地面三維激光掃描技術(shù)在傳統(tǒng)測(cè)繪中應(yīng)用

地面三維激光掃描技術(shù)在傳統(tǒng)測(cè)繪中應(yīng)用第一頁，共44頁。隨著地面三維激光掃描技術(shù)的快速發(fā)展，在傳統(tǒng)測(cè)繪領(lǐng)域應(yīng)用研究越來越多，主要應(yīng)用領(lǐng)域有大比例尺地形圖測(cè)繪、土方和體積測(cè)量、監(jiān)理測(cè)量、變形監(jiān)測(cè)、工程測(cè)量，本章對(duì)這些應(yīng)用領(lǐng)域做簡要介紹。第二頁，共44頁。一.大比例尺地形圖測(cè)繪應(yīng)用研究現(xiàn)狀傳統(tǒng)的地形圖測(cè)繪是利用全站儀、GPS接收機(jī)等儀器進(jìn)行野外采點(diǎn)。HDS技術(shù)來自測(cè)繪領(lǐng)域，其最基本的應(yīng)用之一就是地形圖繪制。與傳統(tǒng)手段相比，它具有高效率、細(xì)節(jié)豐富、成果形式多樣、智能化、兼容性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。在地形測(cè)繪中，三維激光掃描儀及后處理軟件，只經(jīng)過簡單的幾個(gè)步驟就可以輕松獲取大比例尺的地形圖。第三頁，共44頁。1.掃描。首先根據(jù)現(xiàn)場地物形狀和環(huán)境以及三維激光掃描儀的有效測(cè)程合理布設(shè)掃描儀的站點(diǎn)，然后在每個(gè)站點(diǎn)根據(jù)后續(xù)成圖的需要設(shè)置合適的分辨率進(jìn)行掃描。在掃描過程中可以通過在已知點(diǎn)設(shè)站或控制掃描標(biāo)靶的方式，將每個(gè)站點(diǎn)與地理坐標(biāo)的關(guān)系約束好。2.數(shù)據(jù)拼接轉(zhuǎn)換到地理坐標(biāo)系。把多個(gè)站點(diǎn)掃描的數(shù)據(jù)通過軟件拼接到統(tǒng)一的地理坐標(biāo)系中，Cyclone軟件支持靈活的地理坐標(biāo)轉(zhuǎn)換功能，可以簡便的將所有站點(diǎn)一次放入地理坐標(biāo)系中，從而統(tǒng)一坐標(biāo)系。3.構(gòu)造TIN網(wǎng)。通過軟件的功能，進(jìn)行植被或建筑物剔除，然后生成TIN網(wǎng)，并可對(duì)TIN網(wǎng)進(jìn)行平滑或優(yōu)化。4.構(gòu)建等高線圖?；赥IN網(wǎng)，給出等高線的間隔，等高線會(huì)自動(dòng)被生成。第四頁，共44頁。盡管地面三維激光掃描技術(shù)在地形測(cè)繪方便取得了一定的應(yīng)用成果，但還存在主要問題：1.由于儀器價(jià)格昂貴，測(cè)繪企業(yè)擁有率較低，加之有些技術(shù)問題未很好地解決，目前應(yīng)用較少。2.目前還沒有一套完整成熟的基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)的地形圖測(cè)繪軟件，在成圖過程中需要交互使用到多種不同軟件。3.如何實(shí)現(xiàn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)中地形特征點(diǎn)的自動(dòng)或半自動(dòng)化精確提取，將是地面三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用于地形測(cè)繪過程中需要長期進(jìn)行研究的課題。第五頁，共44頁。4.如何自動(dòng)化或半自動(dòng)化剔除點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的非地貌數(shù)據(jù)，是等高線生成中急需解決的問題。5.當(dāng)?shù)匦胃叩推鸱趽跚闆r比較嚴(yán)重時(shí)，容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)“黑洞”，形成局部數(shù)據(jù)缺失。除了多設(shè)測(cè)站爭取保證測(cè)區(qū)數(shù)據(jù)完整外，也可研究將近景攝影測(cè)量與地面三維激光掃描相結(jié)合的方法，來解決局部掃描數(shù)據(jù)空洞的問題。第六頁，共44頁。