南京邮电大学地理与生物信息学院，江苏 南京 210023
针对传统变形监测中整体变形模型无法有效提供监测对象局部独特详细变形信息的不足，基于地面三维激光扫描技术提出一种包含元变形、子变形、变形图的三层混合变形模型，并设计了一种基于单元的变形计算方法。该方法主要包括单元分割、变形估计、变形融合等3方面内容，可以实现无先验监测信息条件下，自动增量地提取不同尺度的变形信息。模拟实验结果表明，在该方法下，RANSAC算法的平面拟合回归估计角度变化误差均值为1.21″，估计可靠性在一定范围内随单元大小增大而提高；滑坡实验结果表明，最小值法位移估计结果噪声更少，0.2 m单元大小分割可以提供更多的变形估计细节。所提方法尤其适用于具有非均匀变形特性的监测领域，对推动滑坡等人员难以到达的灾害监测从“点监测”向“面监测”的转变具有一定的理论与实际意义。
测量 激光扫描 变形监测 混合模型 三维分割 变形估计 激光与光电子学进展
2024, 61(8): 0812009
1 齐鲁理工学院土木工程学院，山东 济南250200
2 中电科思仪科技股份有限责任公司，山东 青岛266555
布里渊光频域分析（Brillouin Optical Frequency Domain Analysis, BOFDA）技术是分布式光纤传感技术的一种。回顾了BOFDA的发展历史，介绍了 BOFDA的最新应用进展情况，并提出了基于BOFDA测量桥梁挠度的新方法。通过光纤布设研究提出在桥梁底面采用全面粘贴的方式布设光纤，并分析了光纤应变表征桥梁挠度的理论，最后进行了基于BOFDA的室内桥梁模型测量试验研究。试验结果表明，百分表实测桥梁模型的挠度与桥梁模型上分级集中荷载及模型下表面的光纤应变变化均成正比例关系；BOFDA光纤应变可以标定桥梁模型变形范围，且光纤应变表征的桥梁模型挠度和百分表实测挠度值基本一致。因此，采用BOFDA技术进行桥梁挠度测量是可行的。
布里渊光频域分析 桥梁挠度 变形监测 模型试验 Brillouin optical frequency domain analysis bridge deflection deformation measurement model test
1 华北科技学院（中国煤矿安全技术培训中心）计算机学院，北京 101601
2 南京大学地球科学与工程学院，江苏 南京 210023
3 南京大学（苏州）高新技术研究院，江苏 苏州 215123
随着我国各类复杂重点工程建设的深入推进，工程安全问题引起了越来越多的关注，然而对岩土体进行变形监测是保障工程安全的重要手段之一。与传统的电磁法、声发射、经纬仪、水准仪、位移计、应变计等岩土体变形监测技术相比，分布式光纤感测技术具有实时性、高精度、全分布、长距离和抗干扰等优势，已成为当前岩土体变形监测研究及应用领域的关注焦点。本文总结了光纤感测技术在岩土体变形监测中的应用现状，介绍了几种典型的分布式光纤感测技术原理及适用场景，探讨了光纤感测技术在岩土体变形监测应用中的关键问题，分析了光纤感测技术在边坡、水利、隧道、管道、铁路等工程及地面沉降与塌陷方面监测中的应用成果与挑战。最后，展望了光纤感测技术在岩土体变形监测中亟需攻破的难题与对策。
光纤光学 岩土体变形监测 分布式光纤感测技术 关键问题 研究综述 激光与光电子学进展
2022, 59(19): 1900004
广州铁路职业技术学院电气工程学院, 广东 广州, 510430
针对辽宁某铁轨交通实际工程区域展开全面的分析研究, 并使用激光位移传感器等手段在设计地铁隧道结构变形检测系统当中充分发挥三维激光扫描技术功能。最终得出如下结论, 在隧道变形监测工程当中使用三维激光扫描点云数据隧道断面提取技术。采集周期为10期, 时间跨度为55天, 分析监测辽宁某地铁隧道的特征断面, 在第三期到第六期当中发现隧道的荷载和沉降值将会随着超高层的连续施工作业而产生巨大的变化, 其中逐渐处于平稳状态的为后者。结合实际工程资料展开分析能够确定, 观测周期当中的沉降值数值在3.35 mm时最大, 使用三维激光扫描仪和传统水准沉降检测得出的结果, 最终发现可以得到大致相同的隧道沉降变化趋势和变化量, 这表明本文提出的方法能够更全面、更直观分析隧道横断面变形。
