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1、西北勘察设计研究院有限公司西北勘察设计研究院有限公司地质灾害地面三维激光扫描监测技术规程地质灾害地面三维激光扫描监测技术规程地质灾害地面三维激光扫描监测技术规程地质灾害地面三维激光扫描监测技术规程 年 月 日西北勘察设计研究院有限公司西北勘察设计研究院有限公司2一一、三维激光扫描技术介绍三维激光扫描技术介绍三、规程主要内容四、崩滑灾害监测案例提提 纲纲二二、规程编制单位扫描应用情况规程编制单位扫描应用情况西北勘察设计研究院有限公司西北勘察设计研究院有限公司3一、三维激光扫描技术介绍西北勘察设计研究院有限公司西北勘察设计研究院有限公司4一、三维一、三维激光激光扫描技术扫描技术三维激光扫描技术是一
2、种先进的全自动无接触高密度立体扫描技术，又称为“实景复制技术”，能够获取目标物体表部空间几何特征，实现远距离、无接触测量，无需对目标体进行任何处理便可以高精度、高密度获取三维点坐标数据，整个过程方便快捷。其最大的特点就是突破了传统的单点测量方法，面数据采集模式，可准确、快速的实现大场景三维数据采集。西北勘察设计研究院有限公司西北勘察设计研究院有限公司5一一、三维三维激光激光扫描技术扫描技术三维激光扫描系统由激光扫描仪、双轴倾斜补偿传感器、旋转云台、系统软件、数码全景照相机、电源以及附属设备组成。西北勘察设计研究院有限公司西北勘察设计研究院有限公司 三维三维三维三维激光扫描系统相当于一个高速转动
3、并激光扫描系统相当于一个高速转动并激光扫描系统相当于一个高速转动并激光扫描系统相当于一个高速转动并以面状获取目标体大量三维坐标数据的超级全以面状获取目标体大量三维坐标数据的超级全以面状获取目标体大量三维坐标数据的超级全以面状获取目标体大量三维坐标数据的超级全站仪站仪站仪站仪。其其其其核心原理是激光测距和激光束电子测角核心原理是激光测距和激光束电子测角核心原理是激光测距和激光束电子测角核心原理是激光测距和激光束电子测角系统的自动化集成，类似于免棱镜全站仪，但系统的自动化集成，类似于免棱镜全站仪，但系统的自动化集成，类似于免棱镜全站仪，但系统的自动化集成，类似于免棱镜全站仪，但其将点测量模式转化为
4、面测量模式。其将点测量模式转化为面测量模式。其将点测量模式转化为面测量模式。其将点测量模式转化为面测量模式。扫描原理扫描原理6一一、三维三维激光激光扫描技术扫描技术西北勘察设计研究院有限公司西北勘察设计研究院有限公司按搭载平台按搭载平台分类分类：机载型、地面型、手持型、：机载型、地面型、手持型、特殊型特殊型三维激光扫描系统分类三维激光扫描系统分类7一一、三维三维激光激光扫描技术扫描技术西北勘察设计研究院有限公司西北勘察设计研究院有限公司按扫描成像方式按扫描成像方式分类分类8一一、三维三维激光激光扫描技术扫描技术摄影扫描式全景扫描式混合扫描式西北勘察设计研究院有限公司西北勘察设计研究院有限公司按
5、激光测距原理分类按激光测距原理分类9一一、三维三维激光激光扫描技术扫描技术1.1.激光脉冲测距激光脉冲测距飞行时间差测距利用激光传播速度与飞行时间计算距离的原理，穿透能力强、距离远。但是在大范围内的扫描测距，精度相对较低。适合应用于大场景环境。2.2.激光相位测距激光相位测距激光相位测距主要采用记录激光光波的波峰、波谷位置，对于特定频率的激光光波相位参数是固定的，优点是精度可以达到毫米级，采样速度非常快。主要用于近距离的扫描测量，一般在100米内。3.3.光学三角测量光学三角测量采用光学三角测量原理的扫描设备，主要应用于工业部件扫描和逆向建模。工作距离较近，一般在数十厘米数米，可以达到亚毫米。