二.土方和體積測(cè)量傳統(tǒng)的土方量計(jì)算手段有全站儀法和GPS法。傳統(tǒng)的方法都需要采集相當(dāng)數(shù)量的采樣點(diǎn)，數(shù)據(jù)采集的時(shí)間比較長，外業(yè)人員比較辛苦。三維激光掃描速度與精度的優(yōu)點(diǎn)使得它可以測(cè)量和監(jiān)測(cè)土方填充的體積，就可以得到需要填充的土方量，在采礦或采石時(shí)，通過三維激光掃描儀可以獲得礦的體積，而這種技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)而言，速度快，精度高。第七頁，共44頁。三.監(jiān)理測(cè)量從技術(shù)規(guī)范上講，監(jiān)理測(cè)量和施工測(cè)量沒有太大區(qū)別，但兩者的功能和目的決定了兩者的區(qū)別。施工測(cè)量側(cè)重于測(cè)量的技術(shù)職能，而監(jiān)理測(cè)量更側(cè)重于測(cè)量的管理及評(píng)價(jià)職能。從監(jiān)理測(cè)量的屬性和目的來看，監(jiān)理測(cè)量更要把握測(cè)量的效率和可靠性的統(tǒng)一。傳統(tǒng)監(jiān)理測(cè)量采用和施工測(cè)量同樣的技術(shù)手段進(jìn)行抽樣測(cè)量，利用統(tǒng)計(jì)學(xué)理論對(duì)測(cè)量成果進(jìn)行評(píng)價(jià)，這就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)矛盾，如果采樣不足就會(huì)影響到成果評(píng)價(jià)可靠性，反之會(huì)影響成果評(píng)價(jià)的效率。三維激光掃描技術(shù)的出現(xiàn)讓測(cè)量監(jiān)理看到了曙光，它的高效率和全面的特性能有效解決監(jiān)理測(cè)量中的瓶頸問題。三維激光掃描是真實(shí)場景復(fù)制，資料具有客觀可靠性，可作為施工單位整改的依據(jù)。第八頁，共44頁。監(jiān)理測(cè)量應(yīng)用實(shí)例：1.船塢工程監(jiān)理應(yīng)用實(shí)例。北京則泰集團(tuán)等單位對(duì)三維激光掃描技術(shù)在工程領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用研究進(jìn)行了有益的嘗試。以中國海運(yùn)江蘇造船基地3#船塢工程為例進(jìn)行了研究，工程項(xiàng)目位于江都市長江下游，是特大型水運(yùn)工程，將徠卡C10三維激光掃描儀應(yīng)用到監(jiān)理測(cè)量中，內(nèi)容如下：a.樁位檢測(cè)。工程樁是工程結(jié)構(gòu)的重要組成部分，如圖1，而樁位偏差檢測(cè)是其安全與質(zhì)量評(píng)價(jià)一項(xiàng)重要指標(biāo)。本工程管樁共計(jì)8000多套，如采用全站儀加水準(zhǔn)儀單點(diǎn)采集樁位的三維坐標(biāo)信息，工作量將十分巨大并且影響后續(xù)流水作業(yè)施工。采用三維激光掃描技術(shù)對(duì)整個(gè)群樁進(jìn)行掃描，對(duì)管樁點(diǎn)云進(jìn)行擬合獲取樁位中心的三維坐標(biāo)信息。這樣不僅減輕了工作量，而且因不接觸被測(cè)樁身不影響后續(xù)施工，從而節(jié)省了工期。第九頁，共44頁。第十頁，共44頁。b.平臺(tái)板平整度及坡度檢測(cè)。本工程平臺(tái)板及塢底板如圖2，面積達(dá)50000平方米，若采用水準(zhǔn)儀測(cè)量其平整度及坡度頗有難度，特別是要在平臺(tái)板上定出具有平面坐標(biāo)的點(diǎn)并反算出設(shè)計(jì)高程，這樣的工作是比較艱巨，并且抽樣的點(diǎn)并不能代表整個(gè)平臺(tái)板平面，不能指導(dǎo)施工單位的補(bǔ)救整改。而采用徠卡C10掃描儀對(duì)整個(gè)平臺(tái)板掃描后，可獲得整體平臺(tái)板等高線，整個(gè)平臺(tái)板三維信息一目了然，通過定期觀測(cè)還能得出整個(gè)平臺(tái)板的沉降信息。c.土石方測(cè)算。