取相应的措施进行修复或加固。
传统的变形监测方法存在着精度低、效率低等问题，而三维激光扫描技术则能够有效地解决这些问题。
二、激光扫描原理激光扫描是一种通过激光器发射激光束，并通过接收器接收反射回来的激光束来获取目标物体表面的三维坐标信息的技术。
通过扫描设备的旋转和激光束的扫描，可以获取整个目标物体的三维点云数据。
三、变形监测方案设计基于三维激光扫描的变形监测方案设计主要包括以下几个步骤：1. 数据采集：使用激光扫描仪对目标物体进行扫描，获取目标物体的三维点云数据。
为了提高数据采集的精度和效率，可以采用多个激光扫描仪进行同时扫描。
2. 数据处理：对采集到的三维点云数据进行处理，包括去噪、配准和拟合等操作。
去噪可以去除采集过程中的杂散点，提高数据的质量。
配准可以将多次扫描得到的点云数据进行对齐，得到一个完整的三维模型。
拟合可以对三维模型进行曲面拟合，得到更加平滑的模型。
3. 变形分析：通过对比变形前后的三维模型，可以计算出目标物体的变形情况。
可以采用形状匹配或者点云配准的方法进行变形分析，得到目标物体各个点的位移信息。
4. 结果展示：将变形分析的结果进行可视化展示，可以通过三维模型的颜色或者箭头等方式来表示目标物体的变形情况。
同时，还可以生成变形监测报告，对变形情况进行详细的描述和分析。
四、方案优势基于三维激光扫描的变形监测方案相比传统方法具有以下优势：1. 高精度：激光扫描技术可以实现亚毫米级的测量精度，能够准确捕捉目标物体的微小变形。
2. 高效率：激光扫描仪可以快速获取目标物体的三维点云数据，大大提高了数据采集的效率。
3. 非接触式：激光扫描技术是一种非接触式的测量方法，可以避免对目标物体造成损伤。
基于三维激光扫描技术的建筑物变形监测与分析
基于三维激光扫描技术的建筑物变形监测与分析摘要：随着现代建筑物的日益复杂和高度，建筑物的变形监测与分析变得尤为重要。
本文基于三维激光扫描技术，探讨了建筑物变形监测与分析的方法和应用。
首先，介绍了三维激光扫描技术的原理和优势。
然后，讨论了建筑物变形监测的关键步骤，包括扫描数据采集、数据处理与分析。
最后，通过实际案例，展示了三维激光扫描技术在建筑物变形监测与分析中的应用，并分析了其效果和局限性。
本研究对于提高建筑物变形监测与分析的精度和效率具有重要意义。
关键词：三维激光扫描技术；建筑物变形监；数据采集；数据处理与分析一、引言建筑物的变形监测与分析在建筑工程领域具有重要的意义。
随着建筑物规模的不断扩大和结构复杂度的增加，传统的监测方法已经无法满足精确度和效率的要求。
因此，引入先进的三维激光扫描技术成为了解决该问题的有效途径。
本文旨在探讨基于三维激光扫描技术的建筑物变形监测与分析方法，提高监测精度和效率，为建筑工程领域提供有价值的参考。
二、三维激光扫描技术原理与优势1、原理三维激光扫描技术的原理基于激光束的发射和接收。
首先，激光器向建筑物表面发射一束激光光束。
当激光束与建筑物表面相交时，部分激光光束会被反射回到激光扫描仪的接收器上。
接收器会记录下反射光的时间和位置信息。
通过测量激光光束的发射和接收时间之差，可以计算出激光光束在空间中的传播距离。
根据激光光束的传播距离和接收器的位置，可以确定建筑物表面上的点的三维坐标。
通过在不同位置发射激光束并记录反射光的信息，可以获取大量的点云数据，构建出建筑物的三维模型。
2、优势相比传统的建筑物变形监测方法，三维激光扫描技术具有以下优势：(1) 高精度：三维激光扫描技术能够实现亚毫米级的测量精度。
由于激光束的传播速度极快，激光光束的时间测量能够提供精确的距离信息。
因此，通过对大量点云数据进行处理和分析，可以实现对建筑物表面微小变形的准确监测和定量分析。
(2) 非接触性：三维激光扫描技术是一种非接触性测量方法。
基于三维激光扫描技术的滑坡监测应用研究
基于三维激光扫描技术的滑坡监测应用研究一、概览滑坡，作为一种常见的地质灾害，对人民的生命和财产安全构成了严重威胁。
为了有效预防和应对滑坡灾害，实时、准确地掌握滑坡体的动态信息至关重要。
随着三维激光扫描技术的快速发展，其在滑坡监测领域的应用逐渐得到了广泛关注。
文章将从概览的角度，对三维激光扫描技术在滑坡监测中的应用进行简要阐述。
三维激光扫描技术能够快速、准确地获取滑坡体的三维坐标信息，为滑坡的变形监测提供了基础数据支持。
通过及时获取滑坡体的三维坐标信息，可以准确评估滑坡体的稳定性和危险性，为滑坡灾害的预警和防治提供科学依据。
三维激光扫描技术可以实现对滑坡体的精细化建模，揭示滑坡体的内在结构特征。
通过对滑坡体进行三维扫描，可以获得滑坡体的精确形状、尺寸、密度等参数，从而进一步分析滑坡体的力学性质和稳定性，为滑坡灾害的救援和治理提供有力支持。
三维激光扫描技术可以实现滑坡监测的自动化和智能化，提高监测效率和质量。
通过搭载先进的传感器和设备，三维激光扫描仪可以实时监测滑坡体的变化情况，并将数据传输到后方处理中心进行处理和分析。
这种自动化和智能化的监测方式不仅可以减轻人员的劳动强度，还可以提高监测的准确性和实时性，为滑坡灾害的预警和防治提供更加有效的手段。
三维激光扫描技术在滑坡监测领域具有广泛的应用前景和巨大的发展潜力。
通过实时获取滑坡体的三维坐标信息和精细化建模，可以有效地评估滑坡体的稳定性和危险性，为滑坡灾害的预警和防治提供科学依据和技术支持。
1.1 滑坡现象及其危害滑坡，作为一种常见的地质灾害，不仅具有突发性，而且破坏力极大。
它通常发生在陡峭的山地、河流两岸以及堆积层等地貌区域，受到多种因素的影响，如持续降雨、地震活动、人为开挖等。
当这些因素导致地表土壤失去平衡和稳定性时，便可能发生滑坡。
滑坡的发生往往伴随着大量泥沙、石块等物质在短时间内下滑，形成严重的地形改观甚至堆积成灾。
