三维激光扫描技术在开采沉陷监测中的数据处理及其应用

摘要

煤炭在国内占着主体能源的地位，煤炭资源在国家经济命脉和能源安全保障起着重要基石的作用。而煤炭开采引起的覆岩破坏以及地表沉陷导致煤矿生产安全和生态环境系统等问题却一直存在且非常严重，刻不容缓需要解决。因此，全面做好煤炭开采地表沉陷监测、预测、变形控制、矿区生态环境保护及恢复，实现煤炭生产与生态建设共同和谐、可持续发展的奋斗目标。将三维激光扫描技术应用于矿区开采沉陷研究中，以面状或带状点云数据代替传统的线状主断面观测点数据，从而获得更加真实和完整的地表移动以及裂缝等信息;地表沉陷短期观测站不需要埋设固定监测点，从而大大地缩短了观测周期，提高了监测工作效果和效率。因此，将其应用到矿区地表开采沉陷监测领域，探索其在该领域的应用方法及理论，将具有极其现实的意义。
　　本文将三维激光扫描技术应用于矿区地表开采沉陷监测，对矿区煤矿开采影响区域进行多次扫描，对采集获得的点云数据进行相关处理最终得到矿区开采沉陷盆地模型;针对Trimble GX三维激光扫描仪与RTK技术相结合应用于地表开采沉陷监测的精度进行研究分析;本实验将三维激光扫描测量与常规测量结果进行对比分析，最终证实三维激光扫描仪技术可以满足矿区开采沉陷监测的需求，但其高程误差还是偏大，不符合测量规程;点云数据经过相关处理后，可以获得三维激光扫描相关数据应用，比如提出粒子群优化神经网络拟合获取地表下沉盆地的一种数据处理方法，获取地表盆地开采前后任意点沉降情况;提取特征点或者特征地物，分析开采前后同名特征点变形情况，从而可以研究地表的水平移动规律，获得水平移动系数等应用。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文研究的主要内容

2 三维激光扫描系统简介

2．1 三维激光扫描系统的基本原理及分类

2．2 三维激光扫描仪的主要特点

2．3 三维激光扫描技术应用现状

2．4 Trimble GX三维激光扫描系统

3 激光扫描点云数据获取及预处理

3．1 点云数据获取

3．2 点云数据获取步骤

3．3 点云数据预处理

3．4 点云三维建模

4 激光扫描数据理论误差及精度影响分析

4．1 三维激光扫描数据理论误差概述

4．2 误差对点云精度的分析

4．3 三维激光扫描仪结合GPS-RTK作业方式的误差分析

4．4 激光扫描测量与常规测量结果对比分析

4．5 提高观测精度的对策与措施

5、三维激光扫描数据的应用

5．1 建筑物移动监测

5．2 建筑物倾斜监测

5．3 地表下沉监测

5．4 等值线绘制

5．5 剖面线绘制

5．6 地表下沉盆地体积计算

5．7 地表水平移动量测

5．8 数据格式转换

5．9 空间几何关系量取

6 总结与展望

6．1 论文总结

6．2 论文展望

致谢

攻读硕士期间主要成果

参考文献