基于三維激光掃描技術(shù)對(duì)水土保持狀況的監(jiān)測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及地質(zhì)監(jiān)測(cè)技術(shù)，其公開(kāi)了一種基于三維激光掃描技術(shù)對(duì)水土保持狀況的監(jiān)測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)高效、準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)水土保持狀況。其包括以下步驟：a.采用三維激光掃描儀作為數(shù)據(jù)采集工具，對(duì)待監(jiān)測(cè)目標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，獲取三維激光掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)圖；b.對(duì)獲取的三維激光掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；c.基于預(yù)處理后的三維激光掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)建立待監(jiān)測(cè)目標(biāo)的三維數(shù)據(jù)模型；d.通過(guò)對(duì)三維數(shù)據(jù)模型的分析計(jì)算獲得監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。本發(fā)明適用于對(duì)水土保持狀況的高效、準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)。
【專利說(shuō)明】基于三維激光掃描技術(shù)對(duì)水土保持狀況的監(jiān)測(cè)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及地質(zhì)監(jiān)測(cè)技術(shù)，具體的說(shuō)，是涉及一種基于三維激光掃描技術(shù)對(duì)水土保持狀況的監(jiān)測(cè)方法，通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)目標(biāo)的三維數(shù)據(jù)采集及模型重構(gòu)，獲取定量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，用來(lái)評(píng)價(jià)監(jiān)測(cè)目標(biāo)的水土流失狀況和水土保持措施實(shí)施情況。

【背景技術(shù)】
[0002]水土保持監(jiān)測(cè)是指對(duì)水土流失發(fā)生、發(fā)展、危害及水土保持效益進(jìn)行長(zhǎng)期的調(diào)查、觀測(cè)和分析工作。通過(guò)水土保持監(jiān)測(cè)，摸清水土流失類型、強(qiáng)度與分布特征、危害及其影響情況、發(fā)生發(fā)展規(guī)律、動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)，對(duì)水土流失綜合治理和生態(tài)環(huán)境建設(shè)宏觀決策以及科學(xué)、合理、系統(tǒng)地布設(shè)水土保持各項(xiàng)措施具有重要意義。
[0003]開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)測(cè)是近幾年在我國(guó)逐漸新興開(kāi)展起來(lái)的項(xiàng)目，這項(xiàng)工作處于起步發(fā)展階段。近幾年，相關(guān)研究者和水土保持監(jiān)測(cè)工作人員從開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目人為水土流失機(jī)制與特點(diǎn)、建設(shè)項(xiàng)目水土流失監(jiān)測(cè)實(shí)踐等方面，對(duì)建設(shè)項(xiàng)目人為水土流失的監(jiān)測(cè)技術(shù)與方法進(jìn)行了研究與實(shí)踐，取得了一定的進(jìn)展，但尚未形成規(guī)范化的技術(shù)體系?，F(xiàn)行的《水土保持監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)程》中提出的小區(qū)觀測(cè)、控制站觀測(cè)、簡(jiǎn)易坡面量測(cè)法、調(diào)查監(jiān)測(cè)法、遙感監(jiān)測(cè)法等幾種監(jiān)測(cè)方法比較落后，工作效率低，已不能滿足快速監(jiān)測(cè)的需要，更不能適應(yīng)水土保持監(jiān)測(cè)自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)。
[0004]三維激光掃描技術(shù)是一種全自動(dòng)高精度立體掃描技術(shù)。它可直接從實(shí)物中進(jìn)行快速的逆向三維數(shù)據(jù)采集及模型重構(gòu)，從而完整地、高精度地重建掃描實(shí)物及快速獲得原始測(cè)繪數(shù)據(jù)。具有采樣速率快、精度和分辨率高、無(wú)接觸測(cè)量等優(yōu)勢(shì)。由此，我們相信三維激光掃描技術(shù)在水土保持監(jiān)測(cè)中擁有較好的應(yīng)用前景，不僅可以為建設(shè)項(xiàng)目水土保持措施效果、水土流失動(dòng)態(tài)狀況展示等提供直觀準(zhǔn)確的信息，而且可根據(jù)建立的模型計(jì)算獲取擾動(dòng)面積、植被覆蓋面積變化、棄渣場(chǎng)、料場(chǎng)的土石方變化等信息從而為環(huán)境影響評(píng)價(jià)、水土保持設(shè)計(jì)、景觀生態(tài)設(shè)計(jì)等提供較為詳實(shí)的資料。
[0005]因此，本發(fā)明有必要提出一種基于三維激光掃描技術(shù)對(duì)水土保持狀況的監(jiān)測(cè)方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是:提出一種基于三維激光掃描技術(shù)對(duì)水土保持狀況的監(jiān)測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)高效、準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)水土保持狀況。
[0007]本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:
[0008]基于三維激光掃描技術(shù)對(duì)水土保持狀況的監(jiān)測(cè)方法，其包括以下步驟:
[0009]a.采用三維激光掃描儀作為數(shù)據(jù)采集工具，對(duì)待監(jiān)測(cè)目標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，獲取三維激光掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)圖；
[0010]b.對(duì)獲取的三維激光掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；
[0011]c.基于預(yù)處理后的三維激光掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)建立待監(jiān)測(cè)目標(biāo)的三維數(shù)據(jù)模型；
[0012]d.通過(guò)對(duì)三維數(shù)據(jù)模型的分析計(jì)算獲得監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。
[0013]具體的，步驟a中，將待監(jiān)測(cè)目標(biāo)劃分為多個(gè)區(qū)域，采用與劃分區(qū)域相應(yīng)個(gè)數(shù)的三維激光掃描儀在不同位置、不同角度對(duì)待監(jiān)測(cè)目標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。
[0014]具體的，步驟b中，所述對(duì)獲取的三維激光掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括:
[0015]利用PolyWorks軟件對(duì)各個(gè)三維激光掃描儀獲取的三維激光掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)圖進(jìn)行自動(dòng)拼接，同時(shí)利用全站儀引入絕對(duì)坐標(biāo)并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，通過(guò)比現(xiàn)場(chǎng)照片，去除待監(jiān)測(cè)目標(biāo)區(qū)域外的點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)植被、揚(yáng)塵反射這些噪點(diǎn)，獲取待監(jiān)測(cè)目標(biāo)完整的三維數(shù)據(jù)，最后導(dǎo)出建模軟件需要的格式文件。
[0016]具體的，步驟c中，采用逆向三維建模軟件建立待監(jiān)測(cè)目標(biāo)的三維數(shù)據(jù)模型，所述逆向三維建模軟件為Polyworks或Surfer或ArcGIS。
[0017]具體的，步驟d中，所述通過(guò)對(duì)三維數(shù)據(jù)模型的分析計(jì)算獲得監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，包括:
[0018]通過(guò)對(duì)不同時(shí)期同一監(jiān)測(cè)目標(biāo)的三維模型的分析比對(duì)或?qū)ν粫r(shí)期不同監(jiān)測(cè)目標(biāo)三維模型的分析比對(duì)，以計(jì)算監(jiān)測(cè)目標(biāo)的狀態(tài)變化情況。
[0019]本發(fā)明的有益效果是:三維激光掃描儀具有采樣速率快、精度和分辨率高、無(wú)接觸測(cè)量等優(yōu)勢(shì)，利用其作為數(shù)據(jù)采集工具在水土保持監(jiān)測(cè)中具有明顯的優(yōu)勢(shì)，在線性工程的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及調(diào)查過(guò)程中，能夠提高監(jiān)測(cè)效率、節(jié)約成本，在點(diǎn)型工程以及棄渣場(chǎng)等重點(diǎn)監(jiān)測(cè)部位能夠提供較為準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及調(diào)查成果；通過(guò)模型計(jì)算得出的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，在精度方面較常規(guī)監(jiān)測(cè)方法已經(jīng)取得了較大的提高；總體來(lái)說(shuō)，三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)運(yùn)可以填補(bǔ)水土保持監(jiān)測(cè)工作中對(duì)定量監(jiān)測(cè)內(nèi)容無(wú)常規(guī)監(jiān)測(cè)方法和手段的技術(shù)空白，并大幅度提高了外業(yè)監(jiān)測(cè)工作的自動(dòng)化程度。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為本發(fā)明中的監(jiān)測(cè)方法流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021]本發(fā)明旨在提出一種基于三維激光掃描技術(shù)對(duì)水土保持狀況的監(jiān)測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)高效、準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)水土保持狀況。
[0022]如圖1所示，本發(fā)明中的基于三維激光掃描技術(shù)對(duì)水土保持狀況的監(jiān)測(cè)方法包括以下實(shí)現(xiàn)步驟:
[0023]a.采用三維激光掃描儀作為數(shù)據(jù)采集工具，對(duì)待監(jiān)測(cè)目標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，獲取三維激光掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)圖；
[0024]b.對(duì)獲取的三維激光掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；
[0025]c.基于預(yù)處理后的三維激光掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)建立待監(jiān)測(cè)目標(biāo)的三維數(shù)據(jù)模型；
[0026]d.通過(guò)對(duì)三維數(shù)據(jù)模型的分析計(jì)算獲得監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。
[0027]下面以一個(gè)具體的實(shí)例對(duì)本發(fā)明的方案作更進(jìn)一步的描述:
[0028]以對(duì)某個(gè)坡體監(jiān)測(cè)為例，由于坡體范圍過(guò)大，為了提高監(jiān)測(cè)的完整性和精度，需要將該坡體劃分為三個(gè)區(qū)域，并采用三個(gè)地面三維激光掃描儀對(duì)應(yīng)這三個(gè)區(qū)域分別進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過(guò)調(diào)試監(jiān)測(cè)角度，保證此三個(gè)掃描儀能夠監(jiān)測(cè)的范圍能夠完全覆蓋坡體；
