基于激光扫描的露天矿山边坡监测与稳定性分析_钟金荣.pdf

建筑资讯建 筑 技 术 开 发12 Building InformationBuilding Technology Development第50卷第2期2023年2月基于激光扫描的露天矿山边坡监测与稳定性分析钟金荣（福建省核工业二九五大队，福建龙岩 364000）摘要 以某矿山边坡为研究对象，采用激光扫描技术，对其坐标进行监测，并根据监测结果分析其稳定性，采用多站点平差法对其监测结果进行优化，并将其结果与近景摄影测量技术得出的检测结果对比，以验证激光扫描技术结果的准确性，得出以下结论：激光扫描仪得出的矿山边坡误差范围内点云数主要集中于0.250 00.250 0 m，其中，第2期的误差范围内点云数最大，其值为198 724个，此精度范围内的误差仅为0.5 m，采用激光扫描仪对矿山边坡进行监测的准确性较高。不同误差区域误差范围内点云数总体呈正态分布，说明该矿山边坡的较为稳定，发生滑坡的概率较小。关键词 矿山边坡；激光扫描；多站点平差 中图分类号TD 176 文献标志码B 文章编号1001-523X(2023)02-0012-03SURFACE MINE SLOPE MONITORING AND STABILITY ANALYSIS BASED ON LASER SCANNINGZhong Jin-rong AbstractIn this study,a mine slope is taken as the research object,and its coordinate is monitored by using laser scanning technology,and its stability is analyzed according to the monitoring results,and the monitoring results are optimized by using multi-station adjustment method,and the results are compared with the detection results obtained by close-range photogrammetry to verify the accuracy of the results of laser scanning technology,the conclusion is as follows:the number of point clouds in the error range of the mine slope obtained by the laser scanner mainly concentrates in 0.25000.250 0 m,among which,the number of point clouds in the error range of the second stage is the largest,and its value is 198 724,the error in this accuracy range is only 0.5 m,and the accuracy of monitoring the mine slope by laser scanner is high.The point cloud number in different error regions is generally normal distribution,which indicates that the slope of the mine is relatively stable and the probability of landslide is small.Keywordsmine slope;laser scanning;multi-site adjustment矿山边坡易发生滑坡等地质灾害，对其进行监测和测量可对即将发生的自然灾害做出预警，提高矿山边坡稳定性。闫魏力等1采用三维激光扫描技术，对某矿山进行测量，结果表明，该方法的准确性较高，可应用于实际工程中。姚加宁等2采用免棱镜全站仪对矿山的地形进行测量，结果表明，该方法在保证了测量精度的同时，操作简单，还能保证测量的效率。李洁3基于无人机低空遥感技术，对某矿山进行监测，分析其在矿山监测中的可行性。刘旻4采用低空摄影测量技术，对矿山坐标进行测量，结果表明，该测量技术的最大误差为1.14 m，可应用于实际测量工程中。王智君等5基于三维激光扫描技术，对矿山边坡进行监测，对该技术的实际操作提出了相关建议。以某矿山边坡为研究对象，采用激光扫描技术，对其坐标进行监测，并根据监测结果分析其稳定性，采用多站点平差法对其监测结果进行优化，并将其结果与近景摄影测量技术得出的检测结果对比，以验证激光扫描技术结果的准确性。1 工程概况该边坡平面形态曲折，总体呈北东南西向展布，总长230.5 m。填方边坡坡体为后期填土、粉质粘土、凝灰岩残积粘性土、全风化凝灰岩，为土质边坡，回填土自稳性差，挖方段边坡坡体以坡积成因粉质粘土及凝灰岩残积粘性土为主，边坡自稳性一般。本工程场地地下水主要为基岩风化带孔隙、裂隙水，主要赋存于中下部基岩风化带中，其导水性和富水性受风化裂隙、构造裂隙及裂隙充填情况控制，局部地段张性裂隙发育，总体渗透性弱中等，富水 性弱。2 数据采集本研究采用激光扫描仪对矿山边坡的空间位置及形态分布进行研究，数据采集从点云数据采集开始。收稿日期：20230106作者简介：钟金荣（1984），男，福建龙岩人，工程师，主要研究方向为工程测量。建筑资讯建 筑 技 术 开 发 13Building InformationBuilding Technology Development第50卷第2期2023年2月首先，对该矿山边坡的现场情况进行勘测，然后根据现场勘测的情况，确定控制点的布置位置，根据控制点建立控制网，最后对矿山边坡进行场景扫描。