这种破坏不仅威胁到周围建筑物的安全，还可能导致交通中断、河道堵塞，严重时甚至可能引发泥石流、山体崩塌等次生灾害，进一步扩大了灾害影响范围。
三维激光扫描技术在滑坡变形监测中的应用
三维激光扫描技术在滑坡变形监测中的应用摘要：近几年，随着人们对生态环境的日益关注，滑坡等自然灾害的监测工作也越来越深入。
三维激光扫描仪在滑坡变形监测可以大大降低监测人员的劳动强度，节省工作时间。
通过对点云的准确观测，可以获得滑坡表面的总体变化，从而可以直观地反映滑坡的动态。
在此背景下，该文章主要针对三维激光扫描技术进行了分析，并且探讨了在滑坡变形监测中所起到的作用，在此基础上还提出了相应的意见和建议，希望能给有关人员带来帮助和参考。
关键词：三维激光扫描技术；滑坡变形监测；应用引言滑坡是一种危害极大、频繁发生的自然灾害，它将对人类的生命和财产造成巨大的危害。
运用科学的监测方法，对滑坡的发生时间进行预报，并采取相应的防范措施，从而最大限度地降低甚至阻止滑坡的发生，从而起到防治滑坡的作用。
因此，进行滑坡变形监测是研究其变形情况的有效途径。
1滑坡变形监测技术的研究1.1全站仪的变形监控技术在全站仪测量技术基础上，应用传统的光学或电子测量设备，通过周期性大地测量技术测量角度差等，然后利用网格法、线法等方法对滑坡进行监测，从而得出变形方向、加速度等参数。
其监测精度可达毫米，满足监测变形的需要，是目前使用最多的一种。
1.2近距离精确测量的变形监控在对滑坡体附近的区域进行监测时，可以采用近距离精确测量，该种监测技术能够有效的对变形情况进行监控，采用逐个阶段的方法，通过专业的软件进行分析和处理，获得变形监测点的三维坐标。
最后，对各观测站的坐标差异进行了分析，得出了该地区的滑坡状况。
该方法无需与目标进行接触，适用于各种恶劣的环境，但其设备成本高、监测效果差。
1.3GPS变形监测方法在任何地点、任何时刻，在超过200°的高度角处，由接收器观察到4至5个卫星发出的信号，采用接收机身测量当前位置与卫星之间的距离，并经过技术处理，获得了待测位置的立体坐标。
GPS变形监测技术能够实现全天24小时的连续观测，并能实现对测点的三维位移，具有很高的精度，但点位选取的自由度很小，计算复杂。
例析三维激光扫描技术在滑坡变形监测的应用
例析三维激光扫描技术在滑坡变形监测的应用0.引言抚顺市西露天矿南帮滑坡经勘查、野外地质调查等相关工作，确定滑坡的规模为特大型滑坡，且滑坡变形速率较大。
传统的滑坡地表变形测量方法不能进行滑坡整体上大规模的测量。
三维激光扫描技术作为一种非接触式的测量方式，可以快速地、高精度地获取大面积测量对象的表面三位数据坐标，及时地为滑坡变形趋势分析提供有力的数据支持。
本文就是通过三维激光扫描技术获取整个南帮滑坡的地表三位数据，建立数字表面模型，并对不同时间段数字表面模型进行比较，分析出滑坡体变形趋势。
1.三维激光扫描技术工作原理及工作流程本项目使用的仪器为RIEGL VZ-1000，该仪器采用了最先进的1064nm近红外倍频光纤激光器，扫描距离可达1400米；使用多棱镜旋转的扫描方式每秒发射30万个激光脉冲进行非接触的三维数据获取工作。
基于其独有的回波数字化和在线波形处理功能实现高精度的测距。
实践证明即使在比较恶劣的测量环境下VZ-1000也能实现高精度的测量和多重目标回波的辨识。
VZ-1000扫描装置为多边形棱镜，提供了完全线性，单向，平行的扫描点云。
工作流程分为数据采集、数据导入、建模和数据导出等部分。
2.三维激光扫描技术用于西露天矿南帮滑坡变形监测中2.1监测方案的设计及监测点的建立三维激光扫描为区域性的范围监测。
西露天矿南帮滑坡三维扫描系统设立5个基点：在北帮建立1个不动站点对南帮进行定期扫描；另外在南帮坑底滑坡体前缘的东部、中部、西部及东边界位置选取4个移动站点对滑坡变形进行三维扫描，以获取较全面的南帮扫描数据。
三维激光扫描主要监测区域面积为3.2km2。
2.2数据采集采用全波形回波技术和实时全波形数字化处理和分析技术，每秒可发射高达300000点的纤细光束，提高达0.0005°的角分辨率。
使用多棱镜旋转的扫描方式每秒发射30万个激光脉冲进行非接触的三维数据获取工作。
基于其独有的回波数字化和在线波形处理功能实现高精度的测距。
基于车载三维激光扫描系统的滑坡变形监测方法
摘 要 ：在 简 述 现代 变形 监测 主 要 方 法 的 基 础 上 ，着 重 阐述 了 基 于 车 载 激 光 扫 描 系 统 的变 形 监 测 方 法 ，以 灰 色 系 统 理 论 为
基 础 推 导 了基 于 点 云 数 据 的滑 坡 变 形监 测模 型 ，探 讨 了滑 坡 监 测 点 选 取 方 法 。利 用 车 载 激 光 扫 描 系 统 对 某 区域 进 行 滑
中 图分 类 号 ：ＴＨ７６；Ｐ６４２．２２
文 献 标 识 码 ：Ａ
文 章 编 号 ：１００３—８０３５（２０１６）Ｏ１—００７１．０６
Ｌａｎｄｓｌｉｄｅ ｄｅｆｏｒｍ ａｔｉｏｎ ｍ ｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｍ ｅｔｈｏｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｖｅｈｉｃｕｌａｒ ｌａｓｅｒ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ
基 于 车 载 三 维 激 光 扫 描 系统 的滑 坡 变 形 监 测 方 法
裴 东东 ，官云 兰 ，张勇峰 ，贾 宝 （１．东华理 工 大学测 绘 工程 学院 ，江西 南昌 ３３００１３；２．流域 生 态与地理 环境 监测 国家测绘 地理
