一種基于地面激光雷達(dá)技術(shù)的危巖落石調(diào)查方法
【專(zhuān)利摘要】一種基于地面激光雷達(dá)技術(shù)的危巖落石調(diào)查方法，包括如下步驟：確定工點(diǎn)；在工點(diǎn)布設(shè)反射靶標(biāo)，獲取危巖落石所在位置的激光點(diǎn)云，獲取反射靶標(biāo)中心處的局部坐標(biāo)；全景影像中的顏色賦予激光點(diǎn)云得到彩色激光點(diǎn)云；利用變換關(guān)系將局部坐標(biāo)系下的彩色激光點(diǎn)云轉(zhuǎn)換到測(cè)區(qū)坐標(biāo)系；彩色激光點(diǎn)云分類(lèi)；危巖落石的識(shí)別和信息提??；提取危巖落石的橫斷面并將危巖落石信息標(biāo)注在橫斷面線上。本發(fā)明通過(guò)地面激光雷達(dá)這一先進(jìn)的測(cè)繪新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)危巖落石信息的準(zhǔn)確提取，是一種基于地面激光雷達(dá)技術(shù)的山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害勘察新方法。通過(guò)煤運(yùn)通道(三門(mén)峽至荊門(mén)段)和新疆巴倫臺(tái)至伊爾根鐵路工程的實(shí)際應(yīng)用，證明本發(fā)明方法行之有效。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種基于地面激光雷達(dá)技術(shù)的危巖落石調(diào)查方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種危巖落石調(diào)查方法，具體涉及一種基于地面激光雷達(dá)技術(shù)的危巖落石調(diào)查與信息提取方法。
【背景技術(shù)】
[0002]危巖落石是山區(qū)常見(jiàn)的地質(zhì)災(zāi)害，在重力及其它外力作用下危巖落石可能突然從陡峻山坡上分離，并以滑移、彈跳、滾動(dòng)或其它的某種組合方式順坡向下劇烈運(yùn)動(dòng)。當(dāng)其發(fā)生在鐵路、公路附近時(shí)，常會(huì)帶來(lái)交通中斷和人身傷亡等重大危害。因此，對(duì)于新建的山區(qū)鐵路、公路工程，必須進(jìn)行危巖落石調(diào)查，并針對(duì)危巖落石建立相應(yīng)的處置方案；對(duì)于既有的山區(qū)鐵路和公路，也要定期進(jìn)行危巖落石調(diào)查，排查風(fēng)險(xiǎn)。
[0003]目前危巖落石調(diào)查主要以人工現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查為主，輔以航、衛(wèi)片解譯。由于危巖落石多分布于地勢(shì)陡峻地段，地形地貌十分復(fù)雜，交通條件、工作條件極度惡劣，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查工作費(fèi)時(shí)費(fèi)力，開(kāi)展困難，且精度不高，有時(shí)甚至要冒著極大的生命危險(xiǎn)，導(dǎo)致危巖落石根本無(wú)法全面調(diào)查清楚。
[0004]地面三維激光掃描技術(shù)是近年來(lái)出現(xiàn)的新技術(shù)。該技術(shù)通過(guò)高速激光掃描測(cè)量的方法，大面積、高精度地快速獲取被測(cè)對(duì)象表面的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，為快速建立物體的三維信息提供了一種全新的技術(shù)手段，非常適合危巖落石調(diào)查。為此，將地面三維激光掃描技術(shù)引入到危巖落石調(diào)查領(lǐng)域，建立針對(duì)危巖落石調(diào)查的數(shù)據(jù)采集和處理的工藝流程、技術(shù)指標(biāo)與參數(shù)，代替人工調(diào)查方法，具有顯著的技術(shù)和社會(huì)效益。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0005]本發(fā)明提供了一種能準(zhǔn)確確定危巖落石的分布范圍、規(guī)模大小、空間形態(tài)和位置，實(shí)現(xiàn)危巖落石的識(shí)別、信息提取的基于地面激光雷達(dá)技術(shù)的危巖落石調(diào)查方法，使其能代替人工調(diào)查，極大的降低了野外工作量，大大縮短了調(diào)查周期。