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我国国土辽阔,地形复杂多样,复杂的地形也使得我国成了一个地质灾害种类齐全的国家。如地面坍塌、滑坡、泥石流、地面沉降等自然灾害对我国造成了严重的人员伤亡和经济损失,我们要对其完全治理还存在着技术力量薄弱、资金缺乏等难以克服问题。所以,对于这些地质灾害我们一直是以预防为主的。其中,最有效和普遍的预防手段是地表变形监测。 传统的地表变形监测方法都是对有限个监测点的观测,对于无监测点区域难以反映其变形情况,不能为地表变形提供整体、全面的变形监测信息。三维激光扫描技术是近年发展起来的一项测绘新技术,能够全天候、快速、高分辨率、高精度,非接触式、主动地获取物体表面空间三维坐标。将该技术用于地表变形监测,不仅可以降低劳动强度获得高密度、高精度的点云数据,而且能经过数据处理得到地表的整体变形信息。 本文将三维激光扫描技术应用于地表变形监测中,对点云数据的地表变形监测方法及两种不同方法对于地势和点云密度的适用性进行了分析研究,在研究过程中也对外业数据采集和点云数据预处理等相关理论进行了探讨。具体的研究内容为: (1)总结了地表变形监测外业数据采集过程中现场踏勘、方案制定及外业扫描的操作步骤及具体要求。并通过实验,分析了Trimble TX8扫描仪在扫描地表数据时的理想扫描半径以及球形标靶能够成功拟合的距扫描仪的合适距离。 (2)系统阐述了点云预处理的几个步骤,包括配准、精简和滤波。并重点研究了基于不规则三角网(TIN)的渐进加密滤波算法,对一块典型的数据进行了滤波处理和滤波的质量评价,验证了该算法非常适用于地表变形监测中滤波处理。 (3)采用 DEM模型求差法、体积差法、等高线法、断面比较法四种基于 DEM的比较方法和基于Hausdorff距离法的点云到点云的直接比较方法对实验区域点云数据进行处理,确定了变形区域并计算出了变形量。通过对DEM模型求差法和Hausdorff距离法计算的结果进行比较分析,验证了点云质量好、点云密度大的地势平坦区域,两种方法都能达到较高的精度;在点云密度小的地势平坦区域,D EM模型求差法计算的地表变形量较为准确;在坡度较陡区域,Hausdorff距离的点云到点云的直接比较法能较准确地反映地表的变形信息。