变形监测论文作业
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类别（硕士、博士、进修生）硕士
三维激光扫描在变形监测中的应用
程海涛
（中国矿业大学(北京）地球科学与测绘工程学院,北京１00０8３）
摘要:随着测量技术的快速发展，三维激光扫描技术在测量方面的应用日益流行.本文研究了三维激光扫描仪在变形监测中的应用。采用RIＳＣＯPRO软件进行数据分析和处理。
关键词:三维激光扫描；变形监测;点云数据后处理软件
（2)采用三维激光扫描仪进行数据采集时，不可避免会产生噪声点。
采用RISCOＰRO软件可以进行点云数据的去噪，且减少数据量。
(3）扫描点云数据时,首先用全站仪测量监测点和标靶中心的坐标值。使用三个或者三个以上的特征点，将三维扫描数据转化为当地坐标,把点云数据统一在同一个坐标系下,有利于数据比较和三维建模。
Abstrａct：With the raｐiｄdeｖelopmeｎtof measuring tｅcｈｎique, tｈeａpplicａtion oｆ３Ｄlasｅｒ ｓcanniｎgtecｈnolｏgy in thｅｍeａsuｒemenｔof the incrｅasinｇlyｐｏpular.Tｈis paperｓtuｄiｅsthｅ３Ｄlaser sｃannerｉntｈe dｅformaｔionｍoniｔｏringaｐplｉcationｓ. Forｔhe dataａnalyｓｉｓand pｒｏcessingｕsingRISCO PROｓｏftwａrｅ.
Kｅywｏｒdｓ:３D laserscannｉng;Dｅformａtionｍonｉtoring;Thepoint cｌouｄdatａprocesｓinｇｓoftwａre
0引言
三维激光扫描技术是国际上近期发展的一项高新技术。用三维激光扫描技术,可以深入到复杂的现场环境及空间中进行扫描操作,并可以直接实现各种大型的、复杂的、不规则、标准或非标准的实体或实景三维数据完整的采集，进而快速重构出实体目标的三维模型及线、面、体、空间等各种制图数据[1－2]。三维激光扫描技术作为正向建模的对称应用，获取的数据可以直接与地理空间信息库连接,作为高精度ＧIS数据源。该技术在建筑物三维重建,在考古测量建档、存档，采矿业的地下勘测等不可接触的实物测量方面有着广泛的应用前景［3］。
1.4数据处理
采用ＲISCO PRO软件对三维扫描数据进行数据处理，处理步骤包括:点云数据的拼接,点云数据的去噪，坐标的转化，点云数据建模的3D比较。
（1)当采用整体数据采集的时候,在RISＣＯPRO软件中,通过三个及三个以上的公共点把两站的扫描数据拼接在一起,再进行点云数据的同一化。当采用局部数据采集的时候，不需要进行点云测论文作业
————————————————————————————————作者:
————————————————————————————————日期：
ﻩ
评
分
中国矿业大学(北京）
研究生课程考试试卷
考试科目变形监测工程
考试时间２014年５月
学 号ZSZ１3020305６Q
姓名程海涛
所属学院地球科学与测绘工程学院
传统的变形监测，主要基于离散点进行。通过在变形监测中使用三维激光扫描仪,可以全方位地采集数据，对被扫描物体进行整体监测，从而弥补了传统变形监测的片面性和局限性[4-5]。
1变形监测步骤
１．1三维激光扫描仪扫描原理
VZ-４000三维激光扫描仪采用非接触式测量获得物体的点云数据。通过发射器发出一束激光脉冲信号，经过物体反射后传回到接收器，通过时间差,计算目标点Ｐ与扫描仪之间的距离S,控制编码同步测量出扫描的横向角度α和纵向角度β。根据Ｓ、α、β的值，计算点Ｐ坐标:
3待测物体倾斜分析
3.１待测物体倾斜的三个参数