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種基于地面激光雷達(dá)技術(shù)的危巖落石調(diào)查方法，方法包括如下步驟:(I)利用現(xiàn)有工程勘察資料確定危巖落石的分布區(qū)域作為工點(diǎn)；(2)數(shù)據(jù)采集:在工點(diǎn)布設(shè)反射靶標(biāo)，用地面激光掃描儀對(duì)工點(diǎn)進(jìn)行粗掃，用數(shù)碼成像設(shè)備獲取工點(diǎn)的全景影像；通過(guò)粗掃結(jié)果獲取危巖落石和反射靶標(biāo)的位置，對(duì)危巖落石所在位置進(jìn)行精掃獲取危巖落石所在位置的激光點(diǎn)云，對(duì)反射靶標(biāo)所在位置進(jìn)行精掃獲取反射靶標(biāo)中心處的局部坐標(biāo)；(3)激光點(diǎn)云賦色:選取至少三對(duì)激光點(diǎn)云與全景影像的同名點(diǎn)，通過(guò)同名點(diǎn)對(duì)激光點(diǎn)云與全景影像進(jìn)行配準(zhǔn)，并將全景影像中的顏色賦予激光點(diǎn)云得到彩色激光點(diǎn)云；(4)激光點(diǎn)云坐標(biāo)變換:測(cè)得反射靶標(biāo)的測(cè)區(qū)坐標(biāo)，通過(guò)反射靶標(biāo)的局部坐標(biāo)和測(cè)區(qū)坐標(biāo)，計(jì)算出局部坐標(biāo)和測(cè)區(qū)坐標(biāo)的變換關(guān)系，利用變換關(guān)系將局部坐標(biāo)系下的彩色激光點(diǎn)云轉(zhuǎn)換到測(cè)區(qū)坐標(biāo)系下；(5)彩色激光點(diǎn)云分類(lèi):將測(cè)區(qū)坐標(biāo)系之下的彩色激光點(diǎn)云分為初始點(diǎn)類(lèi)、地面點(diǎn)類(lèi)、植被類(lèi)、人工構(gòu)造物類(lèi)和其他類(lèi)五個(gè)類(lèi)別；(6)危巖落石的識(shí)別和信息提取:基于分類(lèi)后的彩色激光點(diǎn)云識(shí)別出危巖落石，基于地面點(diǎn)類(lèi)的彩色激光點(diǎn)云提取危巖落石信息；(7)提取危巖落石處理設(shè)計(jì)橫斷面線:利用地面點(diǎn)類(lèi)的彩色激光點(diǎn)云提取危巖落石處置設(shè)計(jì)所需的橫斷面，并將危巖落石信息標(biāo)注在橫斷面線上。
[0007]較佳地，步驟(2)中是以單掃描站方式掃描工點(diǎn)，掃描站是地面激光掃描儀的架設(shè)地點(diǎn)，地面激光掃描儀架設(shè)在能夠掃描整個(gè)工點(diǎn)的位置。
[0008]較佳地，步驟(2)中是以多掃描站方式掃描工點(diǎn)，掃描站是地面激光掃描儀的架設(shè)地點(diǎn)，架設(shè)多個(gè)地面激光掃描儀使掃描的結(jié)果能覆蓋整個(gè)工點(diǎn)區(qū)域。
[0009]較佳地，步驟(2)中:在地面激光掃描儀的掃描范圍之內(nèi)布設(shè)至少三個(gè)反射靶標(biāo)，各個(gè)反射靶標(biāo)呈環(huán)形均勻布設(shè)，各個(gè)反射靶標(biāo)與地面激光掃描儀之間的距離不同，且設(shè)置于不同的高度。
[0010]較佳地，步驟(2)中:利用數(shù)碼成像設(shè)備對(duì)工點(diǎn)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)拍攝，將旋轉(zhuǎn)拍攝所獲得的影像進(jìn)行拼接得到工點(diǎn)的全景影像。
[0011]較佳地，步驟(3)中:對(duì)全景影像和激光點(diǎn)云進(jìn)行配準(zhǔn)是指通過(guò)同名點(diǎn)計(jì)算全景影像與激光點(diǎn)5坐標(biāo)變換的對(duì)應(yīng)關(guān)系；
[0012]較佳地，步驟(4)中反射靶標(biāo)的測(cè)區(qū)坐標(biāo)是利用無(wú)合作目標(biāo)全站儀測(cè)得的；局部坐標(biāo)和測(cè)區(qū)坐標(biāo)的變換關(guān)系是通過(guò)七參數(shù)方法計(jì)算獲得的。
