基于激光扫描技术的水库大坝三维变形动态监测方法研究

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1、学校代码10459学号或申请号200811022081501001密级博士学位论文基于激光扫描技术的水库大坝三维变形动态监测方法研究作者姓名：王举导师姓名：张成才学科门类：工学专业名称：水文学及水资源完成时间：2015.5AdissertationsubmittedtoZhengzhouUniversityforthedegreeofDoctorResearchonDamDynamicThree-dimensionalDeformationMoinitoringBasedonLaserScanningTechnologyByJuWangSupervisor:Pro

2、f.ChengcaiZhangHydrologyandWaterResourcesSchoolOfWaterConservancy&EnvironmentMay2015原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中己经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者：地、日期：如义年如月4日学位论文使用授权声明本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。根据郑州大

3、学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权郑州大学可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为郑州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。学位论文作者：日期：M/j年i-月％日摘要大坝变形监测是大坝安全监测的重要监测项目，在水库防洪安全中发挥着重要的作用。目前大坝变形监测的手段和方法存在一些不足，随着三维激光扫描技术的飞速发展，给大坝变

4、形监测提供了新的技术支持。三维激光扫描能够获取丰富、完整的大坝三维点云数据、影像数据及反射强度等信息，并且具备了高效、高精度、主动性的特点，使得它能够应用于大坝变形监测。本文以土石坝三维变形分析为主，从土石坝点云数据采集、处理到大坝变形分析，尝试解决三维激光扫描技术应用于大坝变形监测的关键技术问题。三维激光扫描技术打破了传统单点一维大坝变形监测的局限，从三维、整体上进行大坝变形监测分析，有助于提高变形监测分析的精度与可靠性，为大坝安全评估提供更加可靠的科学依据。全文从利用点云数据进行大坝变形监测技术与方法入手，围绕着提高土石坝变形监测精度与效率展开。为了提高多站海

5、量大坝点云数据拼接精度与效率，研究了基于球体标靶的多站海量大坝点云数据自动拼接技术，解决了海量点云数据组织与管理的索引方法与球体标靶的拟合算法，通过实验证明了该方法具有较高拼接效率和精度。大坝变形分析是本文的重点和难点，本文提出了基于散乱点云剖面数据的变形分析方法与基于大坝精准三维模型的变形分析方法。重点解决了散乱大坝点云数据剖面线的拟合以及变形分析算法，通过序列点云的剖面数据对大坝变形进行分析。为了构建大坝精准三维模型，改进了基于自适应曲面体元的大坝三维表面精准模型构建，有效解决了构网效率低下、表面空洞、法向不一致及面片重叠等问题，为大坝精准对比分析打下良好的基

6、础。在分析和对比基于DEM、基于邻近点和基于C2M（cloudtomesh）变形分析方法的基础上，充分考虑散乱点云数据源的不确定性，提出了基于散乱点云粗糙度置信区间的多尺度大坝变形分析方法，并解决该方法中核心点计算、粗糙度计算以及不同尺度下空间置信区间的参数设定问题，通过实验分析验证该方法的可行性与有效性，并与基于大坝精准三维模型的变形分析方法进行了对比，验证了该方法的精度。关键词：三维激光扫描（3DLS），大坝变形监测，防洪安全，点云拼接，点云粗糙度，置信区间，点云剖面AbstractDamdeformationmonitoring(DDM)isanimport

7、antmonitoringitemofdamsafetymonitoring,whichhasplayedanimportantroleinfloodprotectionandsafetyofreservoir.Atpresent,therearesomeshortcomingsinthemeansandmethodsofDDM.AsthetechnologyofLidardevelopingrapidly,anewandadvancedsolutionofDDMhasbeenproposed.Wecangetrichandcompleteimformation(

8、sucha