本工程的土石方量十分巨大而且有重復(fù)運(yùn)，臨時(shí)挖運(yùn)等復(fù)雜情況，傳統(tǒng)的土石方測(cè)算依靠地形圖，而地形圖是靜態(tài)的不適應(yīng)動(dòng)態(tài)化施工。采用徠卡C10掃描儀可以隨時(shí)進(jìn)行掃描并能準(zhǔn)確計(jì)算出土方量，極大地維護(hù)了業(yè)主和施工單位的經(jīng)濟(jì)利益。如圖3、4。第十一頁，共44頁。第十二頁，共44頁。d.塢門底座平整度檢測(cè)。塢門底座如圖5所示，是本工程的關(guān)鍵工序之一。塢門底座的平整度是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求是塢門能否緊密閉合的關(guān)鍵因素。因此，對(duì)于塢門底座平整度相對(duì)精度要求很高，采用徠卡C10掃描儀對(duì)塢門底座進(jìn)行高密度掃描，并提取點(diǎn)云的三維坐標(biāo)信息，通過和設(shè)計(jì)高程的比較分析，能夠給施工單位一個(gè)完整準(zhǔn)確的整改意見?？梢哉f，是徠卡C10三維激光掃描儀在本工程關(guān)鍵工序把好了一道關(guān)鍵的質(zhì)量關(guān)。e.塢口鋼支撐體系，如圖6，是整個(gè)塢口安全開挖的保障，而且整體的變形的敏感度非常高，施工現(xiàn)場也比較危險(xiǎn)。為保障塢口的順利安全開挖，采用徠卡C10三維激光掃描儀對(duì)鋼支撐體系進(jìn)行全景掃描，并通過建模分析對(duì)比掌握整個(gè)鋼支撐變形情況，為塢口安全信息化施工提供了有力的保障。第十三頁，共44頁。第十四頁，共44頁。2.鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)應(yīng)用實(shí)例。a.項(xiàng)目概況。隨著三維激光掃描儀的發(fā)展，三維激光掃描技術(shù)在構(gòu)筑物鋼結(jié)構(gòu)有多個(gè)方面的應(yīng)用，如鋼結(jié)構(gòu)精度檢測(cè)、房屋結(jié)構(gòu)裝修設(shè)計(jì)、大型鋼結(jié)構(gòu)控制安裝、玻璃幕墻的掃描安裝等。2012年10月，由山東金鵬鋼結(jié)構(gòu)幕墻公司、徠卡測(cè)量系統(tǒng)貿(mào)易公司利用LeicaScanStationC10對(duì)山東金鵬大型鋼架房梁進(jìn)行了掃描，并采用徠卡Cyclone軟件、COE插件、Cloudwork插件及第三方軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理。b.外業(yè)數(shù)據(jù)獲取。鋼架結(jié)構(gòu)呈圓環(huán)狀，半徑12米，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。根據(jù)實(shí)地勘察3站掃描即可獲取大部分點(diǎn)云數(shù)據(jù)，點(diǎn)云拼接采用標(biāo)靶拼接模式以保證拼接的質(zhì)量。掃描過程20分鐘，共計(jì)掃描3站采用中等密度掃描模式，獲取點(diǎn)云豐富真實(shí)，如圖7為鋼結(jié)構(gòu)點(diǎn)云圖。第十五頁，共44頁。第十六頁，共44頁。c.數(shù)據(jù)處理流程：①.基本處理及建模。將點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)入徠卡Cyclone后處理軟件中，利用拼接模塊將3站點(diǎn)云拼接到一起，誤差不超過2mm，提取目標(biāo)點(diǎn)云，即鋼架結(jié)構(gòu)點(diǎn)云，再將地面及其他噪音刪除。因?yàn)樵诤竺婢葯z測(cè)中可直接利用點(diǎn)云，可以將點(diǎn)云直接導(dǎo)出并命名為“PointCloud”，利用Cyclone后處理軟件建模模塊還可以將點(diǎn)云直接進(jìn)行建模，用作展示或生成二維線劃圖，如8。②.客戶設(shè)計(jì)模型格式轉(zhuǎn)化?？蛻粼O(shè)計(jì)模型是在其專用設(shè)計(jì)軟件中完成的，如果其格式與第三方軟件不通用，可以利用徠卡COE插件將其轉(zhuǎn)化為其他格式。