信 息 局 重 点 实验 室 ，江 西 南 昌 ３３００１３；３．河 南 省 测 绘 工 程 院 ，河 南 郑 州 ４５００００）
３３００１３，Ｃｈｉｎａ；３．Ｈｅｎａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏ ｆ Ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ ａｎｄ Ｍａｐｐｉｎｇ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ，Ｈｅｎａｎ ４５００００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｂｒｉｅｆｌｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｔｏ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｍｏｄｅｒｎ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｍ ｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｍ ｅｔｈｏｄｓ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｅｍｐｈａｔｉｃａｌｌｙ ｅｘｐｏｕｎｄｓ ｔｈｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｖｅｈｉｃｌｅ ｂｏｒｎｅ ｌａｓｅｒ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ，ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｇｒａｙ ｓｙｓｔｅｍ ｔｈｅｏｒｙ，ｔｈｅ ｌａｎｄｓｌｉｄｅ ｄｅｆｏｒｍ ａｔｉｏｎ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｍ ｏｄｅｌ ｉｓ ｄｅｒｉｖｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｐｏｉｎｔｓ ｃｌｏｕｄ ｄａｔａ． Ｔｈｅ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｌａｎｄｓｌｉｄｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｐｏｉｎｔｓ ｉｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅ ｖｅｈｉｃｌｅ ｂｏｒｎｅ ｌａｓｅｒ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｌａｎｄｓｌｉｄｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｏｆ ａ ｌａｎｄｓｌｉｄｅ ａｒｅａ，ｔｈｅ ｇｒｅｙ ｍｏｄｅｌ ｍ ｅｔｈｏｄ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｄａｔａ ｏｆ ｍ ｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｐｏｉｎｔｓ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ：ｕｓｉｎｇ ｖｅｈｉｃｌｅ ｂｏｒｎｅ ｌａｓｅｒ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｐｏｉｎｔｓ ｃｌｏｕｄ ｄａｔａ ｉｎ ｌａｎｄｓｌｉｄｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｉｓ ｆｅａｓｉｂｌｅ． Ｋ ｅｙｗｏｒｄｓ：ｖｅｈｉｃｌｅ ｂｏｒｎｅ ｌａｓｅｒ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ；ｐｏｉｎｔｓ ｃｌｏｕｄ；ｌａｎｄｓｌｉｄｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ；ｇｒｅｙ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ
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滑坡监测中的应用滑坡是一种常见的地质灾害，它的发生往往会给人们的生命财产和社会经济发展带来巨大的损失。
为了有效地预防和减少滑坡灾害的影响，对滑坡进行及时、准确的监测至关重要。
近年来，三维激光扫描技术作为一种先进的测量手段，在滑坡监测中得到了越来越广泛的应用。
一、三维激光扫描技术概述三维激光扫描技术是一种非接触式的主动测量技术，它通过向目标物体发射激光束，并接收反射回来的激光信号，快速获取物体表面大量的三维坐标点，从而生成高精度、高分辨率的三维点云模型。
与传统的测量技术相比，三维激光扫描技术具有许多显著的优点。
首先，它能够快速、高效地获取大量的测量数据，大大提高了工作效率。
其次，测量精度高，可以达到毫米级甚至更高的精度。
此外，由于是非接触式测量，不会对测量对象造成损伤，适用于各种复杂环境和危险区域的测量。
二、三维激光扫描技术在滑坡监测中的工作原理在滑坡监测中，通常会在滑坡体上设置多个监测点，并在稳定区域设置基准点。
