基于三维激光扫描技术的尾矿库建模与应用研究

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1、学校代码10530学号201510201999分类号P204密级公开硕士学位论文基于三维激光扫描技术的尾矿库建模与应用研究学位申请人郎红山指导教师陈宾副教授学院名称土木工程与力学学院学科专业测绘工程研究方向地质灾害监测二〇一八年六月ResearchonModelingandApplicationofTailingsReservoirBasedon3DLaserScanningTechnologyCandidateLangHongshanSupervisorAssociateProfessorChenBinCollegeCollegeofCivilEngineeringandMechan

2、icsProgramGeomaticsEngineeringSpecializationGeologicaldisastermonitoringDegreeMasterUniversityXiangtanUniversityDateJune,2018湘潭大学硕士学位论文摘要近年来尾矿库溃坝事故频繁发生，尾矿库安全问题突出。科学预测尾矿库危害范围是尾矿库溃坝风险分析工作中的重要环节，通过数值模拟得出尾矿库溃坝砂浆演进过程是确定溃坝灾害的有效方法。准确获取尾矿库地形数据，构建能真实反映库区地形的几何模型是预测尾矿库溃坝危害的关键前提。以全站仪为代表的传统测量手段不仅耗费大量人力和时间，而且

3、获取的尾矿库地形数据也非常有限，不能为精确构建数值计算几何模型提供数据支撑。地面三维激光扫描技术弥补了传统测量手段的不足，能快速获取尾矿库全方位点云数据。本文在系统分析地面三维激光扫描技术的基础上，提出了点云配准改进方法，提高了数据配准精度和计算机运算速度，并将三维激光扫描技术与点云配准改进方法应用于砂子岭尾矿库地形数据采集和处理中。在获取研究区点云数据的基础上，构建了尾矿库高精度DEM模型，并应用于尾矿库溃坝模拟，提高了尾矿库溃坝模型精度，预测了尾矿库溃坝演进过程，揭示了溃坝砂流的运动速度和地面压力的时空变化规律，为尾矿库溃坝防灾减灾工作起到指导作用。本文主要成果如下：1)提出了基于

4、公共区域的局部点云配准方法：针对常规点云配准过程中计算效率低的问题，本文在多站点配准的基础上，选取公共区域内部分点云数据进行了点云的精配准实验。实验结果表明，改进后的方法剔除了大量非相关点，缩小了点云配准搜索范围，提高了点云精确配准效率。2)建立了南江县上两乡砂子岭尾矿库“健康档案”：采用地面三维激光扫描技术获取了四川省南江县上两乡砂子岭尾矿库地形点云数据，构建了尾矿库高精度数字高程模型，绘制了研究区等高线，计算了下游堆积尾矿的体积，为尾矿库安全性评价数值模拟提供了基础数据。3)自动实现了尾矿库溃坝数值计算三维几何模型构建：论文编写了点云数据导入数值计算的日志文件，基于尾矿库点云数据，

5、通过读取日志文件，实现了尾矿库模拟几何模型的自动构建，拓展了地面三维激光扫描点云应用范围，提高了尾矿库溃坝数值计算模型构建的效率和精度。4)基于有限体积法，采用FLUENT软件对砂子岭尾矿库溃坝砂浆运动进行模拟：预测了尾矿库溃坝砂浆演进过程与影响范围，揭示了尾矿库溃坝砂浆流速与地面压力时空变化规律，为砂子岭尾矿库溃坝灾害应急预案编制、定量评估提供科学依据。关键词：尾矿库溃坝；地面三维激光扫描；数值模拟；点云配准I基于三维激光扫描技术的尾矿库建模与应用研究AbstractInrecentyears,accidentscausedbytailingdamshaveoccurredfrequ

6、ently,andthesafetyproblemsoftailingpondsbecomeincreasinglyprominent.Howtoscientificallypredictthedamagescopeoftailingdamsisanimportantpartoftheriskanalysisoftailingponds.Usingthenumericalsimulation,wecanobtainthespatio-temporalpatternsofthedam-breakingmovementofthetailingreservoir,whichisasignif

7、icantmethodtodeterminethedamagescopeofthetailingdam.Thetwokeypreconditionsforthenumericalsimulationofdamdamageinthetailingreservoiraretoaccuratelyobtainthetopographicdataoftailingsreservoirandtoconstructageometricmodelwhicht