由于此設(shè)計(jì)模型為DWG格式，直接利用CAD另存為DXF格式后，第三方軟件在顯示過程中出現(xiàn)了錯(cuò)誤，所以利用徠卡COE插件將其轉(zhuǎn)化為第三方軟件可識(shí)別的三維DXF格式，命名為“Model”。③.鋼架結(jié)構(gòu)生產(chǎn)檢測(cè)。將鋼架結(jié)構(gòu)點(diǎn)云數(shù)據(jù)“PointCloud”和轉(zhuǎn)化后原設(shè)計(jì)模型“Model”導(dǎo)入第三方比測(cè)軟件中。第十七頁，共44頁。第十八頁，共44頁。如圖9為轉(zhuǎn)化模型導(dǎo)入第三方軟件。第三方軟件中有一項(xiàng)自動(dòng)對(duì)齊功能，利用此項(xiàng)功能將兩個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)特征匹配。第三方軟件中的匹配模式還包含手動(dòng)匹配以及手動(dòng)自動(dòng)相結(jié)合的模式。匹配過程不需要太多人工干預(yù)，這樣能減小人為誤差影響。匹配完成以后，第三方軟件有三維檢測(cè)工程，按照設(shè)定的參數(shù)，兩個(gè)數(shù)據(jù)自動(dòng)進(jìn)行比較，并用不同色帶顯示不同位置偏差量的大小。山東金鵬加工工藝較高，通過自動(dòng)比較，最大偏差值在1cm左右。如果實(shí)際操作過程中有規(guī)定值，即可把規(guī)定限差值輸入到上下最大公差處，在后期報(bào)表中就會(huì)以此數(shù)值為標(biāo)準(zhǔn)，自動(dòng)判斷不同位置處焊接拼裝鋼結(jié)構(gòu)是否符合建造標(biāo)準(zhǔn)。如圖10為自動(dòng)比較成果。如果需要，軟件還能將各檢測(cè)位置處最終結(jié)果生成報(bào)表形式，報(bào)表的格式按照自己的需要進(jìn)行設(shè)置即可。導(dǎo)出的格式也是多種多樣，如PDF、WORD、EXCEL等。第十九頁，共44頁。第二十頁，共44頁。將地面三維激光掃描技術(shù)引進(jìn)到工程監(jiān)理領(lǐng)域既拓寬了三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用范圍，同時(shí)也為測(cè)量監(jiān)理增加了新的工具和技術(shù)手段。利用三維激光掃描技術(shù)對(duì)施工現(xiàn)場的實(shí)景復(fù)制并網(wǎng)絡(luò)共享可以實(shí)現(xiàn)施工管理和監(jiān)理的信息化。三維激光掃描技術(shù)克服了傳統(tǒng)測(cè)量以點(diǎn)代替面，抽樣代替總體的缺點(diǎn)，客觀真實(shí)地再現(xiàn)了測(cè)量成果，極大地提高了這些成果的評(píng)價(jià)可靠性和應(yīng)用價(jià)值。提高生產(chǎn)精度、速度的同時(shí)，最大效率的保證了工程質(zhì)量，節(jié)約了生產(chǎn)成本。隨著應(yīng)用的深入，三維激光掃描技術(shù)將是測(cè)量監(jiān)理不可缺少的一種技術(shù)手段。第二十一頁，共44頁。4.變形監(jiān)測(cè)自然界的變形危害現(xiàn)象很普遍，如地震、滑坡、巖崩、地表沉陷、火山爆發(fā)、潰壩、橋梁與建筑物的倒塌等。傳統(tǒng)的變形測(cè)量方式是在進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)時(shí)，需要再變形體上布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，而且點(diǎn)數(shù)有限，從這些點(diǎn)的兩期測(cè)量的坐標(biāo)之差獲得變形，精度很高（一般可以達(dá)到毫米級(jí)）。但從有限的點(diǎn)數(shù)得到的信息也有限，不足以完全體現(xiàn)整個(gè)變形體的實(shí)際情況。而地面激光掃描儀可以以均勻的精度高密度的測(cè)量，測(cè)量的數(shù)據(jù)可獲得更多的信息。目前，變形監(jiān)測(cè)采用多種技術(shù)手段，相關(guān)方法及理論研究都已比較深入，形成了相應(yīng)的技術(shù)及理論體系。第二十二頁，共44頁。地面三維激光掃描系統(tǒng)作為一種全新的測(cè)繪系統(tǒng)，它具有許多新的特性和功能。將三維激光掃描部分應(yīng)用于變形監(jiān)測(cè)時(shí)，最常用的方法一是將點(diǎn)云數(shù)據(jù)借助于計(jì)算機(jī)軟件來處理，用點(diǎn)、線、多邊形、曲線、曲面等形式將立體模型描述出來，重建實(shí)體表面模型，然后對(duì)表面模型進(jìn)行求差處理；二是采用重采樣（配準(zhǔn)）后的地面三維激光掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行差分運(yùn)算然后比較變化。