通过定期对这些点进行三维激光扫描，获取不同时期的点云数据。
然后，利用专业的软件对这些点云数据进行处理和分析。
通过对比不同时期的点云数据，可以计算出滑坡体的位移、变形等信息。
同时，还可以生成滑坡体的三维模型，直观地展示滑坡体的形态和变化情况。
三、三维激光扫描技术在滑坡监测中的应用优势1、高精度测量能够精确地测量滑坡体的位移和变形，为滑坡的预测和预警提供可靠的数据支持。
2、全面监测可以快速获取滑坡体表面的整体信息，包括地形、地貌、裂缝等，实现对滑坡体的全面监测。
3、实时性强通过定期扫描和快速数据处理，能够及时掌握滑坡体的动态变化，为应急决策提供及时的依据。
4、可视化效果好生成的三维模型可以直观地展示滑坡体的形态和变化，有助于相关人员更好地理解和分析滑坡的发展趋势。
四、具体应用案例具体案例地点的滑坡监测项目中，采用了三维激光扫描技术。
在监测过程中，每隔具体时间间隔对滑坡体进行一次扫描。
基于三维激光扫描的滑坡变形监测与数据处理
基于三维激光扫描的滑坡变形监测与数据处理摘要：我国地大物博，地形丰富多变，这也使我国成为世界上地质灾害较为频繁的一个国家。
在地质灾害当中，滑坡灾害发生几率较为频繁，由滑坡引发的人身财产安全问题较为普遍。
为了对滑坡地质灾害进行有效监测，三维激光扫描技术进行了有效应用，这一技术手段改变了GPS监测存在的缺陷，保证滑坡变形监测更加全面，并且数据信息更容易获取。
关键词：三维激光扫描；滑坡变形监测；数据处理目前，国内滑坡灾害监测主要内容有地表变形监测、深部位移监测、力学参数监测以及环境影响因素（地表水、地下水、降雨量等）监测和宏观地质现象监测。
而地表形变监测是滑坡监测预警的重要内容和有效手段。
1.三维激光扫描仪原理介绍三维激光扫描仪是一种非接触式主动测量系统，它是由一台高速精确的激光测距仪和一组可以引导激光以均匀角速度扫描的反射棱镜组成的．激光测距仪既可以主动发射激光，同时又可以接收由自然物体表面反射的光线，从而进行测距．在每一个扫描点都可以测得测站到扫描点的斜距，再参照扫描的水平方向角和垂直方向角，就可以得到每一扫描点与测站之间的空间相对坐标。
其工程应用流程如下。
一是控制测量。
为激光点云数据的配准和定向提供依据。
二是激光扫描仪静态测量。
将扫描仪及标靶放置在控制点上，对测区扫描并定向。
三是激光点云数据的处理。
删除噪声点及剔除冗余数据、点云配准及定向等，对三维激光扫描技术应用精度及效率进行评定。
2.三维激光扫描的滑坡变形监测在对滑坡变形监测过程中，通过利用三维激光扫描技术，能够对相关数据信息进行较好的获取，并且具有较高的安全性和可靠性。
三维激光扫描技术通过架设扫描仪、GPS接收机、全站仪等仪器设备，选择监测点，对滑坡进行监测。
考虑到变形计算与分析必须在一个统一的坐标系中进行，应根据观测墩周围的稳定性状态，在一个统一的坐标系内定期或不定期采用GPS或者全站仪测量观测墩的三维坐标。
选择观测墩安置定向标志和扫描仪，整平并设置相关参数（扫描范围、扫描密度等），即可对定向标志和变形区域进行扫描测量，从而获得一期的滑坡扫描数据。
三维激光扫描技术在矿山边坡变形监测中的应用
国土资源LAND&RESOURCES43SHUZIZIRANZIYUAN数字自然资源一个整体的数据，要对建筑物进行单体化高亮显示，突出单个建筑物，如图2高亮显示的建筑物。
4.属性查询。
倾斜摄影数据建筑物三维单体化系统实现了两个查询功能，一是右键点击建筑物，弹出建筑物的名称；二是左键点击建筑物，显示该建筑物的所有属性信息，如图2所示，且可以对单个建筑物的属性进行修改、删除、添加。
查询的过程其实是一个遍历选择的过程，从而显示建筑物对应的属性信息，实现了建筑物及其属性信息的对应关系，并且在视觉上可以直观看到所选中的三维建筑物的空间位置。
四、结语本文利用SuperMap iObjects Java 进行二次开发，实现了倾斜摄影数据的三维场景显示、三维建筑物的单体化，以及建筑物属性信息查询等功能，为数字孪生城市的三维模型单体化组织管理与交互提供了一定的技术选型参考。
露天矿山边坡往往潜在重大灾害隐患，一旦边坡失稳必然会造成严重的生命财产损失，加强矿山边坡变形监测是矿山治理工程中非常重要的环节。
三维激光扫描技术作为一种新兴的测绘技术，可快速高效获取测量目标的三维影像数据，可用于矿山边坡周边环境的监测以及矿山边坡变形分析，对矿山安全生产和矿山治理具有重要意义。
一、三维激光扫描技术特点三维激光扫描技术也称为实景复制技术，具备延迟小、高精度以及全面测量的优势，主要技术特点体现在以下方面。
（一）数据采样率高三维激光扫描技术中应用的脉冲扫描仪，测量速度已到了每秒50000点，相位式扫描仪测量速度达到了每秒120万点，极高速的测量速度，突出了单点模式，可以获得更多的物体空间信息。
（二）受外界影响小传统的工程测量中，测量设备和工具主要通过无线传输进行数据传输，容易受环境、气候、外界干扰的影响，无线传输也存在一定的不稳定性和信号延迟。
三维激光扫描技术能有效避免信息传输延迟、信息传输丢失、信号干扰等现象。
（三）立体性立体性是三维激光扫描技术在边坡变形监测中应用最直观的优势之一。
基于三维激光扫描技术的高边坡扩挖变形监测
3.1数据采集
三维激光扫描仪由于受视场角限制，为获取整个物体表面的数据，需要从不同视角进行多次扫描，完成各扫描站之间的数据配准。在扫描中，为了获取点云精确空间位置信息，应将三维激光扫描仪的摄站位置安置在三等导线点及二级三角点上，选择远距离三等导线点作为后视点，对公路边坡表面进行，全方位扫描使用随机控制器记录扫描数据。三维激光扫描仪的扫描距离是影Байду номын сангаас扫描精度的关键因素，尽管扫描距离的增加可以增大扫描范围，减少设站次数，然而采集的数据精度也随着距离的增加而递减。