6、西北勘察设计研究院有限公司西北勘察设计研究院有限公司按激光光束的发射方式分类按激光光束的发射方式分类10一一、三维三维激光激光扫描技术扫描技术灯泡式扫描仪灯泡式扫描仪三角法扫描仪三角法扫描仪扇形扫描仪扇形扫描仪三三角法扫描仪：如三维坐标测量机就是基于这种角法扫描仪：如三维坐标测量机就是基于这种原理；原理；扇扇形形扫扫描描仪仪：此此类类扫扫描描仪仪扫扫描描点点云云密密度度和和准准确确度度非非常常高高，大大多多数数主主动动式式的扫描仪都采用这种激光束发射的扫描仪都采用这种激光束发射方式。方式。西北勘察设计研究院有限公司西北勘察设计研究院有限公司11一一、三维三维激光激光扫描技术扫描技术三维激光扫描
7、技术特点：1 快速性。能够快速获得大面积目标的空间信息，目前其扫描点采集速率最高可以到达100万点/秒。2 非接触性。无需对扫描目标进行任何处理，可以解决危险区域、柔性目标、需要保护对象以及人员难以企及位置的数据获取工作；3 高密度。大量的不规则离散点，可达毫米级间距，连续接近真实表面，具有整体化概念；4 高精度。单点精度低，整体精度较高。5 激光的穿透性。激光具有一定的“穿透”特性，穿透稀疏植被以期获得地面的真实高程信息；6 主动性。高速的主动发射和接收激光，使得物体的空间形态被快速完整获取。7 数字化、自动化。具有全数字特征，“点云”图为包含采集点的三维坐标和颜色属性的数字文件。西北勘察设
8、计研究院有限公司西北勘察设计研究院有限公司12一一、三维三维激光激光扫描技术扫描技术与与传统传统单点数据获取单点数据获取的的区别区别1 主要优点在于：非接触主动、三维测量点密度、特征点定位测量、测量点速度、工作条件要求、数据信息内容。很难一次获取复杂场景的完整点云数据，需要进行多视角的点云数据获取和后续拼接与转换。复杂对象模型结构和语义特征表达困难，模型可用性严重受限，极大地限制了复杂场景的准确感知与认知。2 主要难点在于:西北勘察设计研究院有限公司西北勘察设计研究院有限公司13一一、三维三维激光激光扫描技术扫描技术与摄影测量技术的区别与摄影测量技术的区别1 点云数据的获取方式不同。三维激光扫
9、描得到的直接是三维坐标的点云，点云无需再处理便可进行空间量测；摄影测量是基于数码照片重建三维点云数据，需要多幅不同视角的照片经大量的计算才可获得三维点云数据成果。2 坐标转换方式不同。摄影测量往往需要做辅助的控制测量，用以进行三维点云数据的高精度重建；三维激光扫描只有在大地坐标转换时需要进行控制点测量，很多时候可以采用相对坐标。西北勘察设计研究院有限公司西北勘察设计研究院有限公司143 数据成果精度不同。三维激光扫描的点定位精度高于数字摄影测量中的解析点，激光扫描数据精度均匀；而摄影测量解析数据精度受光线、像片重叠率等因素影响。4 环境条件要求不同。三维激光扫描技术是主动发生激光光源，几乎不受
10、环境光线的影响；而摄影测量则对环境光线、温度等都有一定要求。5 彩色纹理实现方式不同。激光扫描由激光反射强度来匹配灰度信息，而彩色信息要通过数码像片进行匹配叠加到点云数据中，存在一定的误差；摄影测量数据成果是由像片像素点直接重建得到，因此色彩信息也是直接获取的。一一、三维三维激光激光扫描技术扫描技术西北勘察设计研究院有限公司西北勘察设计研究院有限公司15二、规程编制单位扫描应用情况西北勘察设计研究院有限公司西北勘察设计研究院有限公司16二二、规程编制单位扫描应用情况规程编制单位扫描应用情况我公司2009年引进首台加拿大optech扫描仪，2011年再引进2台Riegl扫描仪；合作单位成都理工大
11、学自2007年起先后引进optech、Leica、Riegl多品牌多种型号扫描仪。我公司联合成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室利用地面三维激光扫描仪在西藏怒江流域、黄河拉西瓦与玛尔挡、金沙江鲁地拉、大渡河金川等六十多项大型水电工程项目中进行了深入地质勘察研究应用，研发了点云数据地质结构面产状解译软件、多尺度维度点云分类软件。在3D产品的制作、变形监测、地质测绘编录、软件应用以及开发等方面做了大量的探索研究；三维地质图辅助设计与应用；滑边坡和隧道变形观测、地质灾害的调查，以及三维激光扫描技术的拓展应用等方面均有深入独到的研究，取得了丰富的实践经验。西北勘察设计研究院有限公司西北
