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一种基于点云平均域矢量算法的滑坡变形监测方法技术

技术编号:22500678 阅读:42 留言:0更新日期:2019-11-09 01:59
本发明专利技术提供一种基于点云平均域矢量算法的滑坡变形监测方法,用三维激光扫描获取整个滑坡体的三维表面几何的点云,记为L1;间隔一定时间,再次扫描获取整个滑坡体的三维表面几何的点云,记为L2;采用最小二乘法将第一次扫描获取的滑坡体点云L1匹配到第二次扫描获取的滑坡体点云L2中,求解出匹配过程的最优匹配矩阵MRT,匹配矩阵包含了滑坡体从B1状态变形到B2状态的位移信息,通过对匹配矩阵进行分解,即可求出滑坡体的整体区域平均位移矢量

A method of landslide deformation monitoring based on point cloud average domain vector algorithm

The invention provides a landslide deformation monitoring method based on the average domain vector algorithm of the point cloud. The point cloud of the 3D surface geometry of the whole landslide body is obtained by the 3D laser scanning, which is recorded as L1; the point cloud of the 3D surface geometry of the whole landslide body is obtained by scanning again at a certain interval, which is recorded as L2; the point cloud L1 of the landslide body obtained by the first scanning is matched to the second by the least square method In the point cloud L2 acquired by secondary scanning, the optimal matching matrix MRT of the matching process is solved. The matching matrix contains the displacement information of the landslide body from B1 state to B2 state. By decomposing the matching matrix, the average displacement vector of the whole area of the landslide body can be obtained

【技术实现步骤摘要】
一种基于点云平均域矢量算法的滑坡变形监测方法
本专利技术属于边坡变形监测
,具体涉及一种基于点云平均域矢量算法的滑坡变形监测方法。
技术介绍
边坡变形监测是滑坡防治中的重要手段,通常对滑坡的变形监测多采用全站仪采用全站仪或其他光电测距的方式测量滑坡体上某一个或某几个固定点在不同时刻的三维坐标值,再通过坐标差值,求出滑坡体的空间位移。这种测量方法是单点式的,只能代表监测点附近局部区域的变形趋势,且如果该局部区域发生变化(如小规模塌方、落石等),会对监测结果有很大影响。现有的采用全站仪测量滑坡体上某一点在不同时刻的三维坐标值,再通过坐标差值,求出滑坡体的位移。这种方法存在以下缺点:1、这种监测结果只能代表监测点周围一定范围区域的变形趋势,不能反映滑坡体的整体变形趋势。2、这种方法容易受监测点周围环境变化影响,一旦监测点周围发生落石、小型塌方等灾害时,监测结果就会受影响甚至监测点失效;还有,采用合成孔径雷达(GB-InSAR)测量滑坡体的位移,通过雷达天线发射并接收反射回来的电磁波,根据回波信号的相位变化实现滑坡体的形变测量。该方法存在以下缺点:1、该技术获取的位移是视线方向的位移,也是单个点位移,无法代表滑坡整体的变形趋势;2、该技术跟现场地质条件有很大关系,如果滑坡体周围草木比较茂盛,很可能不反射雷达波,则很有可能导致这种方法失效。
技术实现思路
提出一种基于三维激光扫描点云平均域矢量算法的滑坡变形监测方法,弥补了传统单点式监测易受干扰,可以很方便反映滑坡体的整体变形趋势。一种基于点云平均域矢量算法的滑坡变形监测方法,包括以下步骤:步骤1:用三维激光扫描获取整个滑坡体的三维表面几何的点云,记为B1;步骤2:间隔一定时间,再次扫描获取整个滑坡体的三维表面几何的点云,记为B2;步骤3:采用最小二乘法将第一次扫描获取的滑坡体点云B1匹配到第二次扫描获取的滑坡体点云B2中,匹配过程为:采用空间旋转、平移的方式,将B1通过左乘一个旋转矩阵m旋转到一个合适的位置,得到B1’,然后通过平移向量t将旋转后的B1’平移到B2中,使B1与B2重合,这个过程用式(1)、式(2)来表示:B′1=mB1(1)其中旋转矩阵平移向量将B1中所有点代入式(1)、式(2)计算,即可得到式(3)所示的超静定方程组:式中为B2中与Pi对应的同名点;通过最小二乘法,求出最优的旋转矩阵和最优平移向量步骤4:根据空间变换规则,将最优旋转矩阵和最优平移向量组合成一个4×4的齐次最优匹配矩阵M优,如式(4)所示:步骤5:在B1的匹配到B2的过程中,B1的中心坐标(x0,y0,z0)位置始终没发生旋转变化,通过其中心坐标求出从B1整体变换到B2过程中的位移矢量,也就是滑坡变形的平均域矢量的求解过程如式(5)所示:步骤6:求出滑坡体的整体位移,本专利技术提供的一种基于点云平均域矢量算法的滑坡变形监测方法,具有的有益效果:1、可以很快测量出滑坡的整体变形趋势;2、由于该计算方法是以整个滑坡体的点云做为计算依据的,所以局部区域的变化(如小规模崩塌、落石)对整个滑坡体而言可以忽略不计,所以监测结果受外界干扰小。附图说明图1为本专利技术的滑坡体平均域矢量算法示意图;图2为实施例的某库区滑坡体平均域矢量计算结果示意图。具体实施方式结合实施例说明本专利技术的技术方案。本方法首先运用在某库区滑坡的整体变形监测。(1)采用三维激光扫描获取滑坡体三维表面几何的点云信息,并从中提取出滑坡体所包含的点云B1,如图1所示;(2)间隔4个月,再次扫描获取滑坡体的表面几何点云信息,并从中提取出滑坡体所包含的点云B2,如图1所示。(3)将第一次扫描获取的滑坡体点云B1匹配到第二次扫描获取的滑坡体点云B2,并根据ICP法(1)式过程求解出最优旋转-平移矩阵;(4)求出旋转位移矢量如图2所示;(5)求出滑坡体的整体位移:本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于点云平均域矢量算法的滑坡变形监测方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1:用三维激光扫描获取整个滑坡体的三维表面几何的点云,记为B1;步骤2:间隔一定时间,再次扫描获取整个滑坡体的三维表面几何的点云,记为B2;步骤3:采用最小二乘法将第一次扫描获取的滑坡体点云B1匹配到第二次扫描获取的滑坡体点云B2中,匹配过程为:采用空间旋转、平移的方式,将B1通过左乘一个旋转矩阵m旋转到一个合适的位置,得到B1’,然后通过平移向量

【技术特征摘要】
1.一种基于点云平均域矢量算法的滑坡变形监测方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1:用三维激光扫描获取整个滑坡体的三维表面几何的点云,记为B1;步骤2:间隔一定时间,再次扫描获取整个滑坡体的三维表面几何的点云,记为B2;步骤3:采用最小二乘法将第一次扫描获取的滑坡体点云B1匹配到第二次扫描获取的滑坡体点云B2中,匹配过程为:采用空间旋转、平移的方式,将B1通过左乘一个旋转矩阵m旋转到一个合适的位置,得到B1’,然后通过平移向量将旋转后的B1’平移到B2中,使B1与B2重合,这个过程用式(1)、式(2)来表示:B′1=mB...

【专利技术属性】
技术研发人员:周家文李海波杨兴国戚顺超范刚鲁功达朱永国
申请(专利权)人:四川大学
类型:发明
国别省市:四川,51

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