3.2数据处理
在三维数据处理过程中，数据去噪较为重要。因为激光扫描仪自身具有一定的局限性，且在扫描过程中会受到外界环境的影响，扫描目标会得到阻挡以及遮掩，生成的数据通常会有大量的噪声点，其会对数据的后期处理造成较大影响，同时也会降低变形监测的精度，这也就增加了变形探测的难度。所以为了获取目标物体信息的最佳值，需要对扫描获得的原始数据中的干扰地物进行处理，避免其对于后期的粗差剔除造成影响。在剔除噪音数据后需要进行深化处理，排除带有粗差数据信息以及无效的形体信息。
1概述三维激光扫描技术
随着社会的发展，各项技术得到了较大程度的提升。在矿山工程的测量方面，三维激光扫描技术得到了快速发展和技术提升。三维激光扫描技术作为一种具备实景复制能力的技术，在测绘领域得到了良好的发展，其不仅突破了传统的单点测量方式，还具备了较高的测量效率、较高的测量精度，能够将扫描到的物体表象为三维点云数据；其在高速激光测量的过程中，能实现大面积高分辨的获取物体信息，快速、大量采集空间点位资料，进而建立三维影像模型。因此，三维激光扫描技术具备了快速、高效、高精度、实时、动态、自动、数字化的技术特点。从当前市场上具备的三维激光扫描仪进行分析，主要是由数据采集等的硬件部分和数据处理等的软件部分等组成。按照载体的不同可将三维激光扫描系统分为机载式、车载式、地面式及手持式等多种形式。按照测量方式的不同，可以分为脉冲式、相位差式、三角测距式；按照用途可分为室内型（短距离）和室外型（长距离）。三维激光扫描技术主要利用激光测距的工作原理，以物体的三维坐标、反射率和纹理为表象，快速复制被测物体的点、线、面及体等方面的数据，逐步形成立体影像。从当前的三维激光扫描仪可以知道，其基本具备三维测量、快速扫描等特性。因此，三维激光扫描技术在较多领域都具备良好的市场前景，如文物古迹的保护、工程测量、矿山研究、工厂改造、数据监测、交通安全、灾害评估、地质地形、军事分析等。
激光扫描的滑坡变形监测与数据处理
万方数据
２１９０
岩土力 学
２０１０定
（ａ） 岩石的扫描点云（ｂ）选取范围
Ｆｉｇ．１
图１重心法处理的主要过程
Ｓｔｅｐｓ ｆｏｒ ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ ｃｅｎｔｅｒ
（ｃ）计算重心Ｇ
４试验结果分析
为研究地面三维激光扫描在滑坡监测中应用的 可行性，特进行了２个相关的试验：一是测量实验 室滑坡模型，采用人工球体监测块；二是测量实际 滑坡现场，采用自然岩石面作为监测块。数据采集 仪器是美国Ｔｒｉｍｂｌｅ公司的Ｍｅｎｓｉ ＧＳ２００地面三维 激光扫描仪。该仪器的最大测程为３５０ ｍ，属于中 程三维激光扫描仪。其平均扫描速度为５ ０００点，秒， 点位精度在１００ ｍ内为３ ｍｍ。 ４．１室内滑坡监测试验与分析
３数据处理方法
扫描得到的数据也称为点云数据。它是密集的 单个扫描点的集合。每个扫描点都含有三维坐标、 反射强度和颜色等信息。因此，可根据颜色和强度 信息从计算机上显示的点云数据中，很容易分辨不 同的测量物体。 ３．１点云数据的处理过程
对基于三维激光扫描的形状测量而言。一般需 要用专用软件对点云数据进行如下操作：
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：３Ｄ ｌａｓｅｒ ｓｃａｎｎｉｎｇ；ｌａｎｄｓｌｉｄｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ；ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ；ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ
１引言
我国是世界上地质灾害分布广泛、发生频率、 危害严重的国家之一，每年因崩塌、滑坡、泥石流 等地质灾害造成的经济损失近２００亿元，死亡数百 人。长江三峡库区更是地质灾害的多发区和重灾区， 也是滑坡监测预警的重点【ｌＪ。
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
三维激光扫描在边坡变形监测中的应用
三维激光扫描在边坡变形监测中的应用摘要：本文以Leica P40三维激光扫描仪获取的边坡点云数据为样本，采用Cyclone和Geomagic软件对边坡多测站点云数据进行配准以及变形监测与分析方法进行了研究。
首先，对获取的多期边坡点云进行配准。
其次，根据研究区边坡的实际自然地形特征，对边坡多时相整体DEM进行叠加分析实验。
最后，根据测量机器人监测数据进行对比分析和验证，完成边坡变形监测研究。
关键词：三维激光扫描；点云数据；边坡变形监测0 引言边坡发生滑坡前，有一段迟缓的偏移过程，通过获取不同周期的数据，对边坡整体的变化趋向进行分析，找到变形严重区域并利用理论模型进行预测[1]。
本文开展了三维激光扫描技术在边坡变形监测中的应用研究，为边坡工程安全预测奠定了理论和技术基础，也为工作人员安全施工提供保障。
1 三维激光扫描技术原理三维激光扫描系统主要由电源、计算机、扫描仪构成，如图2.1所示。
扫描仪作为重要要素，包含激光发射器、滤光镜、接收机、CCD摄像机和控制系统等[2]。
扫描时，两反射镜同步而又迅速转动，激光脉冲打在物体表面上，量出距离、天顶距和水平角，然后按照极坐标原理解出物体表面点的坐标信息。
以自定义坐标系为基准，发射点作为起始点，Z轴竖直向上为正； X轴垂直于Z轴；Y轴垂直X轴且面向物体为正，与X、Z轴构成右手坐标系。
可得：（1）其中：为镜中心到点的间距，、分别为水平角和天顶距。
