岩土力学 ›› 2020, Vol. 41 ›› Issue (11): 3748-3756.doi: 10.16285/j.rsm.2020.0207

• 岩土工程研究 • 上一篇    下一篇

基于点云密度特征的滑坡位移监测方法

刘卫南,谢谟文   

  1. 北京科技大学 土木与资源工程学院,北京 100083
  • 收稿日期:2020-03-01 修回日期:2020-04-13 出版日期:2020-11-11 发布日期:2020-12-25
  • 通讯作者: 谢谟文,男,1965年生,博士,教授,博士生导师,主要从事岩土工程防灾减灾方面研究。E-mail: mowenxie@126.com E-mail: s20160033@ustb.cn
  • 作者简介:刘卫南,男,1993年生,博士研究生,主要从事地质灾害防灾减灾方法研究
  • 基金资助:
    家自然科学基金资助项目(No. 41572274)

Landslide monitoring based on point cloud density characteristics

LIU Wei-nan, XIE Mo-wen   

  1. School of Civil and Resource Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China
  • Received:2020-03-01 Revised:2020-04-13 Online:2020-11-11 Published:2020-12-25
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (41572274).

摘要: 激光扫描仪对同一目标两次采集的点并不重合,无法通过点云的直接比较快速确定滑坡位移。考虑到单个点云位置的不确定性和区域点云密度的稳定性,将点云的密度作为滑坡表面变形的表征,提出了基于点云密度特征的滑坡位移监测方法。将离散的三维点云转化为二维的密度图像,再利用粒子图像测速技术分析位移前后两幅点云密度图像的相关性,从而计算栅格图像中各子集的相对位移值;当各子集的位移全部计算完成后,得到目标区域的平面位移场。室内块体移动试验表明该方法的计算精度受变形梯度的影响,在地表变化剧烈处会产生一定程度的误差,且子集相关性系数无法达到1。在黄藏寺滑坡的位移监测中,利用本方法识别出了边坡的变动区域,计算出了滑坡的平面位移场,直观地反映了滑坡表面变形状况,验证了该方法的实用性。

关键词: 三维激光扫描, 粒子图像测速, 滑坡监测, 点云比较

Abstract: It has been realized that the points collected twice by the laser scanner for the same target do not coincide, and the landslide displacement cannot be quickly determined by direct comparison of the point cloud. Because the position of a single point cloud is uncertain and the density of regional point clouds is stable, the density of the point cloud can be used as the characterization of the deformation of the landslide surface. The article proposes a landslide displacement monitoring method based on point cloud density characteristics. First, the discrete three-dimensional point cloud is converted into a two-dimensional density image. Then, the particle image velocimetry technique is used to analyze the correlation between the two point cloud density images before and after displacement, thereby to calculate the relative displacement value of each subset in the raster image. When the entire displacements of each subset are calculated, the plane displacement field of the target area is obtained. The indoor block movement test shows that the calculation accuracy of this method is affected by the deformation gradient, which will produce a certain degree of error at the place where the ground surface changes drastically, and the subset correlation coefficient cannot reach 1.0. In the displacement monitoring of the Huangzangsi landslide, the method was used to identify the changing area of the slope, and the plane displacement field of the landslide was calculated. The calculation results intuitively reflect the deformation of the landslide surface, which verifies the practicability of the proposed method.

Key words: 3D laser scanning technology, particle image velocity measurement, landslide monitoring, point cloud comparison

中图分类号: 