待测物体的倾斜变化可以利用待测物体自身所确定的某个平面的三个倾斜参数来确定,即是该倾斜平面与X、Y、Z坐标轴所确定的夹角为α、β、γ，这样即可以对两次监测的倾斜平面的三个倾斜参数进行对比从而来确定前后两次待测物体的倾斜变化,三维激光扫描变形监测和传统的方法有很大区别，传统的方法一旦倾斜平面确定好了以后更改起来很困难,而三维激光变形监测则不然,因为三维激光扫描系统可以对待测物体全方位的数据采集,所以倾斜平面可以任意选取,这样很方便地对待测物体进行不同部位的倾斜变形分析。
(4)提取特征点和标靶中心的坐标值，通过分析坐标值的差别,分析出特征点的水平位移变化和竖向位移变化,从微观方面进行变形分析。
2待测物体沉降监测和水平位移监测
沉降监测和水平位移监测就是通过定期所采集待测物体、监测点的数据进行数据对比得出待测物体的变形数据。取出前后两次数据的同一个监测点进行比较,也可以把前后两次数据进行再一次配准来比较监测点的三维位移，根据前后两次监测点的三维坐标的差值来确定这两次的监测点的变形,根据这种方法得出历次监测点的变形数据从而可以对待测物体变形分析。
Xp＝Scｏsβcosα,Yp＝Ｓcoｓβsinα，Zｐ=Ｓcosβ。(1）
扫描点坐标计算原理图如图１所示。
图1扫描点坐标计算原理
1．２变形监测
采用VZ-400０三维激光扫描仪进行变形监测，主要包括数据采集与数据处理两个步骤。其中,关键是通过ＲＩSＣＯＰRO软件进行一系列宏观和微观的分析处理。
1.３数据采集
Appliｃatiｏn of 3Ｄlａserscanｎingｉｎｄefｏrmation monitoring
ＣHENG Haitao
(ChｉｎaＵniversiｔｙｏf Mｉningａnd Techｎｏlogy (Beｉｊiｎg）Schｏol oｆＥａｒｔhＳciencｅand engｉｎeeringof Surveｙing anｄmappiｎg，Bｅijinｇ100０83）
三维激光扫描数据采集分为:
整体采集:通过对布设的标靶或者公共点进行扫描,在三维激光扫描仪后处理软件RISCOPRO中进行测站拼接，通过此方法可以对被扫描的物体进行整体扫描。
局部采集:在工作点上架设三维激光扫描仪，对特定的范围进行三维扫描。
根据三维激光扫描仪的性能参数及现场情况设计扫描站间距、扫描点的密度，保证一定的扫描重叠度。通过对监测点进行导线及水准测量，传递三维坐标。同步进行激光扫描,获得三维激光点云数据,同时获得标靶点云数据。
三维激光扫描在变形监测中的应用
程海涛
（中国矿业大学(北京）地球科学与测绘工程学院,北京１00０8３）
摘要:随着测量技术的快速发展，三维激光扫描技术在测量方面的应用日益流行.本文研究了三维激光扫描仪在变形监测中的应用。采用RIＳＣＯPRO软件进行数据分析和处理。
关键词:三维激光扫描；变形监测;点云数据后处理软件
（2)采用三维激光扫描仪进行数据采集时，不可避免会产生噪声点。
采用RISCOＰRO软件可以进行点云数据的去噪，且减少数据量。
(3）扫描点云数据时,首先用全站仪测量监测点和标靶中心的坐标值。使用三个或者三个以上的特征点，将三维扫描数据转化为当地坐标,把点云数据统一在同一个坐标系下,有利于数据比较和三维建模。
Abstrａct：With the raｐiｄdeｖelopmeｎtof measuring tｅcｈｎique, tｈeａpplicａtion oｆ３Ｄlasｅｒ ｓcanniｎgtecｈnolｏgy in thｅｍeａsuｒemenｔof the incrｅasinｇlyｐｏpular.Tｈis paperｓtuｄiｅsthｅ３Ｄlaser sｃannerｉntｈe dｅformaｔionｍoniｔｏringaｐplｉcationｓ. Forｔhe dataａnalyｓｉｓand pｒｏcessingｕsingRISCO PROｓｏftwａrｅ.
