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三维激光扫描技术在变形监测方面的应用综述 浅谈地面三维激光扫描技术在变形监测方面的应用 许盛1，许烨璋2，王润哲1，顾正东1 （1.江苏省测绘工程院，江苏 南京 210013；2.河海大学地球科学与工程学院，江苏 南京 210013） 摘要:本文综述了地面三维激光扫描技术在变形监测方面的应用现状,通过与传统测量技术的比较,分析了其技术优势,以及该技术在分析变形时常用的方法及原理,最后对三维激光扫描技术用于变形监测存在的问题以及目前未能被广泛应用的原因做了分析。 关键词：三维激光扫描技术；变形监测；应用；综述 1、引言 三维激光扫描技术是继GPS技术之后测绘领域又一次技术革命。近几年，随着三维激光扫描技术的进步日新月异，三维激光扫描仪已经成为重要的测量工具，目前它已广泛应用于医学、文物保护、土木工程、计算机视觉以及交通规划等重要领域。随着三维激光扫描仪生产技术和配套数据处理软件的日渐发展成熟，使用三维激光扫描系统对建筑物、边坡和矿区等进行变形监测对于安全预测、生产指导都具有重要意义。利用三维点云数据整体性、密集性、关联性的优势进行变形监测可以很好地反映被测物体的整体形变信息，从而更好地研究变形的机理和预报变形。本文将从地面三维激光扫描技术在变形监测方面的技术优势、应用现状、方法原理及存在问题四方面展开综述。 [1] 2、技术优势 传统的变形监测技术主要有：全站仪测量、精密水准测量、GPS测量以及近景摄影测量等技术。这些技术的操作流程及其数据处理理论目前已经十分完备，其应用也十分广泛。三维激光扫描技术(3D Laser Scanning Technology)是一种先进的全自动高精度立体扫描技术,可以快速地获得被测物体表面密集的、全面的、关联的、连续的三维坐标数据及影像数据，因此也被称为“实景复制技术”。与基于全站仪或 GPS 的变形监测相比,其数据采集效率较高, 且采样点数要多得多,形成了一个基于三维数据点的离散三维模型数据场,这能有效避免以往基于变形监测点数据的应力应变分析结果中所带有的局部性和片面性(即以点代面的分析方法的局限性);与基于近景摄影测量的变形监测相比,尽管它无法像近景摄影那样能形成基于光线的连续三维模型数据场,但它比近景摄影具有更高的工作效率,并且其后续数据处理也更为容易,能快速准确地生成监测对象的三维数据模型。 这些技术优势决定了地面激光三维扫描技术在变形监测领域将有着广阔的应用前景。 [2] 3、应用现状 地面三维激光扫描仪的测程可按远近分为远程，中程和近程，同样其运用在变形监测也可如此划分。 3.1远程应用 远程地面激光扫描仪主要用于边坡、雪崩、岩崩及矿山塌陷等危险和难以到达的地方的变形监测，该方面的应用和研究目前在国内外已经十分广泛。国内，2009年刘文龙等人利用点云数据建立滑坡体的DEM模型,有效地提取了变形信息；2010年徐进军等人研究了利用滑坡体上大量自然地物点作为监测点来完整监测和分析其变形的可行性。国外，2003年奥地利应用RIGEL公司的LMS-Z420远程地面三维激光扫描仪对1000m以外的阿尔卑斯山雪层、冰川变化进行了监测；2003年7月到2004年9月Optech公司利用其ILRIS-3D激光扫描系统结合GPS对Miage湖边缘冰山北部周围近地面冰崖的移动进行了监测，经过几次重复监测的比较，实验结果明冰崖发生了移动，在一年多的时间内后退了几十米。 3.2中程应用 中程地面三维激光扫描仪多用于大坝、船闸、桥梁等的变形监测。目前这方面的研究和应用也取得了长足的发展。2004年Thomas Schafer等技术人员应用徕卡公司的HDS2500中程地面三维激光扫描仪对多瑙河上的Gabcikovo水电站船闸进行蓄水前后的变形进行了监测，取得了理想的精度结果和良好的经济效益；2008年DiegoGonzalez-Aguilera等人通过对三维激光扫描技术研究，利用Trimble GX200三维激光扫描仪结合Leica TCA2003全站仪对大坝进了周期变形监测，通过建立监测点获取大坝周期数据，建立模型利用径向基函数(Radial Basis Function)模型进行分析变形，并进行变形预测，取得一定成果。 3.3近程应用 近程地面三维激光扫描仪主要用于建筑物，隧道等的变形监测。目前这方面的研究较以上两方面起步相对较晚，也没有形成相对完善的理论体系，但其发展却很快。国内，2011年，吴侃等人提出了利用建筑物特征线是否变形来判定建筑物变形的思路，并且通过实例验证了该方法具有工程实用价值。赵群等人根据国家体育馆大跨度钢屋的自身特点，采用三维激光扫描法对其滑移