结合上述空间三维坐标，就能得到目标体海量彩色三维点数据，称之为点云，包含在点云信息里的不仅仅有空间三维坐标、、，还有点的反射强度和每个点的RGB数字信息[3]。
图1.1 地面三维激光扫描系统2 点云数据配准方法两点云集之间的配准即计算一点集到另一个点集的刚体变换[4]。
本文采用四元数旋转表示法配准。
在获取点云数据过程中，在相邻测站的重复区域内设置标靶，提取其点坐标，作为控制点来解算坐标变换参数，包括平移和旋转参数。
四元数是由一标量和一向量共同组成的，表示为，是实数，是三维向量。
基于三维激光扫描的矿区滑坡变形监测应用研究
基于三维激光扫描的矿区滑坡变形监测应用研究发布时间：2021-07-22T06:59:15.022Z 来源：《防护工程》2021年9期作者：刘森[导读] 本文依托三维激光扫描技术，对矿区滑坡情况进行研究分析，探究细部监测点的位移动变形情况，为类似监测工程提供技术支撑。
山东建勘集团有限公司山东济南 250031摘要：滑坡等类型的地质灾害对现代社会的影响较为明显，在经济以及居民安全双方面影响着社会安全，而地质灾害的形成以及发展涉及到众多方面因素，难以全面的掌握地质灾害其发生规律，因此地质灾害预防相对困难。
本文依托三维激光扫描技术，对矿区滑坡情况进行研究分析，探究细部监测点的位移动变形情况，为类似监测工程提供技术支撑。
关键词：三维激光扫描；点云数据处理；地理位置应用分析滑坡是水利水电工程建设中分布面广、发生频繁、产生条件复杂、作用因素众多、发生与运动机理复杂多变、预测困难、治理昂贵的地质灾害，几乎所有的水利水电工程建设期间或电站运行期都或多或少发生过滑坡。
据有关资料显示，全国有近千座水电站及数百座水库受到崩塌、滑坡和泥石流灾害的严重威胁，且随着西南水力资源的逐步开发与利用，在复杂的地质环境与大规模的工程活动、水库蓄水及暴雨等复杂条件下，可能会有大量的松散堆积斜坡发生变形甚至失稳;同时，水电站建成后形成的高坝深库带来的水库塌岸问题也十分常见，诱发新的崩塌和滑坡或使古滑坡复活的现象可能存在。
1、三维激光扫描技术研究现状针对传统监测手段的局限性，学者们和工程人员基于三维激光扫描技术做了大量理论研究，并在工程领域得到了一定推广和应用，其行业涉及测绘、交通、矿山、林业等，应用领域涵盖地形测量、地质测绘、地质灾害调查、文物保护及安全监测等，通过实验将三维激光扫描仪用于地形测量，实验结果表明三维激光扫描仪的精度满足地形图测量需要;通过三维激光扫描仪快速获取突发性地质灾害的地形数据，验证了三维激光扫描技术在测绘方面具备方便、快捷、准确等优点;将三维激光扫描技术应用于高陡边坡地质调查中，开展了岩体地表出露结构面的地质几何参数调查和开挖工作面的快速地质编录等工作;讨论了三维激光扫描技术在水电站高边坡危岩体调查中的工作思路及应用效果，表明其在危岩调查中的应用价值和前景;以广佛肇高速公路鼎湖山隧道监测项目为例，通过三维激光扫描技术与传统监测方法对比分析，说明了三维激光扫描技术的优势;通过对实验室滑坡模型和三峡库区某现场滑坡的变形监测，引入三维激光扫描技术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；对三维激光技术在基坑变形监测中的应用进行了初步研究，讨论并分析了三维激光扫描系统在基坑监测中的技术优势和存在的问题。
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。
滑坡勘测中三维激光扫描技术的应用探讨
滑坡勘测中三维激光扫描技术的应用探讨发布时间：2023-02-02T07:06:52.786Z 来源：《工程建设标准化》2022年第18期作者：陈和聪金正军席鹏[导读] 新时期下，滑坡勘测行业快速发展，使滑坡勘测测绘工作也越来越复杂化，需要进行测绘的内容不断增加，我国滑坡勘测测绘技术有着悠久的发展历史，近些年已经达到一定机械化水平。
陈和聪金正军席鹏核工业金华勘测设计院有限公司,浙江金华 321000摘要：新时期下，滑坡勘测行业快速发展，使滑坡勘测测绘工作也越来越复杂化，需要进行测绘的内容不断增加，我国滑坡勘测测绘技术有着悠久的发展历史，近些年已经达到一定机械化水平。
传统的测绘技术已经不能满足当前滑坡勘测测绘工作的现实需求，应积极创新矿山测绘技术方法。
三维激光扫描技术有精准度高、操作便捷、信息分辨率高等诸多优点，用在矿山测绘领域能显著提升工作效率与质量，辅助构建数字化矿山，协助滑坡勘测企业实现安全、高效开采；建立完整且清晰的三维立体模型，真实的呈现出矿山地质地貌，为矿山行业健康、长久发展提供可靠的技术支撑。
关键词：滑坡勘测；三维激光扫描技术；应用1三维激光扫描技术概述从技术角度来看，三维激光扫描技术是当前建立在信息技术和遥感技术基础上的立体化扫描系统，从硬件设备角度来看，涉及激光发射器、接收器、计算机、光纤传输系统等。
从其原理层面来看，三维激光扫描仪会对被检测的环境发出激光信号，激光信号在物体表面会快速地进行反射，反射回的信号由探测接收器接收，通过信号储存和转移作业能够打造点云数据，这些点云数据涵盖了被检测物体的距离、各点位置、坐标。
利用数字化的方式进行信息数据的采集，然后将采集到的数据应用在当前的远距离测量工作中，另外，计算机技术和大数据技术又可以进行快速的数据分析与处理，能够有效提升信息处理的效率和质量。
2三维激光扫描技术在滑坡勘测中的具体应用2.1采集与处理数据2.1.1外业数据的采集测绘工作中选择HDSScanStationC10三维激光扫描仪为测绘仪器，已知本仪器的最大扫描距离是300m，伴随现场扫描距离的增加仪器扫描精度呈现出逐渐降低的趋势。
浅谈基于三维激光扫描的滑坡变形监测与数据处理