Kｅywｏｒdｓ:３D laserscannｉng;Dｅformａtionｍonｉtoring;Thepoint cｌouｄdatａprocesｓinｇｓoftwａre
0引言
三维激光扫描技术是国际上近期发展的一项高新技术。用三维激光扫描技术,可以深入到复杂的现场环境及空间中进行扫描操作,并可以直接实现各种大型的、复杂的、不规则、标准或非标准的实体或实景三维数据完整的采集，进而快速重构出实体目标的三维模型及线、面、体、空间等各种制图数据[1－2]。三维激光扫描技术作为正向建模的对称应用，获取的数据可以直接与地理空间信息库连接,作为高精度ＧIS数据源。该技术在建筑物三维重建,在考古测量建档、存档，采矿业的地下勘测等不可接触的实物测量方面有着广泛的应用前景［3］。
1.4数据处理
采用ＲISCO PRO软件对三维扫描数据进行数据处理，处理步骤包括:点云数据的拼接,点云数据的去噪，坐标的转化，点云数据建模的3D比较。
（1)当采用整体数据采集的时候,在RISＣＯPRO软件中,通过三个及三个以上的公共点把两站的扫描数据拼接在一起,再进行点云数据的同一化。当采用局部数据采集的时候，不需要进行点云测论文作业
————————————————————————————————作者:
————————————————————————————————日期：
ﻩ
评
分
中国矿业大学(北京）
研究生课程考试试卷
考试科目变形监测工程
考试时间２014年５月
学 号ZSZ１3020305６Q
姓名程海涛
所属学院地球科学与测绘工程学院
传统的变形监测，主要基于离散点进行。通过在变形监测中使用三维激光扫描仪,可以全方位地采集数据，对被扫描物体进行整体监测，从而弥补了传统变形监测的片面性和局限性[4-5]。
1变形监测步骤
１．1三维激光扫描仪扫描原理
VZ-４000三维激光扫描仪采用非接触式测量获得物体的点云数据。通过发射器发出一束激光脉冲信号，经过物体反射后传回到接收器，通过时间差,计算目标点Ｐ与扫描仪之间的距离S,控制编码同步测量出扫描的横向角度α和纵向角度β。根据Ｓ、α、β的值，计算点Ｐ坐标:
3待测物体倾斜分析
3.１待测物体倾斜的三个参数
待测物体的倾斜变化可以利用待测物体自身所确定的某个平面的三个倾斜参数来确定,即是该倾斜平面与X、Y、Z坐标轴所确定的夹角为α、β、γ，这样即可以对两次监测的倾斜平面的三个倾斜参数进行对比从而来确定前后两次待测物体的倾斜变化,三维激光扫描变形监测和传统的方法有很大区别，传统的方法一旦倾斜平面确定好了以后更改起来很困难,而三维激光变形监测则不然,因为三维激光扫描系统可以对待测物体全方位的数据采集,所以倾斜平面可以任意选取,这样很方便地对待测物体进行不同部位的倾斜变形分析。
(4)提取特征点和标靶中心的坐标值，通过分析坐标值的差别,分析出特征点的水平位移变化和竖向位移变化,从微观方面进行变形分析。
2待测物体沉降监测和水平位移监测
沉降监测和水平位移监测就是通过定期所采集待测物体、监测点的数据进行数据对比得出待测物体的变形数据。取出前后两次数据的同一个监测点进行比较,也可以把前后两次数据进行再一次配准来比较监测点的三维位移，根据前后两次监测点的三维坐标的差值来确定这两次的监测点的变形,根据这种方法得出历次监测点的变形数据从而可以对待测物体变形分析。
Xp＝Scｏsβcosα,Yp＝Ｓcoｓβsinα，Zｐ=Ｓcosβ。(1）
扫描点坐标计算原理图如图１所示。
图1扫描点坐标计算原理
1．２变形监测
采用VZ-400０三维激光扫描仪进行变形监测，主要包括数据采集与数据处理两个步骤。其中,关键是通过ＲＩSＣＯＰRO软件进行一系列宏观和微观的分析处理。
1.３数据采集
Appliｃatiｏn of 3Ｄlａserscanｎingｉｎｄefｏrmation monitoring
ＣHENG Haitao
(ChｉｎaＵniversiｔｙｏf Mｉningａnd Techｎｏlogy (Beｉｊiｎg）Schｏol oｆＥａｒｔhＳciencｅand engｉｎeeringof Surveｙing anｄmappiｎg，Bｅijinｇ100０83）
三维激光扫描数据采集分为:
整体采集:通过对布设的标靶或者公共点进行扫描,在三维激光扫描仪后处理软件RISCOPRO中进行测站拼接，通过此方法可以对被扫描的物体进行整体扫描。
局部采集:在工作点上架设三维激光扫描仪，对特定的范围进行三维扫描。
根据三维激光扫描仪的性能参数及现场情况设计扫描站间距、扫描点的密度，保证一定的扫描重叠度。通过对监测点进行导线及水准测量，传递三维坐标。同步进行激光扫描,获得三维激光点云数据,同时获得标靶点云数据。