變形監(jiān)測(cè)的最大特點(diǎn)是精度要求高，因此，能否應(yīng)用三維激光掃描技術(shù)進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)主要取決于三維激光掃描儀的測(cè)量精度是否能夠達(dá)到工程要求。此外，和現(xiàn)有變形監(jiān)測(cè)技術(shù)相比，該項(xiàng)技術(shù)是否具備一定的技術(shù)優(yōu)勢(shì)也是決定其應(yīng)用范圍和層次的重要因素。第二十三頁，共44頁。三維激光掃描儀能提供視場內(nèi)的、有效測(cè)程內(nèi)的、基于一定采樣間距的采樣點(diǎn)三維坐標(biāo)，并具有較高的測(cè)量精度和極高的數(shù)據(jù)采集效率，與基于全站儀或GPS的變形監(jiān)測(cè)相比，其數(shù)據(jù)采集效率較高，且采樣點(diǎn)數(shù)要多得多，形成了一個(gè)基于三維數(shù)據(jù)點(diǎn)的離散三維模型數(shù)據(jù)場，這能有效避免以往基于變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的應(yīng)力應(yīng)變分析結(jié)果中所帶有的局限性和片面性（以點(diǎn)代替面的分析方法的局限性）；與基于近景攝影測(cè)量的變形監(jiān)測(cè)相比，盡管它無法像近景攝影測(cè)量那樣能形成基于光線的連續(xù)三維模型數(shù)據(jù)場，但它比近景攝影測(cè)量測(cè)量具有更高的工作效率，并且其后續(xù)數(shù)據(jù)處理也更為容易，能快速準(zhǔn)確的生成監(jiān)測(cè)對(duì)象的三維數(shù)據(jù)模型。這些技術(shù)優(yōu)勢(shì)決定了三維激光掃描攝像技術(shù)在變形監(jiān)測(cè)領(lǐng)域?qū)⒂兄鴱V闊的應(yīng)用前景。第二十四頁，共44頁。三維激光掃描技術(shù)在越來越多的現(xiàn)代監(jiān)測(cè)中扮演著重要角色，大型建筑物監(jiān)測(cè)包括橋梁、大壩、隧道、邊坡、礦井、建筑、海洋石油平臺(tái)、油氣管道等大型結(jié)構(gòu)的長期健康監(jiān)測(cè)和災(zāi)后的變化監(jiān)測(cè)。三維激光掃描技術(shù)在完整獲取大面積監(jiān)測(cè)目標(biāo)數(shù)據(jù)方面有著巨大優(yōu)勢(shì)：數(shù)據(jù)獲取速度快，實(shí)時(shí)性強(qiáng)；數(shù)據(jù)獲取全面，精度高；全天候作業(yè)，不受光線影響，主動(dòng)性強(qiáng)；數(shù)據(jù)表達(dá)簡單，清楚明了。將地面三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用于工程項(xiàng)目的變形監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，成果主要體現(xiàn)在以下四個(gè)方面：1.建筑物變形監(jiān)測(cè)2.橋梁變形監(jiān)測(cè)3.隧道變形監(jiān)測(cè)4.地表變形監(jiān)測(cè)第二十五頁，共44頁。變形監(jiān)測(cè)應(yīng)用實(shí)例：山體變形監(jiān)測(cè)應(yīng)用實(shí)例：徠卡測(cè)量系統(tǒng)貿(mào)易（北京）有限公司研究人員利用ScanStationC10三維激光掃描儀，以兩次掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)為例，探討利用徠卡滑坡變形監(jiān)測(cè)軟件及時(shí)預(yù)判滑坡量及監(jiān)測(cè)其移動(dòng)趨勢(shì)的方法。