[发明专利]一种基于特征的危岩体滑坡监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及危岩体滑坡技术领域，更具体的涉及一种基于特征的危岩体滑坡监测方法。

背景技术

近年来，地质内部活动日益加剧，特别是在地质条件复杂的区域，危岩体崩塌造成的滑坡对人类生命财产安全和社会经济发展带来的影响和危害更为严重。

目前滑坡的监测方案繁多，如GPS监测技术，D-InSAR监测技术，DEM作差法等，普遍通过仪器采集研究对象的原始数据，结合相应的数据处理方法提取危岩体表面变形信息，这些方案虽然都能完成滑坡监测，但应用范围存在一定局限性。对于地形险峻的高陡边坡，往往无法布设长期稳定的GPS监测站；而D-InSAR技术适用于沿高程方向发生变形的滑坡，而危岩体滑坡在X/Y/Z方向均存在微小变形；且由于植被对GPS和D-InSAR信号的遮挡，会影响后续数据的处理精度；DEM作差法需要建立DEM模型，而点云建模的过程很复杂，且DEM方法只能获得沿高程方向的变形量，其处理效率低。

综上所述，现有技术中的危岩体滑坡监测方法，存在采用DEM作差法监测危岩体滑坡效率低的问题。

发明内容

本发明实施例提供一种基于特征的危岩体滑坡监测方法，用以解决现有技术中存在采用DEM作差法监测危岩体滑坡效率低的问题。

本发明实施例提供一种基于特征的危岩体滑坡监测方法，包括：

采用三维激光扫描仪，获取危岩体滑坡表面两期点云数据；其中，两期点云数据包括参考点云数据和比较点云数据；

对两期点云数据分别进行滤波去噪和降采样处理，以及通过最小二乘3D表面匹配方法对两期点云数据分别进行配准处理；

采用局部曲面拟合法，确定参考点云数据的表面法线；

以参考点云数据中的点为圆柱体底面圆的圆心，以参考点云数据的表面法线方向为圆柱体的轴，以及根据半径和轴长，确定圆柱体；将圆柱体内比较点云数据投影到圆柱体的轴上，通过计算投影点的平均位置，确定圆柱体内比较点云数据的重心点；通过计算参考点云数据中的点与圆柱体内比较点云数据的重心点之间的距离，确定比较点云数据相对于参考点云数据的形变量；

根据比较点云数据相对于参考点云数据的形变量、平均形变量、标准变差和均方根误差，确定危岩体滑坡表面形变量分布图；

根据危岩体滑坡表面形变量分布图，确定危岩体滑坡运动趋势。

较佳地，所述采用局部曲面拟合法，确定参考点云数据的表面法线；包括：

对参考点云数据中的点i进行k邻域搜索，依据最小二乘准则，通过公式(1)，确定点i的切平面；

根据点i的切平面，通过公式(2)，确定点i法线的协方差矩阵；

根据点i法线的协方差矩阵，通过公式(3)，确定最小特征值对应的特征向量为点i法线向量；

所述公式(1)如下所示：

其中，n为切平面P的法线向量，d为切平面P到点i的距离，argmin表示目标函数取最小值时的变量值，k是邻近点p_i的数目；

所述公式(2)如下所示：

其中，为质心；

所述公式(3)如下所示：

λ_j为第j个特征值，υ_j为第j特征向量。

本发明实施例中，提供一种基于特征的危岩体滑坡监测方法，与现有技术相比，其有益效果如下：本发明提出一种基于点云的快速比较算法，不受环境限制，可以获取三维变形量，克服了模型作差法因生成表面模型严重影响计算速率，最近点法是选取距离参考点云中最近点作为距离计算对象，本发明通过计算区域重心的方法优化了最近点法选点的过程，这样不仅提供了计算效率，在一定程度上保证结果的可靠性。本发明算法结构简便，数据处理效率高；可获取微小的表面三维变形信息；可扩展性强。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种基于特征的危岩体滑坡监测方法流程图；

图2为本发明实施例提供的法线估计原理结构示意图；

图3为本发明实施例提供的形变量计算原理结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。