[0013]較佳地，步驟(6)的具體步驟為:(61)依據(jù)分類(lèi)后的彩色激光點(diǎn)云建立遙感解譯標(biāo)志，遙感解譯標(biāo)志包括危巖落石、節(jié)理裂隙構(gòu)造、地層巖性；(62)依據(jù)彩色激光點(diǎn)云以人機(jī)交互的方式進(jìn)行遙感識(shí)別，分別識(shí)別出危巖和落石，以及危巖和落石的空間位置、體積；(6 3)依據(jù)地面點(diǎn)類(lèi)的彩色激光點(diǎn)云提取所識(shí)別出的危巖落石的信息,信息包括地層巖性、節(jié)理裂隙發(fā)育程度、裂隙類(lèi)型、延伸長(zhǎng)度、邊界和尺寸，并將所提取的危巖落石信息展繪到地形圖上。
[0014]較佳地，步驟(7)的具體步驟為:(71)給定要切取的橫斷面的中樁坐標(biāo)及斷面線上除中樁外任意一點(diǎn)坐標(biāo)，獲取橫斷面的文本文件:文本文件中每個(gè)橫斷面占據(jù)一行，每行第一列為中樁點(diǎn)的里程樁號(hào)，第二列為中樁點(diǎn)的東坐標(biāo)，第三列為中樁點(diǎn)的北坐標(biāo)，第四列為確定斷面方向偏移點(diǎn)的東坐標(biāo)，第五列為確定斷面方向偏移點(diǎn)的北坐標(biāo)；(72)依據(jù)橫斷面的文本文件，基于地面點(diǎn)類(lèi)的彩色激光點(diǎn)云生成橫斷面，得到橫斷面的圖形文件；(73)將步驟(6)提取的危巖落石信息標(biāo)注橫斷面圖形文件的橫斷面線上。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的方法通過(guò)在工點(diǎn)布設(shè)反射靶標(biāo)，將所述反射靶標(biāo)的兩套包括局部坐標(biāo)和測(cè)區(qū)坐標(biāo)聯(lián)系起來(lái)計(jì)算出測(cè)區(qū)坐標(biāo)和局部坐標(biāo)的變換關(guān)系，從而將測(cè)得的局部坐標(biāo)系下的危巖落石區(qū)域的激光點(diǎn)云轉(zhuǎn)換到測(cè)區(qū)坐標(biāo)系之下；對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行賦色，對(duì)賦色后的點(diǎn)云進(jìn)行分類(lèi)，基于分類(lèi)后的彩色激光點(diǎn)云進(jìn)行危巖落石的識(shí)別和提取工作。
[0016]本發(fā)明所述的方法具有如下優(yōu)點(diǎn):(I)精度高，對(duì)危巖落石處置設(shè)計(jì)指導(dǎo)性強(qiáng)。本發(fā)明方法可高精度的提取危巖落石信息，有利于對(duì)危巖落石的危險(xiǎn)性進(jìn)行評(píng)估，從而有效指導(dǎo)危巖落石處理措施的制定，消除安全隱患；(2)信息量豐富，可回溯性強(qiáng)。本發(fā)明方法可一次性獲取危巖落石工點(diǎn)的全息三維數(shù)據(jù)，信息量非常豐富，可隨時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行回溯；
(3)效率高，勞動(dòng)強(qiáng)度低。與傳統(tǒng)的人工調(diào)查方法相比，本發(fā)明方法將危巖落石調(diào)查方法從繁重的野外人工調(diào)查變成了室內(nèi)解譯，提高了危巖落石調(diào)查的效率，大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。例如:采用人工調(diào)查方法調(diào)查一個(gè)復(fù)雜工點(diǎn)通常需要10-15天，而采用本發(fā)明方法外業(yè)采集需30-60分鐘，內(nèi)業(yè)解譯需30-45分鐘；(4)安全性好，采用本發(fā)明方法無(wú)需調(diào)查人員攀爬陡峭的山坡，保證了調(diào)查人員的人身安全，同時(shí)對(duì)于運(yùn)營(yíng)的鐵路線也可安全調(diào)查。
[0017]本發(fā)明通過(guò)地面激光雷達(dá)這一先進(jìn)的測(cè)繪新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)危巖落石信息的準(zhǔn)確提取，是一種基于地面激光雷達(dá)技術(shù)的山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害勘察新方法。通過(guò)煤運(yùn)通道(三門(mén)峽至荊門(mén)段)和新疆巴倫臺(tái)至伊爾根鐵路工程的實(shí)際應(yīng)用，證明本發(fā)明方法行之有效。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本發(fā)明實(shí)施例流程圖；
