基于地面三维激光扫描技术的建筑变形监测研究

为研究地表和空间对象点、线、面、体的形变特征,达到有效的预防和控制,常采用变形监测技术进行研究,鉴于三维激光扫描技术的诸多优点,可用于传统监测手段严重受限的特殊领域。本文通过介绍地面三维激光扫描技术变形监测的原理,以某建筑工程为例,研究分析了地面三维激光扫描技术在该工程中的监测实施过程,并对误差进行了分析,验证了该方法的可行性。研究表明,在古建筑领域利用三维激光扫描技术有不可替代的优势。     

三维激光扫描技术在高速公路现役隧道变形监测上的应用

该文分析了现有隧道变形监测方法存在的问题与不足,设计了将三维激光扫描技术应用于现役高速公路隧道检测的数据采集方案,实现了隧道内测控条件下的激光扫描快速作业与多测站点云高精度拼接方法。探索出一套从三维激光扫描点云中提取横/纵断面、与隧道断面设计对比、多期点云数据全断面变形检测的数据处理与分析方法,并在此基础上实现了病害与变形的关联检查分析。     

基于三维激光扫描全站仪的矿山开采沉陷监测方法

为了快速准确地获取矿山地表沉陷变形数据,在分析主流监测方法的基础上,提出基于MS50三维激光扫描全站仪的矿山开采沉陷变形监测方法。选取青海省西海煤炭公司海塔尔矿为研究区,通过实验分析对MS50最佳扫描距离进行研究,推算自由设站法点位精度,介绍施测方法和点云数据处理方法,构建研究区地面三维模型和数据对比分析模型,并将三维模型数据与水准测量数据进行对比分析。结果表明:200 m内MS50扫描精度优于10 mm,范围越大精度越低;推算出自由设站点位中误差为1. 271 mm,能够满足矿山开采沉陷控制点位精度要求;三维激光模型数据能够反映出矿区沉陷变形情况,可以替代水准测量数据进行矿山开采沉陷监测工作。MS50自由设站三维激光扫描法相比传统方法可宏观、快速、准确的描述矿区地表移动变形真实状态,相比普通扫描仪具有设站灵活、扫描精度高、无须坐标转换、减少点云拼接误差等优点,是值得在矿山开采沉陷地表移动监测领域中进一步推广的方法。     

三维激光扫描测量技术在变形监测中的应用

三维激光扫描设备能够做到非接触测量,对被测对象实施扫描后,能够迅速衔接云点数据,收集被测点的形变信息。与此同时,该技术能够对基坑与四周建筑的形变趋势做到跟踪记录,利于相关技术人员了解基坑与建筑的形变问题,从而及时采取管控措施。该文结合某实际基坑监测工程,采用三维激光扫描设备,提出一种基于三维激光扫描测量技术的基坑形变监测方案,并详细分析方案应用过程。希望三维激光扫描技术能够在基坑变形监测中发挥出最好的效果。     

基于车载三维激光扫描结果的桥面变形分析

车载三维激光扫描技术能够直接对目标结构表面进行三维量测,并采用三维阵列点云的方式来生成结构物表面的三维形态和记录点位坐标,打破了传统的桥梁变形监测方法仅有数个独立点的局限性,扩大了桥面变形监测范围,提高了结构物的观测精度,并能快速、完整的进行量测。本文将车载三维激光扫描技术引入到桥梁变形监测中,基于全长331.2m的预应力混凝土连续-刚构桥为背景,采用三维激光扫描技术对其温度变形进行探索。在监测环境温差20℃范围内,对其进行多次桥面几何形态数据采集,并对采集的数据进行处理。对基于车载三维激光扫描点云数据的NURBS(Non-Uniform Rational B-Splines)曲面提出了一种新的变形测量方法,得到整个桥面的变形测量结果,再与采用有限元分析软件MIDAS CIVIL建模得到的各温差下理论变形数据进行对比,发现基于NURBS曲面的分析处理方法获得的变形测量值具有良好的精度和可靠性,并能够获取桥梁点-线-面的整体变形监测结果,与单点变形监测相比,弥补了其缺乏线性变形及整体变形特征的不足,有较好的工程应用前景。     

三维激光扫描技术滑坡变形监测研究

在介绍三维激光扫描原理的基础上,运用徕卡公司的Scan Station2三维激光扫描仪进行数据采集,采用Terrascan软件、Cyclone软件进行数据处理,得到某滑坡的变形值,并将其与同期的全站仪、水准仪获取的数据进行比较分析.结果证明,使用三维激光技术监测所得的变形情况与实际情况基本相符,能反映滑坡变形的趋势,对三维激光扫描技术在滑坡变形监测中的应用具有一定的参考作用.     