12、勘察设计研究院有限公司17 我公司三维激光扫描仪的应用情况：完成电建集团三维激光扫描技术在工程地质和工程测量中的综合应用研究科研项目以及西北院科研专项；主要应用：地质结构面产状解译、地质测绘及编录、地形图与平立剖面图测制、表面积体积计算、工程计量、立面测绘、地质灾害调查与监测、高耸塔筒垂直度检测等。经过10余年的深入系统研究应用和专项技术攻关，出版地面三维激光扫描技术应用理论及工程实践著作1部，部级科技进步奖1项，专有技术1项、国家发明专利8项、制定行业规程规范2项。二二、规程编制单位扫描应用情况规程编制单位扫描应用情况西北勘察设计研究院有限公司西北勘察设计研究院有限公司18二二、规程编制单位
13、扫描应用情况规程编制单位扫描应用情况西北勘察设计研究院有限公司西北勘察设计研究院有限公司19应急、抢险、救灾二二、规程编制单位扫描应用情况规程编制单位扫描应用情况西北勘察设计研究院有限公司西北勘察设计研究院有限公司20二二、规程编制单位扫描应用情况规程编制单位扫描应用情况西北勘察设计研究院有限公司西北勘察设计研究院有限公司21二二、规程编制单位扫描应用情况规程编制单位扫描应用情况地地质质测测绘绘西北勘察设计研究院有限公司西北勘察设计研究院有限公司22怒江地质测绘成果二二、规程编制单位扫描应用情况规程编制单位扫描应用情况西北勘察设计研究院有限公司西北勘察设计研究院有限公司23开挖边坡辅助编录二二
14、、规程编制单位扫描应用情况规程编制单位扫描应用情况西北勘察设计研究院有限公司西北勘察设计研究院有限公司24二二、规程编制单位扫描应用情况规程编制单位扫描应用情况边坡节理、裂隙精细调查边坡节理、裂隙精细调查西北勘察设计研究院有限公司西北勘察设计研究院有限公司25边坡节理、裂隙精细调查边坡节理、裂隙精细调查西北勘察设计研究院有限公司西北勘察设计研究院有限公司26二二、规程编制单位扫描应用情况规程编制单位扫描应用情况西北勘察设计研究院有限公司西北勘察设计研究院有限公司27二二、规程编制单位扫描应用情况规程编制单位扫描应用情况西北勘察设计研究院有限公司西北勘察设计研究院有限公司28二二、规程编制单位扫
15、描应用情况规程编制单位扫描应用情况西北勘察设计研究院有限公司西北勘察设计研究院有限公司29二二、规程编制单位扫描应用情况规程编制单位扫描应用情况西北勘察设计研究院有限公司西北勘察设计研究院有限公司30二二、规程编制单位扫描应用情况规程编制单位扫描应用情况西北勘察设计研究院有限公司西北勘察设计研究院有限公司31二二、规程编制单位扫描应用情况规程编制单位扫描应用情况西北勘察设计研究院有限公司西北勘察设计研究院有限公司32二二、规程编制单位扫描应用情况规程编制单位扫描应用情况大楼影像点云图立面图西北勘察设计研究院有限公司西北勘察设计研究院有限公司33二二、规程编制单位扫描应用情况规程编制单位扫描应用
16、情况西北勘察设计研究院有限公司西北勘察设计研究院有限公司34二、规程主要内容西北勘察设计研究院有限公司西北勘察设计研究院有限公司35三三、规程主要内容规程主要内容 本规程植被覆盖率小于60%、地表坡度大于15的崩塌、滑坡等地质灾害适用于类型的地表变形监测。对于地裂缝、地面沉降、地面塌陷、泥石流等地质灾害的变形监测经技术方案论证后可参考使用。范 围本规程共本规程共1212章章。为规范地面三维激光扫描技术在地质灾害监测中获取崩塌和滑坡表面变形信息的作业方法与技术要求、保证监测数据精度和成果质量、提高新技术在地质灾害监测中的应用水平，特制定本规程。西北勘察设计研究院有限公司西北勘察设计研究院有限公司36三三、规程主要内容规程主要内容监测目的 1)通过扫描监测，掌握崩塌、滑坡变形方向、量级、速率等信息，为地质灾害防治方案的确定提供依据。2)利用三维扫描监测数据，分析获取地质灾害体上点、线、面（体）多角度变形特征。3)满足地质灾害防治工程施工期安全监测需要，保障施工安全。4)掌握地质灾害治理工程的效果。5)对不宜实施工程处理或临灾、危险的地质灾害，监测其动态变化，为预警预报、防止造成地质灾害的发