[0019]圖2為本發(fā)明實(shí)施例彩色激光點(diǎn)云提取危巖落石信息；
[0020]圖3為本發(fā)明實(shí)施例危巖落石解譯成果展繪；
[0021]圖4為本發(fā)明實(shí)施例提取的帶有危巖落石信息的橫斷面線示例。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，便于清楚地了解本發(fā)明，但它們不對(duì)本發(fā)明構(gòu)成限定。
[0023]一種基于地面激光雷達(dá)技術(shù)的危巖落石調(diào)查方法，包括如下步驟:
[0024]第一步，利用現(xiàn)有工程勘察資料確定危巖落石的分布區(qū)域作為工點(diǎn)；
[0025]根據(jù)工程勘察資料確定含有危巖落石的工點(diǎn)，主要包括:(I)工程預(yù)可行性和可行性研究及初步設(shè)計(jì)等階段收集的航、衛(wèi)片；(2)工程技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)踏勘和調(diào)查成果。通過(guò)對(duì)以上資料進(jìn)行分析，在地形圖上圈定可能含有危巖落石的范圍，作為危巖落石工點(diǎn)。
[0026]第二步，數(shù)據(jù)采集:在工點(diǎn)布設(shè)反射靶標(biāo)，用地面激光掃描儀對(duì)工點(diǎn)進(jìn)行粗掃，用數(shù)碼成像設(shè)備獲取工點(diǎn)的全景影像；通過(guò)粗掃結(jié)果獲取危巖落石和反射靶標(biāo)的位置，對(duì)危巖落石所在位置進(jìn)行精掃獲取危巖落石所在位置的激光點(diǎn)云，對(duì)反射靶標(biāo)所在位置進(jìn)行精掃獲取反射靶標(biāo)中心處的局部坐標(biāo)，本實(shí)施例中粗掃是指按照0.5米的點(diǎn)間隔進(jìn)行的掃描；精掃是指按照最終要求的點(diǎn)間隔進(jìn)行的掃描，一般點(diǎn)間隔高于0.1米。具體步驟為:
[0027](21)在工點(diǎn)架設(shè)地面激光掃描儀，架設(shè)地點(diǎn)即為掃描站；
[0028]掃描儀選擇:目前市場(chǎng)上銷(xiāo)售的地面激光掃描儀按掃描方式可分為脈沖式和相位式兩大類(lèi)。相位式地面激光掃描儀掃描距離一般在100米以?xún)?nèi)，而脈沖式地面激光掃描儀掃描距離較長(zhǎng)，通?？蛇_(dá)到500-1000米。由于危巖落石往往分布于高山區(qū)，人和儀器只能到達(dá)山腳，距離危巖落石通常還有幾百米的距離。因此宜選用掃描距離較長(zhǎng)的脈沖式地面激光掃描儀，且掃描距離越遠(yuǎn)越好。激光雷達(dá)只能獲取目標(biāo)的三維坐標(biāo)點(diǎn)云和強(qiáng)度信息，要想進(jìn)行危巖落石提取，影像信息必不可少，因此必須選擇附帶數(shù)碼相機(jī)的激光掃描儀；
[0029]數(shù)據(jù)精度及密度設(shè)計(jì):激光雷達(dá)掃描數(shù)據(jù)成果的平面精度優(yōu)于0.1m,高程精度優(yōu)于0.2m，激光點(diǎn)間隔小于0.lm，數(shù)碼影像地面分辨率高于0.05m ；
[0030]選擇架站位置時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮工點(diǎn)的實(shí)際情況、掃描距離和角度，設(shè)定好架站后將掃描儀架在三腳架上，組裝好掃描儀，打開(kāi)掃描儀，確定設(shè)備正常；
[0031](22)在掃描站的掃描范圍之內(nèi)布設(shè)至少三個(gè)反射靶標(biāo)；
[0032]地面激光掃描儀直接獲取的是局部坐標(biāo)系的坐標(biāo)，需要通過(guò)反射靶標(biāo)將獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)變換到鐵路工程建設(shè)所在的測(cè)區(qū)坐標(biāo)系下，這里的反射靶標(biāo)指的是一種具有高反射強(qiáng)度的特定形狀的標(biāo)志。
[0033]反射靶標(biāo)的布設(shè)須充分考慮測(cè)區(qū)的地形地貌形態(tài)，盡可能使反射靶標(biāo)呈環(huán)形均勻布設(shè)，各個(gè)反射靶標(biāo)與地面激光掃描儀之間的距離不同，一般來(lái)說(shuō)均不超過(guò)100米，且各個(gè)反射靶標(biāo)設(shè)置于不同的高度。