a.項(xiàng)目概述。2010年9月2日，山東濟(jì)南南部山區(qū)黃土嶺由于土質(zhì)疏松并受強(qiáng)降雨影響，發(fā)生了小范圍山體變形，而緊鄰黃土嶺下方是一處小型水庫。根據(jù)國土部門工作人員測(cè)算，萬一山體發(fā)生坍塌，將有15萬m3的土落入水庫，而水庫只有6萬m3的庫容量，水庫里的水會(huì)馬上溢出大壩，對(duì)下游的簸箕掌村構(gòu)成威脅。第二十六頁，共44頁。b.形變山體點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取。分別于2010年9月2日9:00和9月3日16:00在同一遠(yuǎn)離山體位置架設(shè)儀器，掃描形變山體相同區(qū)域，獲得了此次研究的三維監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。由于此次山體滑坡范圍小，只有30~40m，所以單站掃描即可獲得全面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。如果形變區(qū)域較大，可以進(jìn)行多站掃描，并利用徠卡提供個(gè)標(biāo)靶對(duì)多站數(shù)據(jù)進(jìn)行高精度拼接以獲取形變區(qū)域完整點(diǎn)云數(shù)據(jù)。c.山體滑坡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。利用掃描儀獲取的形變山體點(diǎn)云數(shù)據(jù)，可以對(duì)災(zāi)害造成的最大影響進(jìn)行粗略評(píng)估，為應(yīng)急預(yù)案的提前制定提供數(shù)據(jù)參考，最大程度降低災(zāi)害造成的負(fù)面影響和對(duì)人員的傷害，并有效的控制成本。針對(duì)此次山體滑坡，利用徠卡滑坡監(jiān)測(cè)軟件中土方計(jì)算功能，模擬并得出了此次形變最大的滑坡量為15萬m3，根據(jù)下游蓄水池的儲(chǔ)水量，如果發(fā)生滑坡，4萬m3的水將瞬間沖出大壩，威脅下游人員財(cái)產(chǎn)安全。第二十七頁，共44頁。d.山體形變監(jiān)測(cè)。分別對(duì)兩次掃描的點(diǎn)云數(shù)據(jù)命名為Finallofscan-0910和Finallofscan-0940，掃描電云數(shù)據(jù)如圖11。點(diǎn)云既包含位置信息X、Y、Z，還包含了不同地物反射強(qiáng)度信息Intensity以及色彩信息R、G、B。數(shù)據(jù)導(dǎo)入變形監(jiān)測(cè)軟件后，根據(jù)色彩信息和反射率信息，分別利用自動(dòng)和手動(dòng)模式對(duì)山體表面植被及其他地物進(jìn)行去噪處理，得到精確的地表數(shù)據(jù)，然后分別對(duì)地表點(diǎn)云進(jìn)行三維建模，得到兩次掃描的地表模型，分別命名為FinallTIN-1、FinallTIN-2，地表模型如圖12所示。以兩次掃描的位置信息作為模型比較的標(biāo)準(zhǔn)，將FinallTIN-1和FinallTIN-2導(dǎo)入徠卡滑坡監(jiān)測(cè)軟件中，利用參測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比命令對(duì)兩表面模型進(jìn)行自動(dòng)比對(duì)，形變區(qū)域?qū)?huì)用不同顏色顯示不同對(duì)比量，如圖13.而且能夠自動(dòng)生成報(bào)表，對(duì)形變大小范圍進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，兩次數(shù)據(jù)對(duì)比結(jié)果報(bào)表如表1。通過兩天兩次掃描對(duì)比結(jié)果、報(bào)表數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，可以清楚得到山體形變的范圍及形變的大小。第二十八頁，共44頁。第二十九頁，共44頁。第三十頁，共44頁。