[發(fā)明專利]一種基于三維激光掃描的滑坡落石防護設計方法

有效

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• 申請日: 2020-06-09
• 公開（公告）號: CN111639384B
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發(fā)明（設計）人: 周家文;蔣楠;李海波;楊興國;戚順超;范剛;魯功達
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/20
• 代理公司: 成都方圓聿聯(lián)專利代理事務所(普通合伙) 51241
• 代理人: 李鵬

1.一種基于三維激光掃描的滑坡落石防護設計方法，其特征在于：包括以下步驟：

S1.三維地形數(shù)據(jù)的搜集：利用三維激光掃描技術對研究區(qū)域進行多站點-全景式掃描，獲取多期點云數(shù)據(jù)，對獲取的點云數(shù)據(jù)進行拼接、降噪、渲染和去除植被的預處理工序，再生成研究區(qū)域數(shù)字高程模型DTM；

S2.無防護的三維落石模擬：利用三維落石模擬軟件進行落石模擬，并統(tǒng)計落石運動特征值；

S3.初擬被動防護系統(tǒng)安裝位置：根據(jù)落石的彈跳高度、運動頻率、運動速度和保護區(qū)分布范圍因素，結合具體工程需要，初擬多個被動防護網(wǎng)安裝位置；

S4.有防護的三維落石模擬：根據(jù)初擬的防護網(wǎng)安裝位置與安裝高度不同，逐個對每種工況下的不同高度的防護網(wǎng)進行落石模擬；

S5.統(tǒng)計基于步驟S4的結果，統(tǒng)計每種工況下經(jīng)過攔截后的落石數(shù)量，即落石攔截率IR、逃逸落石能量率ERER以及防護網(wǎng)成本Cost：

ERER＝E_ER/E_TR

IR＝N_ER/N_TR

Cost＝k*H*L

其中E_ER為逃逸落石能量；E_TR為落石總能量；N_ER為逃逸的落石數(shù)量；N_TR為總落石數(shù)量，k為成本系數(shù)，H為防護網(wǎng)高度，L為防護網(wǎng)長度；

S6.防護效果定量分析：基于IR、ERER與Cost這三個參數(shù)確定新的定量方法來評價被動防護網(wǎng)，評價公式如下：

防護網(wǎng)綜合等級＝{(ERER,Cost)|IR}

最優(yōu)防護位置＝{(ERER_Min,Cost_Min)|IR}

其中，{(ERER,Cost)|IR}表示在達到設定的攔截率IR的條件下，由逃逸落石能量率ERER、防護網(wǎng)成本Cost決定綜合等級，ERER越小，Cost越小，防護網(wǎng)的效果越好，防護網(wǎng)的綜合等級越高；

{(ERER_Min,Cost_Min)|IR}表示在達到設定的攔截率IR的條件下，使得ERER達到最小值ERER_Min，且Cost達到最小值Cost_Min時，對應的防護網(wǎng)位置為最優(yōu)防護位置；

S7.確定防護方案：根據(jù)防護網(wǎng)綜合等級與實際工程需要，選擇合適的防護網(wǎng)安裝位置。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于三維激光掃描的滑坡落石防護設計方法，其特征在于：所述落石運動特征值包括彈跳高度、運動速度、落石頻率、停止區(qū)和碰撞區(qū)。

3.根據(jù)權利要求1所述的一種基于三維激光掃描的滑坡落石防護設計方法，其特征在于：所述步驟S2中，落石運動的彈跳過程遵循彈性力學原理:

V_t＝K*R*V_n

其中V_t為碰撞后的速度，V_n為碰撞前的速度，K為隨機數(shù)，R為恢復系數(shù)；

落石運動的滾動過程按以下公式計算：

其中為動摩擦角，為內(nèi)摩擦角，c為常數(shù)，d為坡面上的平均顆粒直徑，r為巖石半徑。

4.根據(jù)權利要求1所述的一種基于三維激光掃描的滑坡落石防護設計方法，其特征在于：所述步驟S6包括：

基于給定的攔截率IR，綜合評價防護網(wǎng)選址的危險等級及成本高低，并將結果歸納為9個不同等級，分別為：“低危險、低成本”；“中危險、低成本”；“高危險、低成本”；“低危險、中成本”；“中危險、中成本”；“高危險、中成本”；“低危險、高成本”；“中危險、高成本”；“高危險、高成本”。