点云数据采集后，对其采集的数据进行处理，采用Riscan Pro软件对采集的数据进行处理，基于最小二乘法计算，以减小激光扫描矿山边坡的误差。然后采用偏差过滤工具，对矿山边坡激光扫描模型进行去噪和简化处理，使模型更加清晰直观。分6期对矿山边坡进行监测叠加，得出矿边坡地表位移情况。3 变形监测与分析将矿山边坡分为13个区域，分6期对矿山边坡进行监测叠加，分别分析采用激光扫描仪的准确性，得出每期误差范围内点云数统计表，见表1。表1 每期误差范围内点云数统计表误差范围/m2期/个3期/个4期/个5期/个6期/个54.23030001014.230 33.544 301145153.544 32.625 062111031152.625 01.833 355311401431.833 31.041 745461451551551.041 70.250 01 7011 7461 7042 1101 9510.250 00.250 0198 724198 689197 541191 324191 5850.250 01.041 74 0023 9984 1295 0104 8311.041 71.833 31 5981 5912 0092 4602 4511.833 32.625 01 4651 4191 5902 1542 1602.625 03.416 78458679481 8191 9733.416 74.208 34514595301 4711 4594.208 35.000 0279291315829827总计209 121209 114208 954207 630207 566由表1可知，激光扫描仪得出的矿山边坡误差范围内点云数主要集中于0.250 00.250 0 m，其中，第2期的误差范围内点云数最大，其值为198 724个，此精度范围内的误差仅为0.5 m，说明采用激光扫描仪对矿山边坡进行监测的准确性较高。当误差范围为负值时，误差范围内点云数较少，随着误差范围的增大，误差范围内点云数逐渐增大，其中，当误差范围为1.833 31.041 7 m时，第5期、第6期误差范围内点云数最大，其值均为155个，说明随着矿山边坡的监测叠加过程的进行，误差范围内点云数逐渐增大，检测叠加过程能明显提高矿山边坡监测的准确性。当误差范围为正值时，误差范围内点云数与叠加的期数无明显的相关关系，其变化趋势较不显著。为分析不同误差区域误差范围内点云数的分布情况，分析13个区域内的误差范围内点云数占比情况，各期误差范围内的点偏差如图1所示。1009060308050207040百分比/%10012345678910 11 12 13误差范围区域(区)2期3期4期5期6期图1 各期误差范围内的点偏差由图1可知，各区域的误差范围内点云数主要集中于第七区，其中，每期误差范围内点云数占比均在90%以上，说明该区域的测量精度较高，其中，第七区二期的占比最高，其值为95.25%，其次为第八区，其占比均值为2.5%。第一区第五区的误差范围内点云数占比较小，说明该区域采用激光扫描仪的监测效果较差。由图1可知，不同误差区域误差范围内点云数总体呈正态分布，说明该矿山边坡的较为稳定，发生滑坡的概率较小。为进一步提高激光扫描仪对矿山边坡监测的准确性，采用多站点平差对监测得出数据进行调整，提高其监测精度。选取6个检测点，对其坐标进行调整，平差后坐标及误差统计见表2。表2 平差后坐标及误差统计 m监测点平差后x平差后y平差后zx误差y误差z误差位移偏差1342.356 1 1 209.156 4 85.687 4 0.007 1 0.003 8 0.0036 0.009 92346.553 6 1 303.451 2 64.874 9 0.002 0 0.006 80.006 80.008 63365.451 3 1 352.154 1 45.486 3 0.007 0 0.002 0 0.002 2 0.007 54329.451 3 1 463.465 2 87.954 60.0060.000 90.000 80.006 75334.156 5 1 546.486 2 64.853 6 0.000 70.0080.0080.0086312.456 1 1 564.985 4 87.486 5 0.006 40.0010.0010.007 2由表2可知，经过调整后的x、y、z方向的误差均存在一定程度上的误差，其最大误差为0.006 8 m，最小误差为0.001 m。平差前后的坐标与原坐标具有一定的差异性，但是其误差均小于0.01 m，说明平差调整后仅对监测结果进行了微调。平差后的均方根误差较小，其最大均方根误差为位移偏差，其值为0.019 77 m，说明该数据调整方案建筑资讯建 筑 技 术 开 发14 Building InformationBuilding Technology Development第50卷第2期2023年2月的效果良好，经过调整后的监测结果精度较高。为验证经过多站点平差对监测数据调整准确性，分析调整后每期误差范围内点云数统计表，见表3。表3 调整后的每期误差范围内点云数统计误差范围/m2期3期4期5期6期54.230 30012402054.230 33.544 324513693093.544 32.625 01660495483792.625 01.833 3115813156414091.833 31.041 78407998691 7541 3691.041 70.250 011 09111 28915 88912 42013 5000.250 00.250 0509 782509 087505 548476 546477 4650.250 01.041 713 12013 12014 51020 54919 5061.041 71.833 35 2895 4167 37510 12510 1201.