動態(tài)沉陷區(qū)地面激光掃描數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵問題研究.pdf

1、在礦山開采沉陷研究中,為及時了解井下開采對地表的影響程度以便有效地指導(dǎo)地面建、構(gòu)筑物防護(hù)工作或井下生產(chǎn),通常需要在地表受影響區(qū)域內(nèi)布設(shè)觀測站進(jìn)行長期監(jiān)測。地面三維激光掃描技術(shù)引入礦山開采沉陷研究以后,解決了傳統(tǒng)觀測站數(shù)據(jù)量不足、觀測周期長等問題,但其在該領(lǐng)域中的應(yīng)用仍然存在許多亟待解決的科學(xué)問題。本文結(jié)合地面三維激光掃描數(shù)據(jù)信息量豐富的優(yōu)點,通過提出或改進(jìn)各類算法,提出了相應(yīng)的數(shù)據(jù)修正模型和多種沉陷信息的提取方法,實現(xiàn)了良好的處理效果。

2、本文主要獲得如下成果:
　　1)針對地面三維激光掃描技術(shù)和礦山開采沉陷監(jiān)測技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,詳細(xì)剖析該技術(shù)在礦山開采沉陷監(jiān)測應(yīng)用中亟待解決的科學(xué)問題,并提出相應(yīng)的研究內(nèi)容和技術(shù)路線。
　　2)提出在數(shù)據(jù)采集前后記錄儀器的傾斜狀態(tài)并取消儀器的自動補(bǔ)償功能的數(shù)據(jù)采集方案,并結(jié)合地面三維激光掃描原理,對傾斜角度與其測量角度誤差之間的幾何關(guān)系進(jìn)行推導(dǎo),得出儀器傾斜對測量角度的誤差影響,繼而根據(jù)三維點云數(shù)據(jù)中各點坐標(biāo)與測量角度的數(shù)

3、學(xué)關(guān)系,將各測量角度誤差以改正數(shù)的形式加到測量角度上進(jìn)行數(shù)據(jù)修正,從而消除儀器傾斜對點位坐標(biāo)獲取的影響。
　　3)利用基于十進(jìn)制的Morton碼對原始點云數(shù)據(jù)進(jìn)行直接索引,將坐標(biāo)與格網(wǎng)一一對應(yīng),并通過鏈表結(jié)構(gòu)對索引后數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲,提高了數(shù)據(jù)處理的時空效率。繼而在網(wǎng)格內(nèi)若干高程較低點的基礎(chǔ)上,采用Kriging插值算法對網(wǎng)格中心點進(jìn)行插值。繼而分別針對DTM和沉陷盆地模型的精度進(jìn)行了評定,從而檢驗該數(shù)據(jù)處理方法的可靠性。
　　

4、4)針對包含直立樹干、電線桿等圓柱體狀地物的點云數(shù)據(jù),采用點云數(shù)據(jù)分層特征提取的方法將圓柱體的中心軸予以提取。針對包含房屋等棱角分明地物的點云數(shù)據(jù),采用邊緣檢測算子+Hough變換對點云數(shù)據(jù)中包含的直線信息進(jìn)行提取,得到直線間的交點作為特征點予以存儲,并用于后續(xù)的水平位移求取,通過與高精度全站儀測得的測站水平位移檢測算法的可靠性。
　　5)針對臺階狀裂縫,借助小波變換在信號突變檢測方面的優(yōu)勢,對點云數(shù)據(jù)中各掃描線上的高程突變進(jìn)行檢