浅谈基于三维激光扫描的滑坡变形监测与数据处理发表时间：2020-12-22T08:11:04.254Z 来源：《建筑细部》2020年第25期作者：韩年永文韬[导读] 滑坡等类型的地质灾害发生会对社会造成较大的损失，威胁居民的生命安全。
宁波市华铁工程技术有限公司浙江宁波 315012摘要：滑坡等类型的地质灾害发生会对社会造成较大的损失，威胁居民的生命安全。
从地质灾害形成原因的角度分析，往往涉及到多方面，对其发生规律的掌握存在较大的难度，给滑坡等灾害的预防造成一定的阻碍。
三维激光扫描监测技术在滑坡变形监测工作中应用，给地质灾害的监测工作带来良好的技术支持，使滑坡变形监测更加全面。
鉴于此，本文对三维激光扫描技术下的滑坡变形监测以及数据处理相关内容进行了分析，以供参考。
关键词：滑坡变形；三维激光扫描；监测；数据处理三维激光扫描技术应用在地质工作中发挥了重要的作用，在滑坡变形监测工作中，通过这一技术能够对数据信息进行收集和分析处理，使监测工作更加全面细致，为滑坡地质灾害的预防提供了较好的技术支持。
1.滑坡类型地质灾害和三维激光扫描技术分析地质灾害一般都是突发性的，对地质灾害进行监测由于其成因较为复杂，因此难度也较大，而且在准确性方面也存在不足。
当前对滑坡地质灾害的分析主要是针对土层移位、地表变形、地质力学参数等，对区域地质的环境等多方面变化进行了解。
通过对地表土层的变化研究，能够掌握地下环境的变化，从而推断出滑坡灾害发生的可能性。
一般在监测地质环境工作中，使用GPS设备和全站仪等进行监测，通过对目标点的地质进行监测，了解其地质情况的变化。
然而这种监测方式需要选择目标点，因此监测的范围受到制约。
将三维激光扫描技术应用到滑坡变形监测工作中，能够使监测工作更加全面。
这一技术可以实现网格化的地质监测，通过对数据信息的精准处理，使滑坡变形地质监测的密度、精准度等都得到有效的提高。
地下土层环境的变化情况能够更准确的掌握，对预防滑坡灾害的发生有很好的帮助。
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室内滑坡模型（如图 2）模拟了三峡库区的典 型堆积层滑坡，用于研究降雨对滑坡变形的影响。
显然，密集的测量不仅能够再现滑坡变形的轨迹， 而且还可以直接量测各点大致的三维变形量。
软件直接量 测的变形值
第一次位置 第二次位置 第三次位置
Z YX
图 3 点云图显示的运动轨迹 Fig.3 Deformation track showed by point-cloud
图 3 显示的是其中的 3 次扫描数据叠加结果，
根据如图 2 所示布设的监测点，从上往下看， 选取了第 1 行、第 4 行和第 6 行左右各 2 个点，依 次标定为 1～6 共 6 个标志点，选取了 2 个扫描时刻 的结果，采用球体拟合方式进行处理。计算结果见 表 1。
①计算机显示点云图，通过软件的缩放、旋转、 平移等功能，选取监测块的一个平面。
②合理确定该面的边界，再根据法向方向的一 致性选取边界范围内的扫描点。
③求出这些扫描点的平均坐标作为对应于该监 测块的变形监测点。
重心法的处理流程见图1。 如果一个监测块有多个这样的平面，就可以得 到该块上的多个监测点。 由此可知，扫描测量的变形监测点不同于GPS、 全站仪，它不是测出来的，而是算出来的。这样处 理获得的变形精度总体而言不如GPS或全站仪，但 却能够获得滑坡体上大批自然点的变形量，对于滑 坡整体变形分析意义重大。
从每期滑坡扫描点云中可以辨认出大量监测块 体，而每一个变形监测块上都含有很多单个扫描点。 为了将一个变形监测块中的点云变成变形监测点， 采用拟合法和重心法。
（1）拟合法主要适合于处理球体类或者圆形面 的变形监测块上的点云。这类监测块由人工布设， 通过拟合球体的球心或者圆形面圆心作为变形监测 点。
（2）重心法主要处理不规则监测块体上的点云。 这类监测块可以是人工布设，也可以是自然块体。 特别地，很多自然块体都有一个平面，可以充分利 用平面法向量一致性的特性选择有效扫描点。本文 中讨论和处理的就是至少具有一个平面的监测块 体。步骤如下：
而在滑坡变形测量中，不需要测量滑坡形状， 而只对滑坡上大量的明显点感兴趣，因此可以简化 对点云的处理，也就是说，直接利用 GPS 或全站仪 测量的已知测站坐标和定向坐标，将每期和每站的 点云数据转换到统一的坐标系中。 3.2 变形监测块的识别
采用全站仪或者GPS测量，每次都有明确而且 相同的变形监测点，由它们直接计算变形。但扫描
1引言
我国是世界上地质灾害分布广泛、发生频率、 危害严重的国家之一，每年因崩塌、滑坡、泥石流 等地质灾害造成的经济损失近 200 亿元，死亡数百 人。长江三峡库区更是地质灾害的多发区和重灾区， 也是滑坡监测预警的重点[1]。
目前，国内外滑坡灾害监测主要内容有地表变 形监测、深部位移监测、力学参数监测以及环境影 响因素（地表水、地下水、降雨量等）监测和宏观 地质现象监测。而地表形变监测是滑坡监测预警的 重要内容和有效手段。目前，应用最为广泛的手段
