【摘要】：林區(qū)的正常運(yùn)營(yíng)離不開(kāi)道路邊坡、橋梁等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè),及時(shí)對(duì)林區(qū)道路邊坡和橋梁進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)是保障其正常運(yùn)營(yíng)的一項(xiàng)重要內(nèi)容。林區(qū)監(jiān)測(cè)環(huán)境復(fù)雜,相關(guān)先進(jìn)監(jiān)測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展逐步推動(dòng)了針對(duì)林區(qū)道橋安全監(jiān)測(cè)的研究和應(yīng)用。隨著地面激光掃描(TLS)技術(shù)的不斷發(fā)展,TLS在許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。TLS技術(shù)應(yīng)用于林區(qū)道路邊坡和橋梁監(jiān)測(cè),能夠及時(shí)、有效、快速地監(jiān)測(cè)有滑坡趨勢(shì)的道路邊坡危險(xiǎn)地帶,獲取橋梁表面點(diǎn)云信息,進(jìn)而判斷橋梁的安全狀況,避免或減少林區(qū)道路滑坡和橋梁損壞帶來(lái)的危害。本文在分析研究相關(guān)理論的基礎(chǔ)上,將TLS技術(shù)應(yīng)用于林區(qū)道路邊坡及橋梁的變形監(jiān)測(cè)研究中,選取了林區(qū)中常見(jiàn)的拱橋、梁橋、道路邊坡以及巖體邊坡作為研究對(duì)象。針對(duì)一些林區(qū)古石拱橋缺乏可靠的設(shè)計(jì)資料,難以高效地識(shí)別其詳細(xì)的整體幾何特征和變形分析;針對(duì)梁橋撓度監(jiān)測(cè)困難,離散監(jiān)測(cè)點(diǎn)難以描述橋梁的整體形變情況;林區(qū)道路邊坡監(jiān)測(cè)環(huán)境復(fù)雜,離散監(jiān)測(cè)點(diǎn)難以描述邊坡整體表面位移情況;無(wú)法全面精準(zhǔn)的獲取氋陡巖體結(jié)構(gòu)面幾何、紋理信息等問(wèn)題。實(shí)地采集相關(guān)數(shù)據(jù),構(gòu)建了相應(yīng)邊坡DEM和橋梁三維模型,并且對(duì)邊坡形變趨勢(shì)以及構(gòu)建橋梁模型做出形變安全性評(píng)價(jià)。本文的主要研究?jī)?nèi)容和取得的研究成果如下:(1)分析研究了TLS數(shù)據(jù)的獲取方法,研究了點(diǎn)云數(shù)據(jù)的預(yù)處理方法及整體最小二乘平面擬合方法。(2)分析研究了曲面重建算法。研究了基于Voronoi圖和Delaunay三角網(wǎng)的Delaunay三角格網(wǎng)曲面重建方法,給出算法步驟;研究了基于B樣條基函數(shù)和基于NURBS的非均勻參數(shù)的曲面重構(gòu)算法,給出了NURBS曲面重建方法的算法流程。(3)應(yīng)用TLS技術(shù)對(duì)林區(qū)古石拱橋進(jìn)行建模和變形分析。采集古石拱橋整體三維點(diǎn)云數(shù)據(jù),然后采用基于幾何特征的拼接方法對(duì)多視點(diǎn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)、去噪和精簡(jiǎn),采用NURBS算法對(duì)石拱構(gòu)件進(jìn)行提取、擬合和曲面重建,構(gòu)建出石拱橋三維實(shí)體模型,對(duì)石拱橋進(jìn)行了尺寸測(cè)定統(tǒng)計(jì),運(yùn)用整體最小二乘方法擬合石拱點(diǎn)云,進(jìn)行了拱底對(duì)比分析、疊加分析和對(duì)稱(chēng)性分析,對(duì)石拱變形進(jìn)行了分析和總結(jié)。對(duì)兩期TLS橋梁點(diǎn)云進(jìn)行撓度變形分析,根據(jù)被測(cè)橋體梁的具體特點(diǎn),運(yùn)用整體最小二乘法對(duì)表面點(diǎn)云進(jìn)行平面擬合,基于RANSAC算法對(duì)梁點(diǎn)云進(jìn)行外輪廓線提取和中軸線擬合計(jì)算,以梁橋的受力特性及其形變特點(diǎn)入手,分析了兩期靜載狀態(tài)下梁的撓度變化情況,驗(yàn)證了該技術(shù)在橋梁撓度變形測(cè)量中的可行性,為橋梁撓度檢測(cè)提供一種新的思路和方法。(4)采用TLS技術(shù)對(duì)邊坡進(jìn)行了監(jiān)測(cè)與分析。采集研究區(qū)域道路邊坡兩期邊坡點(diǎn)云數(shù)據(jù),對(duì)原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理,基于NURBS曲面重建方法構(gòu)建了邊坡的DEM,兩期邊坡監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)模型在標(biāo)靶點(diǎn)的精確校準(zhǔn)下進(jìn)行疊加比較,對(duì)疊加曲面等間距截取4個(gè)截面,對(duì)截取的斷面進(jìn)行線性擬合并對(duì)形變量進(jìn)行比對(duì),獲取了邊坡表面位移狀態(tài)。應(yīng)用TLS獲取高陡巖石邊坡體表面點(diǎn)云信息,利用Delaunay三角格網(wǎng)法生成的擬合平面工具模擬巖體結(jié)構(gòu)面,獲得巖體表面的紋理情況,分析計(jì)算了巖體的結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀和巖體裂隙等幾何參數(shù)。
【圖文】：