從上述比較中可以得到黃土嶺測(cè)量范圍中絕大部分形變?cè)?cm以內(nèi)，占整體掃描數(shù)據(jù)的96.04%，部分位置產(chǎn)生了大于2cm，小于5cm的區(qū)域位移。根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)工作人員所調(diào)查的實(shí)地土壤黏度、高差、水流等情況，并附加儀器誤差等因素的推算，可判斷，對(duì)于未加固的黃土質(zhì)山坡，2cm以內(nèi)的變化在安全范圍以內(nèi)，但需要每天連續(xù)的觀測(cè)，直至山體達(dá)到穩(wěn)定。針對(duì)大于2cm的形變，除去測(cè)量誤差，去噪誤差等因素，可能是山體滑坡產(chǎn)生的變化，還需要進(jìn)行蓄水池排水、坡底加固、下游簸箕村人員疏散；另外，考慮近期雨水過多，還要在山坡一側(cè)修建一道水渠。e.徠卡滑坡監(jiān)測(cè)軟件對(duì)山體形變監(jiān)測(cè)趨勢(shì)的模擬。徠卡滑坡監(jiān)測(cè)軟件不僅能顯示兩次測(cè)量對(duì)比結(jié)果，根據(jù)變形的趨勢(shì)，監(jiān)測(cè)軟件還能對(duì)山體形變以后的趨勢(shì)進(jìn)行模擬，根據(jù)實(shí)際需要，設(shè)置幾個(gè)參數(shù)即可實(shí)現(xiàn)，形變模擬如圖14。第三十一頁，共44頁。第三十二頁，共44頁。沙漠監(jiān)測(cè)應(yīng)用實(shí)例

：河南理工大學(xué)，北京澤泰集團(tuán)公司與杰魔軟件有限公司研究人員共同合作，對(duì)沙漠中的河道進(jìn)行了監(jiān)測(cè)研究。1.項(xiàng)目概述。多年來土地荒漠化、沙塵暴等自然災(zāi)害給國家造成了重大的經(jīng)濟(jì)損失，其中，土地荒漠化作為全球十大環(huán)境問題之首，已成為當(dāng)今社會(huì)普遍關(guān)注的熱點(diǎn)問題。因此，對(duì)沙漠的監(jiān)測(cè)刻不容緩。傳統(tǒng)的變形監(jiān)測(cè)方法由于采樣點(diǎn)少，很難反應(yīng)變形的全部特征，且耗時(shí)費(fèi)錢，不適合用于沙漠監(jiān)測(cè)。三維激光掃描技術(shù)是目前國際上最先進(jìn)的測(cè)量方法之一，三維激光掃描儀可以快速的以毫米級(jí)采樣間隔獲取實(shí)體表面點(diǎn)的三維坐標(biāo)并以點(diǎn)云數(shù)據(jù)的形式存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)中。它可以快速建立目標(biāo)的三維模型并提取線、面、體等制圖數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)景復(fù)制。實(shí)驗(yàn)是將三維激光技術(shù)與沙漠監(jiān)測(cè)有機(jī)的結(jié)合在一起，大大提高了工作效率，三維激光掃描技術(shù)能夠提供掃描物體表面的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，可以獲取高精度高分辨率的數(shù)字地形模型，通過對(duì)比，實(shí)現(xiàn)對(duì)沙丘的移動(dòng)監(jiān)測(cè)。第三十三頁，共44頁。2.監(jiān)測(cè)技術(shù)流程。a.現(xiàn)場環(huán)境掃描。本次試驗(yàn)將選擇一個(gè)比較典型的區(qū)域即沙漠中的河道，進(jìn)行兩次對(duì)比掃描?，F(xiàn)場環(huán)境如圖15。第一次掃描時(shí)，需要考慮設(shè)置永久性控制標(biāo)靶。控制標(biāo)靶是拼合各次掃描點(diǎn)云的基準(zhǔn)點(diǎn)，也是網(wǎng)格坐標(biāo)與儀器內(nèi)部坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換媒介，其位置必須保持穩(wěn)定。