Abstract: 3D laser scanning technology has been successfully applied to static surface measurement because it can measure 3D coordinate with high speed, high precision and high density to describe the surface detail. At present, the deformation analysis of the landslide surface is carried out mainly with some observed characteristic points by GPS or total station, but because of few data, this analysis is not complete. The detailed deformation of landslide has an important role for the correct deformation analysis. To introduce this technology to the landslide monitoring is significant for detailed deformation analysis, if a lot of natural rocks are used as monitoring points. In this paper, the theoretical analysis and the practical tests have been carried out; and the preliminary result has been obtained. Key words: 3D laser scanning; landslide monitoring; deformation computation; deformation analysis
测量采用的是无合作目标的测量方式，每次测量的 测量点都不会重合。为了计算变形，还需要从每期 的点云数据中寻找同名点并计算其坐标。然而，扫 描测量与处理不是以单点为处理单位，而是以“点 群”为单位进行处理。因此，为了获得变形监测点， 必须首先从含有强度信息和颜色信息的点云数据来 分辨出各个“变形监测块”，然后再处理变形监测块 上的点云。变形监测块有两种方式：
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。
关 键 词：三维激光扫描；滑坡监测；变形计算；变形分析
收稿日期：2009-03-19 基金项目：国家自然科学基金（No. 40674008）；三峡库区地质灾害防治重点实验室开放基金（No. 2006KDZ02）。 第一作者简介：徐进军，男，1966 年生，博士，教授，主要从事精密工程测量与灾害分析预报研究。E-mail: jjxu@
考虑到变形计算与分析必须在一个统一的坐标 系中进行，应根据观测墩周围的稳定性状态，在一 个统一的坐标系内定期或不定期采用 GPS 或者全 站仪测量观测墩的三维坐标。
选择观测墩安置定向标志和扫描仪，整平并设 置相关参数（扫描范围、扫描密度等），即可对定向 标志和变形区域进行扫描测量，从而获得一期的滑 坡扫描数据。
2190
岩土力学
2010 年
(a) 岩石的扫描点云
(b) 选取范围
图1 重心法处理的主要过程 Fig.1 Steps for calculating the geometric center
(c) 计算重心G
4 试验结果分析
为研究地面三维激光扫描在滑坡监测中应用的 可行性，特进行了 2 个相关的试验：一是测量实验 室滑坡模型，采用人工球体监测块；二是测量实际 滑坡现场，采用自然岩石面作为监测块。数据采集 仪器是美国 Trimble 公司的 Mensi GS200 地面三维 激光扫描仪。该仪器的最大测程为 350 m，属于中 程三维激光扫描仪。其平均扫描速度为 5 000 点/秒， 点位精度在 100 m 内为 3 mm。 4.1 室内滑坡监测试验与分析
正面图
图 2 室内滑坡模型（照片） Fig.2 Laboratory model of landslide
由于滑坡模型没有自然滑坡丰富的纹理，故在 滑坡体表面布设了 6 排共 22 个乒乓球作为人工标志 点，其分布见图 2。将扫描仪安在滑坡对面 5 m 左 右处扫描。当降雨达到一定的时间和强度后，发现 滑坡下部开始变形。此时开始定时对滑坡体测量（约 15 min 左右一次），在 2 h 内共测量 10 次。
是 GPS 和全站仪。但这种手段都是一种单点式监 测，也就是说只对滑坡上重要部位建立的观测墩进 行监测。这种方法的缺点是监测点数少，难以发现 无监测点区域的变形情况，而且一旦被破坏会严重 影响资料的连续性。从地面三维激光扫描的测量原 理与测量过程[2－4]可知，三维激光扫描以格网扫描 方式，高精度、高密度、高速度和免棱镜地测量地 表点，具有高时间分辨率、高空间分辨率和测量精 度均匀等特点，能详细了解滑坡体细节变形和整体 变化，但将三维激光扫描技术引入到滑坡变形监测 领域无疑是非常有意义的[5－6]。其缺点是两次扫描 测点不可重复，从而不能直接获取变形。目前，对
3 数据处理方法
扫描得到的数据也称为点云数据。它是密集的 单个扫描点的集合。每个扫描点都含有三维坐标、 反射强度和颜色等信息。因此，可根据颜色和强度 信息从计算机上显示的点云数据中，很容易分辨不 同的测量物体。 3.1 点云数据的处理过程
对基于三维激光扫描的形状测量而言。一般需 要用专用软件对点云数据进行如下操作：
第7期
徐进军等：基于三维激光扫描的滑坡变形监测与数据处理
2189
一些形状规则的变形体监测通过曲面拟合方式展开 了一些研究[7－8]，但对于在滑坡监测中的应用可行 性及其可能的结果还需要研究。
2 三维激光扫描的数据采集
将扫描测量用于滑坡变形监测，顾及扫描仪特 点，可在比较安全、通视良好和基本稳定的地方建 造具有强制对中设备的几个观测墩，用于架设扫描 仪、GPS 接收机、全站仪以及瞄准标志等必要的仪 器设备。