[0034]由于需要測(cè)量反射標(biāo)靶在工程坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)，所以在掃描前，首先通過(guò)GPS和高程擬合技術(shù)在工點(diǎn)附近建立局部控制網(wǎng)，然后利用局部控制網(wǎng)對(duì)無(wú)合作目標(biāo)全站儀進(jìn)行定向，定向完成后，利用無(wú)合作目標(biāo)全站儀測(cè)量反射靶標(biāo)的測(cè)區(qū)坐標(biāo)。
[0035](23)利用地面激光掃描儀對(duì)掃描站掃描范圍的工點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行粗掃得到粗掃點(diǎn)云;
[0036]同時(shí)利用數(shù)碼成像設(shè)備對(duì)工點(diǎn)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)拍攝，將旋轉(zhuǎn)拍攝所獲得的影像進(jìn)行拼接得到工點(diǎn)的全景影像。
[0037](24)通過(guò)粗掃點(diǎn)云獲取危巖落石和反射靶標(biāo)的分布位置；(25)對(duì)危巖落石所在位置進(jìn)行精掃，獲取危巖落石所在位置的激光點(diǎn)云；(26)對(duì)反射靶標(biāo)所在位置進(jìn)行精掃，獲取反射靶標(biāo)中心處的局部坐標(biāo)。
[0038]當(dāng)一個(gè)掃描站無(wú)法覆蓋整個(gè)工點(diǎn)時(shí)，用多掃描站方式，架設(shè)多個(gè)地面激光掃描儀使掃描的結(jié)果能覆蓋整個(gè)工點(diǎn)區(qū)域，重復(fù)上述步驟對(duì)工點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集直到覆蓋整個(gè)工點(diǎn)區(qū)域。
[0039]第三步，激光點(diǎn)云賦色:
[0040](31)在地面激光雷達(dá)數(shù)據(jù)處理軟件(如RiScanPro)中，以人機(jī)交互的方式選取至少三對(duì)激光點(diǎn)云與全景影像的同名點(diǎn)，同名點(diǎn)具體是指同一目標(biāo)點(diǎn)在全景影像上的像點(diǎn)和激光點(diǎn)云中的激光點(diǎn)。
[0041](32)通過(guò)同名點(diǎn)對(duì)激光點(diǎn)云與全景影像進(jìn)行配準(zhǔn)，也即通過(guò)同名點(diǎn)計(jì)算全景影像與激光點(diǎn)云坐標(biāo)變換的對(duì)應(yīng)關(guān)系；
[0042](33)將全景影像中的顏色賦予激光點(diǎn)云得到彩色激光點(diǎn)云。
[0043]第四步，激光點(diǎn)云坐標(biāo)變換，地面激光掃描儀直接獲取的是局部坐標(biāo)系之下的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)，需要通過(guò)反射靶標(biāo)將獲取的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)變換到鐵路工程建設(shè)所在的測(cè)區(qū)坐標(biāo)系中，具體方法為:
[0044]利用無(wú)合作目標(biāo)全站儀測(cè)得反射靶標(biāo)的測(cè)區(qū)坐標(biāo)；通過(guò)反射靶標(biāo)的局部坐標(biāo)和測(cè)區(qū)坐標(biāo)，通過(guò)七參數(shù)方法計(jì)算出局部坐標(biāo)和測(cè)區(qū)坐標(biāo)的變換關(guān)系，利用變換關(guān)系將局部坐標(biāo)系下的彩色激光點(diǎn)云轉(zhuǎn)換到測(cè)區(qū)坐標(biāo)系下。
[0045]第五步，彩色激光點(diǎn)云分類(lèi)，將測(cè)區(qū)坐標(biāo)系之下的彩色激光點(diǎn)云分為初始點(diǎn)類(lèi)、地面點(diǎn)類(lèi)、植被類(lèi)、人工構(gòu)造物類(lèi)和其他類(lèi)五個(gè)類(lèi)別，具體方法如下:
[0046](51)在TerraScan軟件中建立初始點(diǎn)云類(lèi)(記為default類(lèi))、地面點(diǎn)類(lèi)(記為ground類(lèi))、植被類(lèi)(記為vegetation類(lèi))、構(gòu)造物類(lèi)(記為structure類(lèi))和其他類(lèi)(記為other類(lèi))五個(gè)類(lèi)別，將坐標(biāo)變換后的彩色激光點(diǎn)云導(dǎo)入到default類(lèi)中；
[0047](52)利用TerraScan軟件的分離高點(diǎn)和低點(diǎn)的功能,將地面以下和天空中的激光點(diǎn)從default類(lèi)分到other類(lèi)中；
[0048](53)利用TerraScan軟件的分離地面點(diǎn)功能，將地面點(diǎn)自動(dòng)從default類(lèi)分到ground類(lèi)中。利用TerraScan軟件的分離植被點(diǎn)功能將植被點(diǎn)從default類(lèi)分到vegetation 類(lèi)中。
[0049](54)第(53)步分類(lèi)的過(guò)程中，會(huì)將構(gòu)造物點(diǎn)分到vegetation類(lèi)中，利用TerraScan軟件的分離構(gòu)造物的功能,將構(gòu)造物點(diǎn)從vegetation類(lèi)中分到structure類(lèi)中；
[0050](55)人工對(duì)以上步驟分類(lèi)后的激光點(diǎn)云進(jìn)行多方向拉剖面檢查和高程渲染三維可視化檢查，同時(shí)參考相應(yīng)的影像數(shù)據(jù)，對(duì)分類(lèi)結(jié)果進(jìn)行檢查、編輯和修改，確保點(diǎn)云正確的分到相應(yīng)的類(lèi)別中，保存最終分類(lèi)后的點(diǎn)云。
[0051]第六步，危巖落石的識(shí)別和信息提取:基于分類(lèi)后的彩色激光點(diǎn)云識(shí)別出危巖落石，基于地面點(diǎn)類(lèi)的彩色激光點(diǎn)云提取危巖落石信息；具體步驟為:
[0052](61)依據(jù)分類(lèi)后的彩色激光點(diǎn)云建立遙感解譯標(biāo)志，遙感解譯標(biāo)志包括危巖落石、節(jié)理裂隙構(gòu)造、地層巖性；
[0053]基于彩色激光點(diǎn)云，建立危巖落石、節(jié)理裂隙構(gòu)造、地層巖性等遙感解譯標(biāo)志，其在彩色激光點(diǎn)云中主要表現(xiàn)如下:1)色調(diào)淺，亮度值高；危巖落石多發(fā)生在裸露的基巖區(qū)，植被不發(fā)育，反射率高，多呈淺色調(diào)，亮度值較高；2)落石多呈塊、粒狀，且具陰影；3)危巖因節(jié)理裂隙較發(fā)育，表面不平，具粗糙感。
[0054]同時(shí)只有滿(mǎn)足下列條件的巖體才是危巖落石:1)裸露的基巖區(qū)，植被不發(fā)育，且坡度陡峻，上陡下緩，坡面不平整；2)巖體節(jié)理、裂隙發(fā)育，結(jié)構(gòu)面多張開(kāi)，且存在深而陡的、平行于坡面的張裂隙；3)與母巖即將發(fā)生分離并對(duì)工程、生命財(cái)產(chǎn)構(gòu)成威脅的巖塊或?yàn)橐雅c母巖分離的巖石。
[0055](62)在三維點(diǎn)云瀏覽與編輯軟件(如TerraScan, RealfforksSurvey)中加載彩色激光點(diǎn)云，以人機(jī)交互的方式進(jìn)行遙感識(shí)別，分別識(shí)別出危巖和落石，以及危巖和落石的空間位置和邊界。
[0056](63)依據(jù)地面點(diǎn)類(lèi)的彩色激光點(diǎn)云提取所識(shí)別出的危巖落石的信息，信息包括地層巖性、節(jié)理裂隙發(fā)育程度、裂隙類(lèi)型、延伸長(zhǎng)度、邊界和尺寸，并將所提取的危巖落石信息展繪到地形圖上。
[0057]第七步，提取危巖落石處理設(shè)計(jì)橫斷面線:利用地面點(diǎn)類(lèi)的彩色激光點(diǎn)云提取危巖落石處置設(shè)計(jì)所需的橫斷面，并將危巖落石信息標(biāo)注在橫斷面線上，具體步驟為:
[0058](71)給定要切取的橫斷面的中樁坐標(biāo)及斷面線上除中樁外任意一點(diǎn)坐標(biāo)，獲取橫斷面的文本文件:文本文件中每個(gè)橫斷面占據(jù)一行，每行第一列為中樁點(diǎn)的里程樁號(hào)，第二列為中樁點(diǎn)的東坐標(biāo)，第三列為中樁點(diǎn)的北坐標(biāo)，第四列為確定斷面方向偏移點(diǎn)的東坐標(biāo)，第五列為確定斷面方向偏移點(diǎn)的北坐標(biāo)；