变形监测 隧道 激光位移传感器 沉降 云数据 deformation monitoring tunnel laser displacement sensor settlement cloud dat
1 浙江农林大学环境与资源学院, 浙江 临安 311300
2 同济大学测绘与地理信息学院, 上海 200092
土地沙化或荒漠化会造成重大经济损失,基于机载激光雷达(LiDAR)技术获得的点云数据在监测沙丘变形和研究其规律方面有着重要意义。将获取的沙漠地区的两期机载LiDAR点云数据分别处理并生成数字高程模型(DEM)和坡度图,结合面向地理对象和基于像元的变化检测技术实现对沙丘的变化及移动情况的精准监测。从不同时期坡度图上提取的沙丘背风坡坡脚线可用于反映沙丘的水平位移,两期DEM的差值分析则反映了沙丘的垂直位移,结合了主要风向的插值线分析则可以量化沙丘的地形变化及移动规律。分析结果显示整个实验区出现了总体沉降,即沙物质搬移,沙丘变形规律与主要风向相关;沙丘迎风坡主要为沉降,沙丘背风坡由于易滑塌,所以顶部发生沉降,底部发生沙物质沉积。
遥感 机载激光雷达技术 沙丘变形监测 数字高程模型 土地荒漠化 激光与光电子学进展
2018, 55(5): 052802
武汉理工大学资源与环境工程学院, 湖北 武汉 430079
利用激光扫描技术进行变形监测的原理,针对所监测的区域通过对比分析不同时段所测得的点云数据,确定监测对象中的变形区域与变形量。与传统的单点测量技术相比,三维激光扫描技术具有效率高、精度高、测量数据量大等优点,然而在应用该技术进行变形监测时,对于监测结果的可靠性并未作出评价。因此,需要对点云误差进行分析,并由此确定点云变形可监测指标。在确定点云误差空间时,引入误差熵来消除相邻点之间的误差影响,以及控制误差空间不确定性的影响。根据误差熵与误差极值的关系,最终确定点云变形可监测指标。利用平面板模拟实验,验证该指标的可行性,然后将其应用于桥梁的变形监测中。
激光光学 三维激光扫描 桥梁振幅 变形监测 误差熵 激光与光电子学进展
2018, 55(5): 051409
北京科技大学 土木与资源工程学院, 北京 100083
地面三维激光扫描仪在监测变形时, 需利用标靶进行多期数据的配准, 因此标靶配准的精度直接影响测量误差。为了提高配准精度, 对不同标靶布设方案进行了测量误差分析。实验分别利用25, 50, 100, 150和200 m的M1~M8靶点进行配准, 然后通过对比两期数据的目标点坐标, 得出不同标靶布设距离的测量误差, 并对实验误差进行系统分析。实验结果表明: 三维激光扫描仪标靶的最佳位置在距离扫描仪50 m左右处, 且当匹配存在角度偏差时, 在同方向上被测目标的测量误差会增大。通过不同标靶布设方案的实验研究得出标靶的最佳布设方案和注意事项, 可为实际边坡工程监测的标靶布设方案提供参考。
地面激光扫描 标靶 变形监测 误差分析 配准 Terrestrial Laser Scanning(TLS) calibration target deformation monitoring error analysis target registration
1 广东水利电力职业技术学院, 广东 广州 510635
2 广州复旦奥特科技股份有限公司, 广东 广州 510660
结构光条纹中心位置的精确检测是影响结构光系统精度的关键问题之一。提出一种多步骤的鲁棒性提取方法, 首先采用自适应阈值法剔除噪声点, 然后采用光条膨胀和细化方法, 得到初始的中心点, 并利用此初始中心点的梯度, 得到光条法线方向。最后, 在法线方向求取灰度重心, 得到光条亚像素中心线。该方法应用在基于线结构光检测原理的隧道轮廓变形监测装置中, 实验结果表明, 能准确提取光条纹中心。
线结构光 光条中心 隧道轮廓 变形监测 linear structured light light stripe center tunnel contour deformation detection
