激光測(cè)量技術(shù)簡(jiǎn)介
Laser是Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的縮寫(xiě)，直接翻譯過(guò)來(lái)就是光的受激輻射放大的意思。
其主要激光的特點(diǎn)有：1 同相、單色、方向性好 ；2 激光光束的波長(zhǎng)較短,大氣對(duì)它的吸收和散射作用較強(qiáng)，大氣穿透能力較差,大氣中雨滴、塵埃、霧、霾等對(duì)激光的干擾作用大；3 激光光束具有較高的“透過(guò)率”。
激光的地形測(cè)量原理和側(cè)視雷達(dá)一樣，是一種主動(dòng)式遙感系統(tǒng)。這一技術(shù)包括使用激光脈沖定向照射目標(biāo)并測(cè)量脈沖的往返時(shí)間，通過(guò)處理每個(gè)發(fā)射的脈沖經(jīng)過(guò)目標(biāo)反射后返回到傳感器的時(shí)間，可以計(jì)算出傳感器到地面或者其他目標(biāo)之間的距離。
激光的地形測(cè)量原理

簡(jiǎn)單地說(shuō)，激光掃描技術(shù)的測(cè)量原理是基于角度和距離測(cè)量的幾何數(shù)據(jù)獲取的方法，其過(guò)程是：從傳感器上發(fā)射的激光信號(hào)被目標(biāo)反射后，被激光掃描系統(tǒng)上的接收單元接收，根據(jù)發(fā)射和接收之間的時(shí)間差，可以計(jì)算出傳感器與目標(biāo)之間的距離，依次掃描被測(cè)區(qū)域，快速獲得地面或者其他景觀(guān)的三維坐標(biāo)和反射光強(qiáng)。
空中掃描 三維激光雷達(dá)掃描系統(tǒng)具有以下四個(gè)特點(diǎn)：
多–大量實(shí)際測(cè)量所獲得激光點(diǎn)數(shù)據(jù)有利提高產(chǎn)品精度，獲得更多樣、全面的數(shù)據(jù)成果，方便綜合利用生成多種專(zhuān)題圖；
快–全數(shù)碼化影像，直接進(jìn)入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)處理，將常規(guī)航攝中大量?jī)?nèi)、外業(yè)工作轉(zhuǎn)移到航攝數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，提高效率，縮短工期；
好–多重反射成果可以分離植被信息，獲得真實(shí)裸地DEM數(shù)據(jù)，方便以后使用包括衛(wèi)星影像在內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速更新，成果能夠直接應(yīng)用于多種GIS系統(tǒng)；
省–全數(shù)字化成果，大量工作由計(jì)算機(jī)自動(dòng)處理完成，省工省力，大量外業(yè)工作前移至航攝階段，節(jié)省時(shí)間。
地質(zhì)災(zāi)害及環(huán)境監(jiān)測(cè)
關(guān)于地質(zhì)災(zāi)害及地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測(cè)：
對(duì)于已發(fā)生的災(zāi)害可以及時(shí)和快速發(fā)現(xiàn)和定位，有利于成因和原因分析，最終評(píng)價(jià)地質(zhì)災(zāi)害的危害和損失，從而提出預(yù)防的措施。
危險(xiǎn)性預(yù)測(cè) 對(duì)于未發(fā)生的災(zāi)害可以進(jìn)行預(yù)報(bào)，融合各類(lèi)信息進(jìn)行空間分析，盡可能準(zhǔn)確定位，進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性分析，及時(shí)和盡可能準(zhǔn)確預(yù)報(bào)，提出盡可能有效的預(yù)防措施。
橋梁隧道監(jiān)測(cè) 環(huán)境地學(xué)及地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題突出特征是其信息的多源性﹑模糊性﹑非確定性和隨機(jī)性。所有這些，都為環(huán)境地學(xué)的信息處理帶來(lái)了極大的困難。
傳統(tǒng)的方法與手段，要么無(wú)能為力，要么因簡(jiǎn)化而缺失大量的信息，導(dǎo)致成果可靠程度的降低。更為不利的是，傳統(tǒng)的處理方法其成果表達(dá)缺乏直觀(guān)性和可操作性。因此，建立符合地學(xué)信息客觀(guān)規(guī)律的地質(zhì)環(huán)境管理與災(zāi)害評(píng)價(jià)系統(tǒng)成為面向21世紀(jì)環(huán)境地學(xué)研究的前沿課題。
昆陽(yáng)磷礦露天監(jiān)測(cè) 地面沉降及裂縫監(jiān)測(cè) 實(shí)例介紹
基于地面三維激光掃描技術(shù)的危巖體監(jiān)測(cè)
以重慶武隆-南川地區(qū)典型危巖體為研究目標(biāo)，構(gòu)建監(jiān)測(cè)區(qū)域三維地形模型；選擇1-2個(gè)危巖體作為重點(diǎn)監(jiān)測(cè)對(duì)象，通過(guò)多期數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理，研究監(jiān)測(cè)目標(biāo)表面變化；通過(guò)三維激光掃描試驗(yàn)，開(kāi)展三維激光掃描監(jiān)測(cè)應(yīng)用研究與示范。