[0059](72)利用中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司自主研發(fā)的RailwayLas軟件依據(jù)橫斷面的文本文件，基于地面點(diǎn)類(lèi)的彩色激光點(diǎn)云生成橫斷面，得到CAD格式的橫斷面的圖形文件；
[0060](73)將步驟(6)提取的危巖落石信息標(biāo)注橫斷面圖形文件的橫斷面線上，供涉及處理之用。
[0061]以上結(jié)合最佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但本發(fā)明并不局限于以上揭示的實(shí)施例，而應(yīng)當(dāng)涵蓋各種根據(jù)本發(fā)明的本質(zhì)進(jìn)行的修改、等效組合。
【權(quán)利要求】
1.一種基于地面激光雷達(dá)技術(shù)的危巖落石調(diào)查方法，其特征在于所述方法包括如下步驟: (1)利用現(xiàn)有工程勘察資料確定危巖落石的分布區(qū)域作為工點(diǎn)； (2)數(shù)據(jù)采集:在所述工點(diǎn)布設(shè)反射靶標(biāo)，用地面激光掃描儀對(duì)所述工點(diǎn)進(jìn)行粗掃，用數(shù)碼成像設(shè)備獲取所述工點(diǎn)的全景影像；通過(guò)粗掃結(jié)果獲取所述危巖落石和所述反射靶標(biāo)的位置，對(duì)所述危巖落石所在位置進(jìn)行精掃獲取所述危巖落石所在位置的激光點(diǎn)云，對(duì)所述反射靶標(biāo)所在位置進(jìn)行精掃獲取所述反射靶標(biāo)中心處的局部坐標(biāo)； (3)激光點(diǎn)云賦色:選取至少三對(duì)所述激光點(diǎn)云與所述全景影像的同名點(diǎn)，通過(guò)所述同名點(diǎn)對(duì)所述激光點(diǎn)云與所述全景影像進(jìn)行配準(zhǔn)，并將所述全景影像中的顏色賦予所述激光點(diǎn)云得到彩色激光點(diǎn)云； (4)激光點(diǎn)云坐標(biāo)變換:測(cè)得所述反射靶標(biāo)的測(cè)區(qū)坐標(biāo)，通過(guò)所述反射靶標(biāo)的局部坐標(biāo)和測(cè)區(qū)坐標(biāo)，計(jì)算出所述局部坐標(biāo)和所述測(cè)區(qū)坐標(biāo)的變換關(guān)系，利用所述變換關(guān)系將局部坐標(biāo)系下的所述彩色激光點(diǎn)云轉(zhuǎn)換到測(cè)區(qū)坐標(biāo)系下； (5)彩色激光點(diǎn)云分類(lèi):將測(cè)區(qū)坐標(biāo)系之下的所述彩色激光點(diǎn)云分為初始點(diǎn)類(lèi)、地面點(diǎn)類(lèi)、植被類(lèi)、人工構(gòu)造物類(lèi)和其他類(lèi)五個(gè)類(lèi)別； (6)危巖落石的識(shí)別和信息提取:基于分類(lèi)后的所述彩色激光點(diǎn)云識(shí)別出所述危巖落石，基于所述地面點(diǎn)類(lèi)的所述彩色激光點(diǎn)云提取所述危巖落石信息； (7)提取危巖落石處理設(shè)計(jì)橫斷面線:利用所述地面點(diǎn)類(lèi)的所述彩色激光點(diǎn)云提取所述危巖落石處置設(shè)計(jì)所需的橫斷面，并將危巖落石信息標(biāo)注在橫斷面線上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于地面激光雷達(dá)技術(shù)的危巖落石調(diào)查方法，其特征在于所述步驟(2)中是以單掃描站方式掃描所述工點(diǎn)，所述掃描站是所述地面激光掃描儀的架設(shè)地點(diǎn)，所述地面激光掃描儀架設(shè)在能夠掃描整個(gè)所述工點(diǎn)的位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于地面激光雷達(dá)技術(shù)的危巖落石調(diào)查方法，其特征在于所述步驟(2)中是以多掃描站方式掃描所述工點(diǎn)，所述掃描站是所述地面激光掃描儀的架設(shè)地點(diǎn)，架設(shè)多個(gè)所述地面激光掃描儀使掃描的結(jié)果能覆蓋整個(gè)所述工點(diǎn)區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于地面激光雷達