巷道收敛监测三维动态可视化系统开发

结合传统巷道收敛仪与三维激光探测系统的优势,提出了一种巷道表面收敛变形的三维可视化方法,该方法利用激光扫描获取巷道点云数据,建立巷道三角形壳体模型.采用反距离加权插值算法,计算巷道表面的收敛量.利用收敛量与颜色索引对应的抛物线非线性增强算法,突出了关注范围内大的收敛变形.基于VS2010与HOOPS进行了系统的开发,实现了巷道表面监测收敛量三维云图的动态可视化显示.并在铁蛋山矿进行了实例应用,直观地展示了监测区域巷道收敛变形的危险区域与变形过程,系统满足工程人员对监测数据直观表达和可视化分析的需求.     

基于三维激光扫描技术的高边坡变形监测分析

针对高速公路高边坡容易发生失稳破坏且监测难度大等问题,提出采用三维激光扫描技术对高边坡工程进行非接触式变形监测分析。为解决多期边坡对象的大体量点云数据难以配准问题,设计了一套基于边坡的永久性三棱锥作为控制点,通过各期点云数据中三棱锥特征提取相应控制点,对多期点云数据进行坐标系换算,进而实现多期点云数据的坐标配准,并对配准后的多期点云数据进行分析,运用算法程序处理并提取边坡变形信息。结果表明:利用三维激光扫描技术对高速公路高边坡进行自动化变形监测,能够获取边坡从局部到整体变形信息,提前预知边坡发展状况,对边坡的失稳破坏做出预警。可见,将三维激光扫描技术应用于高边坡的变形监测具有显著地优越性、可行性和应用价值。     

地质力学下的矿山地压控制研究

在对矿岩石及矿石进行力学实验的基础上,对其地压分布规律进行了三维数值模拟分析,找出了该矿区地压分布规律,对该矿区部分矿体回采顺序进行了优化模拟,同时,对东西区结合带地压和巷道变形规律进行监测,监测结果表明采用优化的回采方案后采场应力集中程度降低了,采场地压得到了有效的控制,采区巷道也比较稳定,保证了矿山安全生产.     

地形测量中三维激光扫描技术的应用

随着测绘技术的飞速发展,三维激光扫描等高科技手段不断在施工测量中得到应用。文章介绍了三维激光扫描仪的原理、特点,并以北京市密云县鲁家沟铁矿陡岭子南沟矿区矿山地质环境治理项目为例,介绍了利用三维激光扫描技术进行土方测量的内外业工作流程,阐述了质量控制的关键环节和方法,通过对比,论证了三维激光扫描技术在效率和质量上独特的技术优势。     

深井采场大规模垮塌三维探测及可视化计算

运用空区激光探测系统(CMS)和大型矿床三维软件Surpac等数字化工具,结合冬瓜山铜矿深井采场垮塌区实际,研究一种新颖的大规模采场垮塌区综合信息可视化计算方法。采用CMS对采场垮塌区进行三维探测,获取垮塌区相关信息,并以垮塌区实测数据为基础,运用Surpac构建起垮塌区三维可视化模型,准确获取采场垮塌区三维形态和实际边界;运用采场设计资料建立采场底部结构、回采设计单元及矿堆三维模型,通过模型间的布尔运算,准确计算垮塌区体积、顶板暴露面积及存留矿量等综合信息。研究结果表明:采用该方法可有效地实现大规模采场垮塌区综合信息的可视化计算;计算获得的采场垮塌区信息可靠,为矿山准确掌握垮塌区现状,制定治理及回收垮塌区周围矿体方案提供重要的依据。     

露天矿区植被受损监测与评估研究进展

 加强露天矿区植被受损监测与评估,可为矿区环境恢复和治理提供信息支撑。为总结露天矿区植被受损监测与评估的研究方法,将国内的相关研究分为基于遥感技术提取地表覆盖信息和分析受损植被的光谱特征、提取植被生理生化参数对矿区植被进行监测2 个阶段;将国外的相关研究分为从受损植被的微观、宏观、受损植被的光谱特征和计算植被指数入手进行矿区植被监测3 个阶段。在总结国内外研究方法的基础上,对矿区植被监测研究方面存在的问题、未来研究的工作思路进行了归纳和展望。     

结合SBAS-InSAR与光学遥感的矿区地表塌陷监测

针对矿区地表塌陷过程中难以获取全面的形变信息问题,本文以河南某采煤塌陷区为研究区,首先,基于多源多时相光学遥感影像采用综合归一化差异水体指数提取开采塌陷区积水的空间展布情况;然后,利用SBAS-InSAR技术处理63景2017年3月19日至2021年4月27日Sentinel-1A影像,获取研究区地表形变信息。结果表明：2010-2019年间年均塌陷积水面积新增幅度基本平稳,2019-2021年间年均塌陷积水面积新增幅度减小;研究区最大形变速率为-60.42 mm/a,形变速率小于-15mm/a区域均有煤矿井工开采作业。本文方法有效的提取了开采塌陷区较长时期内地表形变信息和空间展布情况,为矿区地表塌陷监测提供新的思路,形成了一套有效的矿区地表塌陷监测工作方法和流程,提高了遥感技术在矿区地表塌陷宏观、快速、准确监测的目的,为矿区塌陷修复和生态环境治理提供基础数据支撑。     