圖 4-3 石拱橋全貌及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)站布設(shè)Fig.4-3 Stone arch bridge and site layout4.1.1.2 站掃描作業(yè)技術(shù)要求及點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集測(cè)站布設(shè)方案討論優(yōu)化后，進(jìn)行測(cè)站掃描作業(yè)完成橋梁的點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集，目前使用儀器包括本實(shí)驗(yàn)所使用對(duì)面激光掃描儀器大多為國(guó)外進(jìn)口，所以一定要事先閱讀相關(guān)儀器操作說(shuō)明以利于實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行，采集點(diǎn)云數(shù)據(jù)的質(zhì)量對(duì)后續(xù)點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理分析有著直接的影響，因此外業(yè)測(cè)站掃描作業(yè)凸顯的尤為重要。按照以上操作技術(shù)，最終橋體點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集以及相關(guān)參數(shù)設(shè)置歸納整理結(jié)果，如圖4-4 和表 4-2 所示，從表中可以看到所掃描目標(biāo)橋面上陸續(xù)有行人通過(guò)，并且周?chē)袠?shù)木、河水等噪音因素，存在大量噪點(diǎn)，需要進(jìn)一步的點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理。

(b)最后配準(zhǔn)結(jié)果圖 4-5 基于標(biāo)靶球的點(diǎn)云配準(zhǔn)Fig.4-5 Point cloud registration based on target sphere配準(zhǔn)后的石拱橋點(diǎn)云仍然有大量噪音，必須對(duì)配準(zhǔn)后的石拱橋點(diǎn)云數(shù)據(jù)模型進(jìn)行處理。前文第二章針對(duì)點(diǎn)云的去噪進(jìn)行了詳細(xì)的研究分析，本文針對(duì)式子 2-5 所型后三項(xiàng)誤差，并且結(jié)合曲率精簡(jiǎn)法進(jìn)行點(diǎn)云去噪處理，主要處理過(guò)程如下：(1)統(tǒng)一采樣。本文按照最常用的等距采樣法對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣處理，將間距.02mm，曲率優(yōu)先度設(shè)置為 5，并且將其中一個(gè)參數(shù)取為“保持邊界”以便于保橋體幾何結(jié)構(gòu)。(2)選擇非連接項(xiàng)以及去除體外噪音點(diǎn)。通過(guò)軟件自動(dòng)搜索目標(biāo)點(diǎn)云外的無(wú)連接點(diǎn)手動(dòng)選擇，防止誤刪。本文石拱橋建模需要精細(xì)化的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，，在保證不誤刪點(diǎn)下，盡可能多地刪除非連接項(xiàng)的點(diǎn)云，故在高、低、中 3 種間隔級(jí)別中選取低間為設(shè)置為 5，表示非連接項(xiàng)的點(diǎn)離模型較近并且少于模型點(diǎn)數(shù) 5%的點(diǎn)云將會(huì)被選著在選擇噪音點(diǎn)的時(shí)候，敏感性參數(shù)取 100，來(lái)約束選中點(diǎn)的數(shù)量。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)其保守，一般使用 3 次達(dá)到最佳效果[76]。(3)減少噪音。降噪處理可以使數(shù)據(jù)更加光順平滑，減少了點(diǎn)云數(shù)據(jù)曲面重構(gòu)模值，更好地表達(dá)出物體原有的紋理及表面形狀。為了保留點(diǎn)云中的尖銳處和更多
【學(xué)位授予單位】：南京林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：U446

【參考文獻(xiàn)】

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1 黃承亮;;激光掃描技術(shù)下橋梁變形監(jiān)測(cè)方法的研究[J];測(cè)繪通報(bào);2015年S1期

2 劉昌軍;劉會(huì)玲;張順福;;基于激光點(diǎn)云直接比較算法的邊坡變形監(jiān)測(cè)技術(shù)研究[J];巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào);2015年S1期

3 馬宏偉;聶振華;;橋梁安全監(jiān)測(cè)最新研究進(jìn)展與思考[J];力學(xué)與實(shí)踐;2015年02期

4 徐茂林;張賀;李海銘;郭兆鵬;;基于測(cè)量機(jī)器人的露天礦邊坡位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J];測(cè)繪科學(xué);2015年01期

5 魏英姿;劉曉莉;;基于隨機(jī)抽取一致性的穩(wěn)健點(diǎn)云平面擬合[J];北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2014年03期

6 姚艷麗;蔣勝平;王紅平;;基于地面三維激光掃描技術(shù)的滑坡模型監(jiān)測(cè)與預(yù)測(cè)[J];測(cè)繪科學(xué);2014年11期

7 劉昌軍;張順福;丁留謙;廖井霞;;基于激光掃描的高邊坡危巖體識(shí)別及錨固方法研究[J];巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào);2012年10期

8 官云蘭;劉紹堂;周世健;張立亭;魯鐵定;;基于整體最小二乘的穩(wěn)健點(diǎn)云數(shù)據(jù)平面擬合[J];大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué);2011年05期

9 袁方;唐杰;武港山;;一種基于三維Delaunay三角化的曲面重建算法[J];計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展;2011年10期

10 劉昌軍;丁留謙;孫東亞;;基于激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)的巖體結(jié)構(gòu)面全自動(dòng)模糊群聚分析及幾何信息獲取[J];巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào);2011年02期

本文編號(hào)：2607737