[發明專利]一種基于地面激光雷達技術的危巖落石調查方法

在審

• 申請號: 201410047264.2
• 申請日: 2014-02-11
• 公開（公告）號: CN103792542A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發明（設計）人: 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（專利權）人: 中鐵第四勘察設計院集團有限公司
• 主分類號: G01S17/88
• 分類號: G01S17/88;G01S7/48
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 黃行軍

技術領域

本發明涉及一種危巖落石調查方法，具體涉及一種基于地面激光雷達技術的危巖落石調查與信息提取方法。

背景技術

危巖落石是山區常見的地質災害，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、滾動或其它的某種組合方式順坡向下劇烈運動。當其發生在鐵路、公路附近時，常會帶來交通中斷和人身傷亡等重大危害。因此，對于新建的山區鐵路、公路工程，必須進行危巖落石調查，并針對危巖落石建立相應的處置方案；對于既有的山區鐵路和公路，也要定期進行危巖落石調查，排查風險。

目前危巖落石調查主要以人工現場調查為主，輔以航、衛片解譯。由于危巖落石多分布于地勢陡峻地段，地形地貌十分復雜，交通條件、工作條件極度惡劣，現場調查工作費時費力，開展困難，且精度不高，有時甚至要冒著極大的生命危險，導致危巖落石根本無法全面調查清楚。

地面三維激光掃描技術是近年來出現的新技術。該技術通過高速激光掃描測量的方法，大面積、高精度地快速獲取被測對象表面的三維坐標數據，為快速建立物體的三維信息提供了一種全新的技術手段，非常適合危巖落石調查。為此，將地面三維激光掃描技術引入到危巖落石調查領域，建立針對危巖落石調查的數據采集和處理的工藝流程、技術指標與參數，代替人工調查方法，具有顯著的技術和社會效益。

發明內容：

本發明提供了一種能準確確定危巖落石的分布范圍、規模大小、空間形態和位置，實現危巖落石的識別、信息提取的基于地面激光雷達技術的危巖落石調查方法，使其能代替人工調查，極大的降低了野外工作量，大大縮短了調查周期。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為一種基于地面激光雷達技術的危巖落石調查方法，方法包括如下步驟：(1)利用現有工程勘察資料確定危巖落石的分布區域作為工點；(2)數據采集：在工點布設反射靶標，用地面激光掃描儀對工點進行粗掃，用數碼成像設備獲取工點的全景影像；通過粗掃結果獲取危巖落石和反射靶標的位置，對危巖落石所在位置進行精掃獲取危巖落石所在位置的激光點云，對反射靶標所在位置進行精掃獲取反射靶標中心處的局部坐標；(3)激光點云賦色：選取至少三對激光點云與全景影像的同名點，通過同名點對激光點云與全景影像進行配準，并將全景影像中的顏色賦予激光點云得到彩色激光點云；(4)激光點云坐標變換：測得反射靶標的測區坐標，通過反射靶標的局部坐標和測區坐標，計算出局部坐標和測區坐標的變換關系，利用變換關系將局部坐標系下的彩色激光點云轉換到測區坐標系下；(5)彩色激光點云分類：將測區坐標系之下的彩色激光點云分為初始點類、地面點類、植被類、人工構造物類和其他類五個類別；(6)危巖落石的識別和信息提取：基于分類后的彩色激光點云識別出危巖落石，基于地面點類的彩色激光點云提取危巖落石信息；(7)提取危巖落石處理設計橫斷面線：利用地面點類的彩色激光點云提取危巖落石處置設計所需的橫斷面，并將危巖落石信息標注在橫斷面線上。

較佳地，步驟(2)中是以單掃描站方式掃描工點，掃描站是地面激光掃描儀的架設地點，地面激光掃描儀架設在能夠掃描整個工點的位置。

較佳地，步驟(2)中是以多掃描站方式掃描工點，掃描站是地面激光掃描儀的架設地點，架設多個地面激光掃描儀使掃描的結果能覆蓋整個工點區域。

較佳地，步驟(2)中：在地面激光掃描儀的掃描范圍之內布設至少三個反射靶標，各個反射靶標呈環形均勻布設，各個反射靶標與地面激光掃描儀之間的距離不同，且設置于不同的高度。

較佳地，步驟(2)中：利用數碼成像設備對工點進行旋轉拍攝，將旋轉拍攝所獲得的影像進行拼接得到工點的全景影像。

較佳地，步驟(3)中：對全景影像和激光點云進行配準是指通過同名點計算全景影像與激光點云坐標變換的對應關系；

較佳地，步驟(4)中反射靶標的測區坐標是利用無合作目標全站儀測得的；局部坐標和測區坐標的變換關系是通過七參數方法計算獲得的。

較佳地，步驟(6)的具體步驟為：(61)依據分類后的彩色激光點云建立遙感解譯標志，遙感解譯標志包括危巖落石、節理裂隙構造、地層巖性；(62)依據彩色激光點云以人機交互的方式進行遙感識別，分別識別出危巖和落石，以及危巖和落石的空間位置、體積；(63)依據地面點類的彩色激光點云提取所識別出的危巖落石的信息，信息包括地層巖性、節理裂隙發育程度、裂隙類型、延伸長度、邊界和尺寸，并將所提取的危巖落石信息展繪到地形圖上。