基于GIS的矿区三维重建

文章探讨了以三维GIS为基础的某多金属矿区的三维重建过程及其实现。三维重建的过程可以概括为二维图形编辑、三维图形编辑和建立属性数据库。三维重建后,可以在三维模型的基础上对矿区进行相应的空间分析,如空间查询、断面分析等。同时提出了实际应用中存在的一些问题,并对该技术的发展前景作出了展望。     

采空区体积三角网模型四面体算法改进及应用

 准确获取采空区体积是矿山实施空区周边资源安全开采的重要基础性依据,也是矿山实施空区处理及其灾变监控的重要基础性工作。针对传统采空区三角网模型四面体算法易出现重叠计算的问题,本文以采空区三维激光探测系统(CMS)获取的原始数据为依据,在自主研发的采空区三维探测建模软件生成的采空区三角网模型的基础上,改进了传统采空区三角网模型四面体算法,提出了以激光探头为中心点连接所有三角网的四面体累积求和算法,实现对采空区体积的精确求解。算法首先确定了四面体求解的中心点,通过中心点与三角网模型中的所有三角片面连接形成四面体,然后运用四面体的有向体积相加实现对采空区体积的求取。实际应用表明,改进后的采空区体积四面体算法具有精度高、适用性好等优点。     

基于SBAS-InSAR和PSO-BP神经网络算法的矿区地表沉降监测及预测

针对传统监测技术无法进行长时间矿区地表沉降监测以及现有预测模型过度依赖沉降数据、模型单一等问题,提出一种基于小基线集合成孔径雷达干涉（Small Baseline Subsets Interferometric Synthetic Aperture Radar,SBAS-InSAR）和粒子群优化-反向传播（Particle Swarm Optimization -Back Propagation,PSO-BP）神经网络算法的矿区地表沉降监测及预测模型. 首先,利用SBAS-InSAR技术获取矿区地表沉降监测值;然后,选取矿区地表沉降的影响因子与获取的沉降监测值从多因子角度构建PSO-BP预测模型;最后,分析该方法的有效性和合理性. 实验结果表明,利用SBAS-InSAR能有效监测矿区地表长时间沉降,随着训练样本的增加,PSO-BP预测值与SBAS-InSAR沉降值残差逐渐减少,算法收敛迭代加快,均方误差降低. 与现有监测方法及预测模型的对比,证明了SBAS-InSAR在矿区地表长时间沉降监测中的优势以及PSO-BP模型在矿区地表沉降预测中的有效性和合理性,该方法可作为矿区地表长时间沉降监测和预测的有效手段.     

深部复合顶板支护技术的实践与研究

研究了了煤矿生产过程中复合顶板对掘进施工的影响,分析了复合顶板的变形特点,并提出了采用锚杆＋锚索＋架棚联合支护对此类顶板条件下的支护对策。     

精准三维激光探测结合可视化建模的采空区稳定性分析

精准地掌握复杂采空区的三维形态及其空间的相对位移,是进一步开展空区稳定性可靠分析的前提。以中核赣州某铀矿区为背景,利用BLSS-PE矿用三维激光扫描和测量系统,对该采空区进行三维探测分析并对三维探测所得数据信息进行数字化处理转换,应用DIMINE建立采空区的三维空间模型,经过数字化处理后实现了与FLAC^3D模型的无缝耦合,从而形成了三维数值运算模式。研究结果表明：818-2#采场在开挖后最大主应力增加且最大值出现在采空区顶底板,最小应力基本保持不变,上下盘虽出现拉应力,但低于围岩抗拉强度;818-2#采场最大水平位移和最大垂直位移均较小,且随着采场的逐步回采,采空区围岩出现塑性区,但面积较小。因此,采空区整体上呈稳定状态。研究结果为矿山地压管理和综合治理提供了有力的依据。     

倾斜煤层采动影响下的挤压变形区移动变形特征分析

以重庆南桐矿区为工程背景,通过三维数值模拟方法,对倾斜煤层在三种不同开采宽度工况下上覆岩层移动挤压变形区特征进行了研究。结果表明:采宽由80 m增加到160 m时,煤层与岩层交接处应力变化较小,挤压变形区地表下沉速度较为缓慢;采宽由160 m增加到240 m时,煤层与岩层交接处应力变化非常显著,挤压变形区地表产生明显下沉;不同的开采工况下,挤压变形区沉陷位移都会出现一个峰值,且位于开采区下山方向,挤压变形区沉陷值受水平应力影响较小,走向和倾向方向的沉陷值以该峰值曲线呈中心对称。