[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于三維激光掃描的滑坡落石防護(hù)設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010515221.8
• 申請(qǐng)日: 2020-06-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111639384B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-09-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周家文;蔣楠;李海波;楊興國(guó);戚順超;范剛;魯功達(dá)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/13
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/13;G06F30/20
• 代理公司: 成都方圓聿聯(lián)專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙) 51241
• 代理人: 李鵬

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于三維激光掃描的滑坡落石防護(hù)設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：S1.三維地形數(shù)據(jù)的搜集；S2.無(wú)防護(hù)的三維落石模擬；S3.初擬被動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)安裝位置；S4.有防護(hù)的三維落石模擬；S5.統(tǒng)計(jì)基于步驟S4的結(jié)果，統(tǒng)計(jì)每種工況下經(jīng)過(guò)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(hù)網(wǎng)成本Cost：S6.防護(hù)效果定量分析：基于IR、ERER與Cost確定新的定量方法來(lái)評(píng)價(jià)被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)；S7.確定防護(hù)方案：根據(jù)防護(hù)網(wǎng)綜合等級(jí)與實(shí)際工程需要，選擇合適的防護(hù)網(wǎng)安裝位置。本發(fā)明基于攔截率IR，剩余落石能量率ERER以及成本Cost進(jìn)行最優(yōu)落石防護(hù)網(wǎng)選址，以評(píng)估選址位置不同的被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)的防護(hù)效率與成本，篩選出最優(yōu)的安裝位置，達(dá)到低成本、高效率的防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及落石防護(hù)，特別是涉及一種基于三維激光掃描的滑坡落石防護(hù)設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

落石是一種山區(qū)普遍存在的自然災(zāi)害。落石是指山坡上的孤石、懸崖上的碎石受地震、強(qiáng)降雨以及風(fēng)化作用等因素，從原有位置脫落，經(jīng)過(guò)一系列彈跳、滾動(dòng)和滑動(dòng)等過(guò)程后停止的現(xiàn)象。其特點(diǎn)是速度快、能量高、運(yùn)動(dòng)時(shí)間短、突發(fā)性高、隨機(jī)性強(qiáng)、不易監(jiān)測(cè)、不易被察覺(jué)，通常會(huì)對(duì)其運(yùn)動(dòng)軌跡上的人員、車(chē)輛、建筑設(shè)施等造成巨大傷害。因此，在落石高發(fā)地區(qū)對(duì)落石進(jìn)行防護(hù)是非常有必要的。現(xiàn)階段防護(hù)落石通常有兩種手段：

一、主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)：將主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)掛在落石源區(qū)，避免落石發(fā)生掉落，將落石過(guò)程扼殺在起始階段，主要用于公路邊的陡崖和高邊坡施工工程；

二、被動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)：將被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)設(shè)置在落石運(yùn)動(dòng)的途中或者是保護(hù)區(qū)的邊界，用來(lái)攔截運(yùn)動(dòng)中的落石，避免其對(duì)人員、車(chē)輛或者建筑造成損傷。

傳統(tǒng)的被動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)的選址主要依靠二維落石模擬或現(xiàn)場(chǎng)人工選址，其中：

二維落石模擬：通過(guò)人為選定的典型橫斷面進(jìn)行落石模擬，根據(jù)落石模擬的結(jié)果來(lái)擬定被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)的安裝位置及參數(shù)；

現(xiàn)場(chǎng)人工選址：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的地形、地貌、保護(hù)區(qū)分布范圍等實(shí)際情況，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)人工選址。

從上述可以看出，無(wú)論是二維落石模擬或者是現(xiàn)場(chǎng)人工選址，傳統(tǒng)的被動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)選址方法主要依據(jù)的是設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)，受人為因素干擾大，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于三維激光掃描的滑坡落石防護(hù)設(shè)計(jì)方法，基于攔截率IR，剩余落石能量率ERER以及成本Cost進(jìn)行最優(yōu)落石防護(hù)網(wǎng)選址，以評(píng)估選址位置不同的被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)的防護(hù)效率與成本，篩選出最優(yōu)的安裝位置，達(dá)到低成本、高效率的防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)效果。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：一種基于三維激光掃描的滑坡落石防護(hù)設(shè)計(jì)方法，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(shù)對(duì)研究區(qū)域進(jìn)行多站點(diǎn)-全景式掃描，獲取多期點(diǎn)云數(shù)據(jù)，對(duì)獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接、降噪、渲染和去除植被的預(yù)處理工序，再生成研究區(qū)域數(shù)字高程模型DTM；

S2.無(wú)防護(hù)的三維落石模擬：利用三維落石模擬軟件進(jìn)行落石模擬，并統(tǒng)計(jì)落石運(yùn)動(dòng)特征值；所述落石運(yùn)動(dòng)特征值包括彈跳高度、運(yùn)動(dòng)速度、落石頻率、停止區(qū)和碰撞區(qū)。

落石運(yùn)動(dòng)的彈跳過(guò)程遵循彈性力學(xué)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(jī)數(shù)，R為恢復(fù)系數(shù)；

落石運(yùn)動(dòng)的滾動(dòng)過(guò)程按以下公式計(jì)算：

其中為動(dòng)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。