考慮到沙漠地區(qū)干旱多風(fēng)，將固定點(diǎn)（如樹木）作為控制點(diǎn)雖穩(wěn)定不變，但對(duì)于掃描的整體控制并不合適（原因一是精度不能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)；二是固定點(diǎn)數(shù)量稀少，所在不一定為兩次數(shù)據(jù)拼接的公共最佳位置），因此，選擇在幾個(gè)重點(diǎn)位置打深樁設(shè)置若干個(gè)標(biāo)桿，以確保不受大風(fēng)、沙丘流動(dòng)等可變因素干擾，再以其作為控制點(diǎn)對(duì)要監(jiān)測(cè)的區(qū)域進(jìn)行高精度掃描。相隔若干天后，或者一次大風(fēng)等劇烈的天氣變化后，用同樣的儀器，設(shè)置同樣的精度，對(duì)同樣的位置根據(jù)第一次的控制點(diǎn)進(jìn)行第二次掃描，將掃描后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)存入計(jì)算機(jī)進(jìn)行后期處理。第三十四頁，共44頁。第三十五頁，共44頁。b.數(shù)據(jù)拼接及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。由于所獲得的不同視角的20幅掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)都是以掃描儀位置為參考點(diǎn)的獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)，因此必須對(duì)所獲取的掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換使掃描數(shù)據(jù)坐標(biāo)與大地坐標(biāo)一致。在處理軟件Cyclone7.1中，對(duì)所獲得的掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接。利用Registration模塊選取相鄰兩站掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的3處公共點(diǎn)（至少3個(gè)不在同一直線上的標(biāo)桿），由處理軟件自動(dòng)計(jì)算，將兩站數(shù)據(jù)以最小誤差拼接起來，拼接誤差結(jié)果可以在軟件中查詢。利用這種方法就可以把多站不同位置獲得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)拼接成一個(gè)完整的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，如圖16、17。第三十六頁，共44頁。第三十七頁，共44頁。整個(gè)拼接好的點(diǎn)云數(shù)據(jù)坐標(biāo)是以第一站導(dǎo)入數(shù)據(jù)的局部坐標(biāo)為基準(zhǔn)的相對(duì)坐標(biāo)系統(tǒng)，為使點(diǎn)數(shù)據(jù)坐標(biāo)與大地坐標(biāo)一致，需使用GPS對(duì)控制點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，得到其大地坐標(biāo)，將得到的特征點(diǎn)的地理坐標(biāo)，導(dǎo)入到Cyclone軟件中，形成一個(gè)具有地理坐標(biāo)系的ScanWorld，然后以此ScanWorld作為基站，將拼接好的點(diǎn)云數(shù)據(jù)與基站再次拼接，從而完成相對(duì)坐標(biāo)系向大地坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換。c.數(shù)據(jù)后續(xù)處理。數(shù)據(jù)后續(xù)處理就是對(duì)三維數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪。外業(yè)掃描時(shí)，點(diǎn)云數(shù)據(jù)中采集到了現(xiàn)場施工時(shí)的施工器械、標(biāo)桿、工作人員、電線、植被等信息，這些都是后期處理的干擾信息，對(duì)于這些點(diǎn)云數(shù)據(jù)應(yīng)盡可能的刪除。第三十八頁，共44頁。對(duì)去噪完成的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行模型化，將點(diǎn)