研究背景及研究區(qū)域概況
1 監(jiān)測(cè)區(qū)域概況：
雞冠嶺位于重慶武隆烏江左岸，1994年4月30日雞冠嶺發(fā)生崩塌，體積400余萬(wàn)m3，崩塌導(dǎo)致15人死亡，21人受傷，沉船5艘，導(dǎo)致烏江斷航數(shù)月，直接經(jīng)濟(jì)損失9887萬(wàn)元 。
發(fā)生巖崩后，在雞冠嶺的臨江面崩塌堆積體后緣陡壁上形成了新的危巖體。新形成的危巖體主要分布于崩塌體的北西側(cè)，原變電房一帶，沿北東—南西方向呈脊嶺分布。分布標(biāo)高540 m-740 m，長(zhǎng)300余米，寬70余米，分布面積約2.1×104 m2，方量約為45.06×104 m3。 這段危巖的南東面地形很陡，巖體也較為破碎，是本段危巖集中發(fā)育地帶。特別是此段危巖下部巖溶極其發(fā)育，對(duì)上部巖體的穩(wěn)定性極為不利。
2000年10月18日以來(lái)，雞冠嶺區(qū)域地下出現(xiàn)了不明聲響并伴有強(qiáng)烈振動(dòng)，一旦發(fā)生危巖體崩塌和崩塌體失穩(wěn)、滑移，就將嚴(yán)重威脅烏江沿線(xiàn)的白馬、羊角、土坎、碑埡、巷口和涪陵區(qū)的廣大人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，危及319國(guó)道烏江邊灘隧道安全，影響烏江水運(yùn)，并直接或間接影響到渝懷鐵路的施工及今后的運(yùn)營(yíng)。
雞冠嶺地形 2 研究背景：
危巖體監(jiān)測(cè)是災(zāi)害監(jiān)測(cè)的重要內(nèi)容，如羊角鎮(zhèn)采用GPS技術(shù)進(jìn)行了周期性監(jiān)測(cè)，甑子巖采用了全站儀和滑坡預(yù)警伸縮儀等進(jìn)行了危巖體穩(wěn)定性或裂縫寬度變化監(jiān)測(cè)。由于雞冠嶺危巖體坡度大，基本無(wú)法在危巖體表面上設(shè)置GPS監(jiān)測(cè)站；同時(shí)，由于危巖體區(qū)域不大、坡度大，且危巖體位移和滑動(dòng)不僅局限于垂直方向，因此，采用InSAR技術(shù)進(jìn)行形變監(jiān)測(cè)也有一定的限制。
因此對(duì)高坡度危巖體進(jìn)行監(jiān)測(cè)需要探討其他方法，基于地面三維激光掃描技術(shù)的高坡度危巖體監(jiān)測(cè)有一定的可行性。
3 研究方法及技術(shù)路線(xiàn)
(1)設(shè)置野外觀(guān)測(cè)站
三維激光掃描儀 (2)野外三維激光數(shù)據(jù)采集 (3)三維激光掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理
a 多期點(diǎn)云數(shù)據(jù)配準(zhǔn)
多期點(diǎn)云配準(zhǔn)是指將不同時(shí)間所獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換至同一坐標(biāo)系下的過(guò)程。多期點(diǎn)云配準(zhǔn)是進(jìn)行變形分析前一個(gè)非常重要的步驟。針對(duì)研究?jī)?nèi)容和目標(biāo)的特殊性，項(xiàng)目提出了兩種配準(zhǔn)方法，第一是使用ICP算法進(jìn)行配準(zhǔn)；第二是采用曲面擬合的方法，建立兩期觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)空間擬合曲面，進(jìn)而完成點(diǎn)云數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)。
誤差校正 b TLS點(diǎn)云數(shù)據(jù)系統(tǒng)誤差分析及消除.
點(diǎn)云處理 c 點(diǎn)云數(shù)據(jù)濾波
數(shù)據(jù)建模 數(shù)字表面模型 d 點(diǎn)云數(shù)據(jù)建模及地形構(gòu)建
危巖表面監(jiān)測(cè)過(guò)程 e 危巖體表面分析及變化監(jiān)測(cè)
危巖體表面監(jiān)測(cè)結(jié)果 f 初步結(jié)論：
通過(guò)對(duì)TLS技術(shù)數(shù)據(jù)處理、系統(tǒng)誤差分析及在危巖體監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究，探討了不同的點(diǎn)云配準(zhǔn)方法，并在此基礎(chǔ)上，對(duì)TLS的系統(tǒng)誤差（測(cè)距誤差和測(cè)角誤差）進(jìn)行了改正。
通過(guò)危巖體多期數(shù)據(jù)的分析，將TLS技術(shù)用于危巖體表面紋理、裂縫、變化分析是可行的。進(jìn)一步，將對(duì)危巖體表面進(jìn)行多空間特征的分析和研究，完善監(jiān)測(cè)技術(shù)流程，優(yōu)化表面變化分析模型，提出可行的監(jiān)測(cè)技術(shù)示范。