[发明专利]一种基于三维激光扫描技术的干滩监测方法

说明书

本发明提供了一种基于三维激光扫描技术的干滩监测方法，包括监测点和基准点的布置、干滩点云数据获取及转换、生成干滩DEM模型和干滩监测值计算；本发明在监测点上架设好三维激光扫描仪，采用三维激光扫描对干滩表面进行连续、推扫式测量，获取干滩的三维点云数据，解决了单点激光测距测量效率差、采样率低的问题，根据定位模块对三维激光扫描仪本身的精确空间定位，并结合惯性测量模块将获取的三维点云数据的坐标转换至统一的地理坐标系；然后调用基于多重语义特征的点云分割算法对点云数据进行处理，自动生成干滩的水边线和干滩高精度的DEM模型，进而计算出干滩长度、干滩坡度和干滩高程，实现了干滩高精度无人化在线监测，且监测结果更加精确。

技术领域

本发明涉及干滩监测技术领域，特别地，涉及一种基于三维激光扫描技术的干滩监测方法。

背景技术

尾矿坝库水位的上涨自然会导致干滩长度变短，所以干滩监测是尾矿库安全监测最直观、最重要的部分。干滩监测包括干滩长度、干滩坡度、干滩高程；干滩长度指滩顶至尾矿内水边线之间的水平距离；干滩长度直接影响浸润线的高低，干滩长度过短会导致坝体内部处于饱和状态，降低尾矿坝的稳定性，极易造成溃坝事故；正确测量干滩长度可以让矿山企业和安全监测部门在雨季有效的避免溃坝事故的发生。

当前，大部分矿山的尾矿库、排泥库已经建设了在线监测系统，但是由于尾矿库干滩的情况比较复杂，对于干滩的监测还未真正实现在线监测。目前，尾矿库干滩监测的方法主要有：坡度推算法、激光测距测角法、图像识别法。这些方法都存在诸多问题：坡度推算法的成本低，由于干滩常常不是一个坡度稳定的斜面，此方法的精度不高；激光测距测角法精度高，在干滩测量中使用效果却不尽如人意，因为激光在干滩这样的自然表面上反射的激光强度不够，时常接收不到返回的信号，稳定性差；图像识别法包括单目和双目，图像识别法在自然条件较差时，需要人工描绘出水边线，达不到在线监测的要求。因此，业内急需一种基于三维激光扫描技术的干滩监测方法。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于三维激光扫描技术的干滩监测方法，以解决了背景技术中存在的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于三维激光扫描技术的干滩监测方法，步骤包括：

S1、监测点和基准点的布置；在干滩内设置塔杆索道监测点和基准点，塔杆索道监测点沿干滩边坡设置，塔杆索道监测点包括第一塔杆、索道和第二塔杆；第一塔杆和第二塔杆通过索道连接，索道上挂设有三维激光扫描仪；所述三维激光扫描仪包括三维激光扫描元器件和搭载在三维扫描元器件上的定位模块和惯性测量单元；第一塔杆和第二塔杆沿干滩边坡设置，且第一塔杆位于所述干滩滩顶处；基准点对应地设置在从干滩滩顶向库区水位方向按照国家标准规定的距离位置上，且基准点上设有靶杆；三维激光扫描仪架设完成后，进行三维激光扫描仪的数据和位置初始化，三维激光扫描仪与后台服务器和后台处理计算机无线通信连接。

S2、干滩点云数据获取及转换；三维激光扫描仪在索道上滑动，实现对干滩地形连续扫描，获取干滩地形的点云数据，并依据三维激光扫描仪上搭载的定位模块测量的自身空间定位数据和惯性测量模块的测量数据，将获取的点云数据转换至同一地理坐标系下的地理坐标。

S3、生成干滩DEM模型；根据获得的同一地理坐标系下的点云数据，通过计算机调用基于多重语义特征的点云分割，提取出干滩水边线和生成干滩DEM模型。

S4、干滩监测值计算；利用得到的干滩DEM模型，计算出干滩监测值；

S4.1、干滩高程计算；使用干滩DEM，沿着Y方向对干滩DEM切一条剖线，获取该剖线上的一系列点云，且在这个点云集合中，以Z值最小的点的高程作为滩顶高程；H_滩顶高程＝Min{Zi；1≤i≤n}；