(dá)技術(shù)的危巖落石調(diào)查方法，其特征在于所述步驟(2)中:在所述地面激光掃描儀的掃描范圍之內(nèi)布設(shè)至少三個(gè)反射靶標(biāo)，各個(gè)所述反射靶標(biāo)呈環(huán)形均勻布設(shè)，各個(gè)所述反射靶標(biāo)與所述地面激光掃描儀之間的距離不同，且設(shè)置于不同的高度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于地面激光雷達(dá)技術(shù)的危巖落石調(diào)查方法，其特征在于所述步驟(2)中:利用數(shù)碼成像設(shè)備對(duì)所述工點(diǎn)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)拍攝，將旋轉(zhuǎn)拍攝所獲得的影像進(jìn)行拼接得到所述工點(diǎn)的全景影像。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于地面激光雷達(dá)技術(shù)的危巖落石調(diào)查方法，其特征在于所述步驟(3)中:對(duì)所述全景影像和所述激光點(diǎn)云進(jìn)行配準(zhǔn)是指通過(guò)所述同名點(diǎn)計(jì)算所述全景影像與所述激光點(diǎn)云坐標(biāo)變換的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于地面激光雷達(dá)技術(shù)的危巖落石調(diào)查方法，其特征在于:所述步驟(4)中所述反射靶標(biāo)的測(cè)區(qū)坐標(biāo)是利用無(wú)合作目標(biāo)全站儀測(cè)得的；所述局部坐標(biāo)和所述測(cè)區(qū)坐標(biāo)的變換關(guān)系是通過(guò)七參數(shù)方法計(jì)算獲得的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于地面 激光雷達(dá)技術(shù)的危巖落石調(diào)查方法，其特征在于所述步驟(6)的具體步驟為: (61)依據(jù)分類(lèi)后的所述彩色激光點(diǎn)云建立遙感解譯標(biāo)志，所述遙感解譯標(biāo)志包括危巖落石、節(jié)理裂隙構(gòu)造、地層巖性； (62)依據(jù)所述彩色激光點(diǎn)云以人機(jī)交互的方式進(jìn)行遙感識(shí)別，分別識(shí)別出危巖和落石，以及所述危巖和所述落石的空間位置、體積； (63)依據(jù)所述地面點(diǎn)類(lèi)的彩色激光點(diǎn)云提取所識(shí)別出的危巖落石的信息，所述信息包括地層巖性、節(jié)理裂隙發(fā)育程度、裂隙類(lèi)型、延伸長(zhǎng)度、邊界和尺寸，并將所提取的危巖落石信息展繪到地形圖上。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于地面激光雷達(dá)技術(shù)的危巖落石調(diào)查方法，其特征在于所述步驟(7)的具體步驟為: (71)給定要切取的橫斷面的中樁坐標(biāo)及斷面線上除中樁外任意一點(diǎn)坐標(biāo)，獲取所述橫斷面的文本文件:所述文本文件中每個(gè)橫斷面占據(jù)一行，每行第一列為中樁點(diǎn)的里程樁號(hào)，第二列為中 樁點(diǎn)的東坐標(biāo)，第三列為中樁點(diǎn)的北坐標(biāo)，第四列為確定斷面方向偏移點(diǎn)的東坐標(biāo)，第五列為確定斷面方向偏移點(diǎn)的北坐標(biāo)； (72)依據(jù)所述橫斷面的所述文本文件，基于所述地面點(diǎn)類(lèi)的彩色激光點(diǎn)云生成橫斷面，得到所述橫斷面的圖形文件； (73)將所述步驟(6)提取的危巖落石信息標(biāo)注所述橫斷面圖形文件的橫斷面線上。
【文檔編號(hào)】G01S7/48GK103792542SQ201410047264
【公開(kāi)日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2014年2月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月11日
【發(fā)明者】李海亮, 馮光勝, 郭良浩, 劉善勇, 李東黎, 夏艷萍, 高山, 李仰波 申請(qǐng)人:中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司