新疆伊犁新源泥石流滑坡扫描
发布日期:2016年06月30日 15:16   发布者:北京富斯德科技   浏览次数:5891


一、  项目背景

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灾害现场图

新疆伊犁哈萨克自治州新源县阿热勒托别镇的阿热勒托别铁矿7月31日凌晨,由于强降雨引发山体垮塌,进而形成泥石流,泥土混合山石沿山谷冲泄而下,破坏力极强,造成了严重的人员伤亡及财产损失。经现场初步测算,滑坡体长约2公里,宽约50米,平均深度6米,约100万立方米土石。灾害发生区域,山体连绵,起伏较大,土质松软,且多为草地植被覆盖稀少,外加多年铁矿开采不当,导致该地区地理位置大幅人为改动,生态严重破坏,一旦遇上强雨天气必将造成水土大量流失,从而导致灾害发生。

二、项目目的

利用三维激光雷达扫描仪获取滑坡灾害现场的绝对坐标值点云数据,通过点云后处理软件制作逼真的三维滑坡模拟实验模型数据,进而对灾害现场范围内还未发生滑坡的山体进行多次滑坡模拟实验,通过实验预测发生山体滑坡时,滑坡体的冲刷长度、宽度、平均深度以及滑坡的土方量、滑坡面积大概为多少。这样一旦发生滑坡可第一时间提供第一手资料,便于及时开展救援抢修工作。

三、项目参与人员

  北京富斯德科技有限公司:李成龙

  新疆伊犁哈萨克自治州救灾应急办政府

四、数据采集设备

本次扫描采用了RIEGL三维激光雷达扫描仪VZ-1000。

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RIEGL  VZ-1000 激光雷达扫描仪

VZ-1000拥有RIEGL全波形回波技术(waveform digitization)和实时全波形数字处理和分析技术(on—line waveform analysis), 每秒可发射高达300,000点的纤细激光束,提供高达0.0005°的角分辨率。这种高精度高速激光测距及可同时探测到多重乃至无穷多重目标的细节信息技术优势,是传统单次回波反映单一物体技术所无法比拟的。除此之外,基于 多棱镜快速旋转扫描技术,它能够产生线性、均匀分布的扫描激光点云线。详细参数如下:

●超高测距精度可达5mm

●超长测距,高达1400米

●无需标靶拼接

●自动多个站点同时调整

●超高速数据采集,全景360°扫描仅需8秒

●广阔的扫描视场角,水平360°*垂直100°

●多回波功能能够识别多重目标

●标配高清数码相机,可获取高分辨率彩色纹理

●集成倾角传感器和激光铅垂对中

●机身内置32G大容量存贮

●内置GPS天线、WIFE天线可远程操控

●两台天宝GPS—RTK测量仪

  五、数据预处理软件

数据后处理采用了RIEGL特有的Riscan pro点云处理软件,Riscan pro为RIEGL三维激光雷达扫描仪VZ系列标配软件。该软件不但可以用于控制扫描仪的扫描操作,同时还可以提供包括全球坐标系拼接在内的全自动和半自动四种拼接方式。特有的一键快速剔除植被功能可以简单快速的得到整洁的地表数据,缩短内业处理时间提高工作效率。Riscan pro还可导出多种点云数据格式,供给第三方软件进行二次开发利用。将扫描仪、Riscan pro软件以及数码相机结合,能够实现:

●准确识别目标的细节

●自动生成高分辨率的贴图纹理网格

●定时定位、距离、面积和体积的测量

●实体核查,智能视图和特征点线面的提取保存

●自动生成三维正射影像、数字高程图和等高线曲线图

  六、外业数据采集

首先踏勘测区,结合实际,选择合理的控制点 。(选点需注意:第一,选点时确保两点之间尽可能通视,有一定的公共区域;第二,选择地理位置较高视野广阔的点,这样获取的数据也就越多)本次重点测量范围内所选8个控制点如下图(红色字样为所选控制点,控制点可结合扫描进度适当调整)

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数据获取。架设三脚架,对中整平扫描仪,量取并记录仪器高,打开内置GPS实时定位,连接笔记本电脑操控扫描;此次滑坡共扫描8站,平均每站扫描用时为5分钟左右,扫描视场角为全景360°*100°扫描,扫描半径为超长距离1400m,点云分辨率最远1495m处任为60cm且排列整齐,足够满足任何地形测量要求。

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  待每站扫描结束后,利用GPS—RTK实测获取每一个控制点的绝对坐标值。

七、内业数据处理

本次泥石流滑坡扫描项目,共计扫描8站,获取有效点云总数为26724988个,由于站点之间距离较远,需要步行跋涉,扫描及换站共用时4个小时,共扫描4.2个有效平方公里面积数。

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  实现全球坐标系拼接。通过Riscan pro点云后处理软件,同步实现8站点云数据的全球坐标系转换拼接,快速简便且精度可靠。

  利用软件特有的多站点调整功能,实现站与站之间的精细配准,拼接精度为4mm:

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一键快速剔除植被。多回波功能使得激光可以更多地穿透植被,获取更多的地面点数据,RiScan Pro对多回波数据可以 实现一键过滤植被的功能,使得内业处理更加简单高效。如下图所示:

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多回波数据显示

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绿色的为植被,白色的为地表点

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剔除植被后的地面数据

贴图纹理网格,照片与网格结合,生成逼真的现场 3D 模型图

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④ 假彩色高程网格显示,通过颜色的递变来表现高程的变化

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    ⑤ 一键快速生成规则的等高线

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⑥ 方便快捷的滑坡体表面积、体积计算

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表面积计算

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体积计算

八、成果展示

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九、内外业时间比 

外业采集时间:2013年4月20日10点于伊犁州新源县城出发,行车1小时到达滑坡灾害现场。外业控制选点1小时30分钟,外业数据采集共计用时4小时(因为灾区道路条件制约车辆无法到达指定位置,全程均为操作人员携带设备步行到达)。内业数据处理:2013年4月23日至25日上午数据处理,成果输出。内业数据处理用时两天半。

综合比较:采用Riegl VZ-1000静态三维激光扫描仪测量山体滑坡,从外业数据采集到内业数据处理及成果输出都比传统测绘方法优越。

优点一:数据采集时间短

传统的测绘方法需要投入大量的人力资源用于滑坡地形测绘,半个多月的外业数据采集过程制约了救灾工程的进度,从而延长了下一步救灾计划的实施,很可能会再次发生灾害,造成更大的经济损失及人员伤亡。激光扫描仪的应用有效的节省了大量的人力、物力、财力 的投入,大大缩短了外业工作时间,节省了项目经费的支出,而且高 精度的测绘能给灾害应急提供更加准确的数据成果。

优点二:内业数据处理快

强大的后处理软件能快速完成数据拼接、植被剔除、等高线生成、DEM成图等。在紧迫的救灾时间内,为救灾工程队提供高精度的数据成果,制定出一系列救灾应急方案。时间就是生命,一个好的方案策划是建立在一份完整的成果之上。