[0029]對(duì)于三維激光掃描儀可以選擇加拿大Optech公司的ILRIS 36D地面激光掃描儀，該設(shè)備可以自動(dòng)、連續(xù)、快速的采集數(shù)據(jù)，掃描距離為3m至1500m，數(shù)據(jù)采樣率為2000點(diǎn)/秒，模型化后精度可達(dá)3_。
[0030]三個(gè)掃描儀分別對(duì)各自的監(jiān)測(cè)區(qū)域進(jìn)行掃描采點(diǎn)，得到3幅點(diǎn)云數(shù)據(jù)圖，利用Polyfforks軟件進(jìn)行各幅數(shù)據(jù)的拼接，同時(shí)對(duì)比現(xiàn)場(chǎng)照片，人工去除目標(biāo)邊坡區(qū)域外的點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)植被、揚(yáng)塵反射等噪點(diǎn)，獲取坡體的完整的三維數(shù)據(jù)，最后導(dǎo)出建模軟件需要的格式文件。
[0031]在進(jìn)行上述三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理后,可以選擇Polyworks、Surfer、ArcGIS等不同軟件建立模型，對(duì)比各軟件生成模型的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇適宜的建模軟件進(jìn)行三維建模；
[0032]最后，通過(guò)對(duì)不同時(shí)期同一監(jiān)測(cè)目標(biāo)的三維模型的分析比對(duì)或?qū)ν粫r(shí)期不同監(jiān)測(cè)目標(biāo)三維模型的分析比對(duì)，以計(jì)算監(jiān)測(cè)目標(biāo)的狀態(tài)變化情況，如:獲取擾動(dòng)面積、植被覆蓋面積變化等息。
【權(quán)利要求】
1.基于三維激光掃描技術(shù)對(duì)水土保持狀況的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟: a.采用三維激光掃描儀作為數(shù)據(jù)采集工具，對(duì)待監(jiān)測(cè)目標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，獲取三維激光掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)圖； b.對(duì)獲取的三維激光掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理； c.基于預(yù)處理后的三維激光掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)建立待監(jiān)測(cè)目標(biāo)的三維數(shù)據(jù)模型； d.通過(guò)對(duì)三維數(shù)據(jù)模型的分析計(jì)算獲得監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求1所述的基于三維激光掃描技術(shù)對(duì)水土保持狀況的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，步驟a中，將待監(jiān)測(cè)目標(biāo)劃分為多個(gè)區(qū)域，采用與劃分區(qū)域相應(yīng)個(gè)數(shù)的三維激光掃描儀在不同位置、不同角度對(duì)待監(jiān)測(cè)目標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。
3.如權(quán)利要求2所述的基于三維激光掃描技術(shù)對(duì)水土保持狀況的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，步驟b中，所述對(duì)獲取的三維激光掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括: 利用PolyWorks軟件對(duì)各個(gè)三維激光掃描儀獲取的三維激光掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)圖進(jìn)行自動(dòng)拼接，同時(shí)利用全站儀引入絕對(duì)坐標(biāo)并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，通過(guò)比現(xiàn)場(chǎng)照片，去除待監(jiān)測(cè)目標(biāo)區(qū)域外的點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)植被、揚(yáng)塵反射這些噪點(diǎn)，獲取待監(jiān)測(cè)目標(biāo)完整的三維數(shù)據(jù)，最后導(dǎo)出建模軟件需要的格式文件。
4.如權(quán)利要求1所述的基于三維激光掃描技術(shù)對(duì)水土保持狀況的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，步驟c中，采用逆向三維建模軟件建立待監(jiān)測(cè)目標(biāo)的三維數(shù)據(jù)模型，所述逆向三維建模軟件為 Polyworks 或 Surfer 或 ArcGIS。
5.如權(quán)利要求1所述的基于三維激光掃描技術(shù)對(duì)水土保持狀況的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，步驟d中，所述通過(guò)對(duì)三維數(shù)據(jù)模型的分析計(jì)算獲得監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，包括: 通過(guò)對(duì)不同時(shí)期同一監(jiān)測(cè)目標(biāo)的三維模型的分析比對(duì)或?qū)ν粫r(shí)期不同監(jiān)測(cè)目標(biāo)三維模型的分析比對(duì)，以計(jì)算監(jiān)測(cè)目標(biāo)的狀態(tài)變化情況。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK104181548SQ201410440699
【公開(kāi)日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年9月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月1日
【發(fā)明者】詹曉敏, 孫大東, 魏凡, 秦甦, 戴松晨 申請(qǐng)人:中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司