[发明专利]一种基于点云数据的土石坝填筑实时坝面变形监测方法

权利要求书

1.一种基于点云数据的土石坝填筑实时坝面变形监测方法，其特征在于包括以下步骤：

S1.使用多套三维激光扫描仪在不同控制点采集土石坝坝面点云数据；相邻区域的三维激光扫描仪之间设置30％区域面积的重叠扫描区域；

S101：选择控制点，在所选观测点位置修建用于架设三维激光扫描仪器的控制桩，以控制桩中心点坐标作为观测点坐标；

控制点设置应大于4个，至少在土石坝上下游坝面、左右坝肩设置控制点；要求：(1)符合重叠扫描30％区域的要求；(2)遮挡区域、入射盲区最小化；(3)控制点位于易发生变形或易受工程震动、扰动区域；

S102：建立观测网，在步骤S101中所建立控制桩上架设载波相位差分技术(RTK)测量仪，以2个观测控制点作为基准点，在同一坐标系中进行求差解算，依次标定其他观测控制点坐标，建立观测点坐标网络；

S103：扫描数据，在坝体填筑区以外稳定区域设置粘贴至少3个靶标作为基准点，将同期不同站点的扫描数据保存到一个文件中；

S2.使用点云数据分析程序对所获取的数据进行解算和拼接；

S201：导入数据，包括：(1)导入步骤S1中扫描获取的同一期三维激光点云数据到三维激光处理软件中；(2)导入步骤S102标定的观测点坐标到三维激光处理软件；利用三维激光软件完成扫描仪内部坐标到大坝观测点坐标的注册；

S202：处理数据，删除点云数据中无关点，对获取的数据进行多站点平差配准处理：利用步骤S103中的至少3基准点进行初次拼接，初次拼接完成后利用步骤S101中重叠公共区域进行精确拼接，公共区域同名点间距平方和最小的ICP法，不断迭代，寻求最佳变换矩阵，通过调整“搜索距离”参数逐步提高对齐精度；

获取有公共区域的两站点云分别为公共区域点云集M；x_i和y_i表示点云坐标，N_x和N_y表示点云数量；Rⁿ，Tⁿ为两站点云数据集间的第n次旋转矩阵和平移矩阵；其算法流程如下：

(1)根据公共区域点云集使得Y中M区域经过第n次旋转举证和平移矩阵Rⁿ，Tⁿ迭代计算后与对应的X中同名点距离最短；解算平移旋转矩阵即取最小值得解；

(2)Xⁿ⁺¹＝RⁿXⁿ+Tⁿ；迭代结束信号为当ω(Rⁿ，Tⁿ)-ω(Rⁿ⁺¹，Tⁿ⁺¹)≤σ；

S203：导出数据，将步骤S202中经过预处理、初拼和精拼后的数据导出；提取出表征坝面特征的点云数据，数据坐标基于步骤S202建立的观测网坐标系；

S3.对比分析不同时期的点云数据分析获取坝面变形信息，包括：

S301：建立模型；基于三角网曲面建模方法分别对步骤S2获得的点云数据进行网格化，得到高分辨率的坝体数字高程模型；

S302：坝面数据模型对比；选出待比较的两期坝面数字高程模型，以前期模型为参考，后期模型作为样本，对参考模型与样本模型中的同名点进行位移计算分析，得到坝面变形实时信息。

2.根据权利要求1所述的基于点云数据的土石坝填筑实时坝面变形监测方法，其特征在于：所述步骤S3对比分析不同时期的点云数据分析获取坝面变形信息是将步骤S102所测不同时期的点云数据采用控制点坐标不变，即不同时期获取的数据处于同一坐标系下，通过直接比较两期或多期数据获取坝面变形信息。