[发明专利]一种基于点云平均域矢量算法的滑坡变形监测方法

说明书

本发明提供一种基于点云平均域矢量算法的滑坡变形监测方法，用三维激光扫描获取整个滑坡体的三维表面几何的点云，记为L₁；间隔一定时间，再次扫描获取整个滑坡体的三维表面几何的点云，记为L₂；采用最小二乘法将第一次扫描获取的滑坡体点云L₁匹配到第二次扫描获取的滑坡体点云L₂中，求解出匹配过程的最优匹配矩阵M_RT，匹配矩阵包含了滑坡体从B₁状态变形到B₂状态的位移信息，通过对匹配矩阵进行分解，即可求出滑坡体的整体区域平均位移矢量求出滑坡体的整体位移。本发明可以很快测量出滑坡的整体变形趋势；监测结果受外界干扰小。

技术领域

本发明属于边坡变形监测技术领域，具体涉及一种基于点云平均域矢量算法的滑坡变形监测方法。

背景技术

边坡变形监测是滑坡防治中的重要手段，通常对滑坡的变形监测多采用全站仪采用全站仪或其他光电测距的方式测量滑坡体上某一个或某几个固定点在不同时刻的三维坐标值，再通过坐标差值，求出滑坡体的空间位移。这种测量方法是单点式的，只能代表监测点附近局部区域的变形趋势，且如果该局部区域发生变化(如小规模塌方、落石等)，会对监测结果有很大影响。

现有的采用全站仪测量滑坡体上某一点在不同时刻的三维坐标值，再通过坐标差值，求出滑坡体的位移。这种方法存在以下缺点：

1、这种监测结果只能代表监测点周围一定范围区域的变形趋势，不能反映滑坡体的整体变形趋势。

2、这种方法容易受监测点周围环境变化影响，一旦监测点周围发生落石、小型塌方等灾害时，监测结果就会受影响甚至监测点失效；

还有，采用合成孔径雷达(GB-InSAR)测量滑坡体的位移，通过雷达天线发射并接收反射回来的电磁波，根据回波信号的相位变化实现滑坡体的形变测量。该方法存在以下缺点：

1、该技术获取的位移是视线方向的位移，也是单个点位移，无法代表滑坡整体的变形趋势；

2、该技术跟现场地质条件有很大关系，如果滑坡体周围草木比较茂盛，很可能不反射雷达波，则很有可能导致这种方法失效。

发明内容

提出一种基于三维激光扫描点云平均域矢量算法的滑坡变形监测方法，弥补了传统单点式监测易受干扰，可以很方便反映滑坡体的整体变形趋势。

一种基于点云平均域矢量算法的滑坡变形监测方法，包括以下步骤：

步骤1：用三维激光扫描获取整个滑坡体的三维表面几何的点云，记为B₁；

步骤2：间隔一定时间，再次扫描获取整个滑坡体的三维表面几何的点云，记为B₂；

步骤3：采用最小二乘法将第一次扫描获取的滑坡体点云B₁匹配到第二次扫描获取的滑坡体点云B₂中，匹配过程为：

采用空间旋转、平移的方式，将B₁通过左乘一个旋转矩阵m旋转到一个合适的位置，得到B₁’，然后通过平移向量t将旋转后的B₁’平移到B₂中，使B₁与B₂重合，这个过程用式(1)、式(2)来表示：

B′₁＝mB₁ (1)

其中旋转矩阵平移向量

将B₁中所有点代入式(1)、式(2)计算，即可得到式(3)所示的超静定方程组：