[发明专利]一种基于三维激光扫描的滑坡落石防护设计方法

说明书

本发明公开了一种基于三维激光扫描的滑坡落石防护设计方法，包括以下步骤：S1.三维地形数据的搜集；S2.无防护的三维落石模拟；S3.初拟被动防护系统安装位置；S4.有防护的三维落石模拟；S5.统计基于步骤S4的结果，统计每种工况下经过拦截后的落石数量，即落石拦截率IR、逃逸落石能量率ERER以及防护网成本Cost：S6.防护效果定量分析：基于IR、ERER与Cost确定新的定量方法来评价被动防护网；S7.确定防护方案：根据防护网综合等级与实际工程需要，选择合适的防护网安装位置。本发明基于拦截率IR，剩余落石能量率ERER以及成本Cost进行最优落石防护网选址，以评估选址位置不同的被动防护网的防护效率与成本，筛选出最优的安装位置，达到低成本、高效率的防护系统设计效果。

技术领域

本发明涉及落石防护，特别是涉及一种基于三维激光扫描的滑坡落石防护设计方法。

背景技术

落石是一种山区普遍存在的自然灾害。落石是指山坡上的孤石、悬崖上的碎石受地震、强降雨以及风化作用等因素，从原有位置脱落，经过一系列弹跳、滚动和滑动等过程后停止的现象。其特点是速度快、能量高、运动时间短、突发性高、随机性强、不易监测、不易被察觉，通常会对其运动轨迹上的人员、车辆、建筑设施等造成巨大伤害。因此，在落石高发地区对落石进行防护是非常有必要的。现阶段防护落石通常有两种手段：

一、主动防护系统：将主动防护网挂在落石源区，避免落石发生掉落，将落石过程扼杀在起始阶段，主要用于公路边的陡崖和高边坡施工工程；

二、被动防护系统：将被动防护网设置在落石运动的途中或者是保护区的边界，用来拦截运动中的落石，避免其对人员、车辆或者建筑造成损伤。

传统的被动防护系统的选址主要依靠二维落石模拟或现场人工选址，其中：

二维落石模拟：通过人为选定的典型横断面进行落石模拟，根据落石模拟的结果来拟定被动防护网的安装位置及参数；

现场人工选址：根据现场的地形、地貌、保护区分布范围等实际情况，进行现场人工选址。

从上述可以看出，无论是二维落石模拟或者是现场人工选址，传统的被动防护系统选址方法主要依据的是设计人员的经验，受人为因素干扰大，执行标准不统一。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于三维激光扫描的滑坡落石防护设计方法，基于拦截率IR，剩余落石能量率ERER以及成本Cost进行最优落石防护网选址，以评估选址位置不同的被动防护网的防护效率与成本，筛选出最优的安装位置，达到低成本、高效率的防护系统设计效果。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于三维激光扫描的滑坡落石防护设计方法，包括以下步骤：

S1.三维地形数据的搜集：利用三维激光扫描技术对研究区域进行多站点-全景式扫描，获取多期点云数据，对获取的点云数据进行拼接、降噪、渲染和去除植被的预处理工序，再生成研究区域数字高程模型DTM；

S2.无防护的三维落石模拟：利用三维落石模拟软件进行落石模拟，并统计落石运动特征值；所述落石运动特征值包括弹跳高度、运动速度、落石频率、停止区和碰撞区。

落石运动的弹跳过程遵循弹性力学原理:

V_t＝K*R*V_n

其中V_t为碰撞后的速度，V_n为碰撞前的速度，K为随机数，R为恢复系数；

落石运动的滚动过程按以下公式计算：

其中为动摩擦角，为内摩擦角，c为常数，d为坡面上的平均颗粒直径，r为岩石半径。