  • P 642
[1] 毕宗琦, 宫全美, 周顺华, 程茜, . 循环荷载下竖向土拱演化规律试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(3): 886-894.
[2] 高俊丽, 徐宏飞, 曹威, 袁川. 加肋土工膜与砂土拉拔试验及界面细观分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(12): 4668-4674.
[3] 许 度,冯夏庭,李邵军,吴世勇,邱士利,周扬一,高要辉,. 基于三维激光扫描的锦屏地下实验室岩体变形破坏特征关键信息提取技术研究[J]. , 2017, 38(S1): 488-495.
[4] 陈龙龙,陈从新,夏柏如,夏开宗,付 华,邓洋洋,宋许根,孙朝燚,. 程潮铁矿东区地面塌陷机制及扩展机制初探[J]. , 2017, 38(8): 2322-2334.
[5] 王昌硕,王亮清,葛云峰,梁 烨,孙自豪,董曼曼,张 楠. 基于统计参数的二维节理粗糙度系数非线性确定方法[J]. , 2017, 38(2): 565-573.
[6] 孔纲强 ,曹兆虎 ,周 航 ,邓宗伟 ,郭尤林,. 极限荷载下纵向截面异形桩破坏形式对比模型试验研究[J]. , 2015, 36(5): 1333-1338.
[7] 曹兆虎 ,孔纲强 ,周 航 ,耿之周,. 基于透明土的静压楔形桩沉桩效应模型试验研究[J]. , 2015, 36(5): 1363-1367.
[8] 齐昌广 ,范高飞 ,崔允亮 ,张 强,. 利用人工合成透明土的岩土物理模拟试验[J]. , 2015, 36(11): 3157-3163.
[9] 陶志刚 ,李海鹏 ,孙光林 ,尹利洁 ,张秀莲,. 基于恒阻大变形锚索的滑坡监测预警系统研发及应用[J]. , 2015, 36(10): 3032-3040.
[10] 马俊伟,唐辉明,胡新丽,雍 睿,夏 浩,宋友建. 三维激光扫描技术在滑坡物理模型试验中的应用[J]. , 2014, 35(5): 1495-1505.
[11] 马俊伟,胡新丽,唐辉明,雍 睿,夏 浩. 基于计算机辅助检测技术的滑坡模型试验坡面位移场测量[J]. , 2013, 34(S2): 477-485.
[12] 雍 睿,胡新丽,唐辉明,李长冬,马俊伟,宋友建. 推移式滑坡演化过程模型试验与数值模拟研究[J]. , 2013, 34(10): 3018-3027.
[13] 刘明亮,朱珍德,刘金元. 锚板抗拉破坏机制试验研究[J]. , 2011, 32(3): 697-702.
[14] 徐进军,王海城,罗喻真,王尚庆,严学清1. 基于三维激光扫描的滑坡变形监测与数据处理[J]. , 2010, 31(7): 2188-2191.
[15] 王桂杰,谢谟文,邱 骋,江崎哲郎. D-INSAR技术在大范围滑坡监测中的应用[J]. , 2010, 31(4): 1337-1344.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 姚仰平,侯 伟. 土的基本力学特性及其弹塑性描述[J]. , 2009, 30(10): 2881 -2902 .
[2] 张力霆,齐清兰,魏静,霍倩,周国斌. 淤填黏土固结过程中孔隙比的变化规律[J]. , 2009, 30(10): 2935 -2939 .
[3] 张其一. 复合加载模式下地基失效机制研究[J]. , 2009, 30(10): 2940 -2944 .
[4] 张明义,刘俊伟,于秀霞. 饱和软黏土地基静压管桩承载力时间效应试验研究[J]. , 2009, 30(10): 3005 -3008 .
[5] 黄平路,陈从新,肖国峰,林 健. 复杂地质条件下矿山地下开采地表变形规律的研究[J]. , 2009, 30(10): 3020 -3024 .
[6] 吴 亮,钟冬望,卢文波. 空气间隔装药爆炸冲击荷载作用下混凝土损伤分析[J]. , 2009, 30(10): 3109 -3114 .
[7] 周晓杰,介玉新,李广信1. 基于渗流和管流耦合的管涌数值模拟[J]. , 2009, 30(10): 3154 -3158 .
[8] 吴昌瑜,张 伟,李思慎,朱国胜. 减压井机械淤堵机制与防治方法试验研究[J]. , 2009, 30(10): 3181 -3187 .
[9] 崔皓东,朱岳明. 二滩高拱坝坝基渗流场的反演分析[J]. , 2009, 30(10): 3194 -3199 .
[10] 贾宇峰,迟世春,林 皋. 考虑颗粒破碎影响的粗粒土本构模型[J]. , 2009, 30(11): 3261 -3266 .