CN111895911A - 一种应用于浅部砂层地面塌陷隐患监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种应用于浅部砂层地面塌陷隐患监测方法，涉及地质灾害检测和监测的技术领域，其包括：在隐患巡查后，采用车载三维探地雷达对疑似隐患路段进行全面普查，确定隐患分布；采用车载三维探地雷达、管道检测、钻孔验证、三维激光扫描仪对隐患发育程度进行详查，确定地面塌陷隐患监测区；对所述地面塌陷监测区的影响区进行水准变形、水位、土体分层沉降、地表沉降监测；采用全站仪实时监测地面塌陷隐患监测区的形变趋势。本发明解决了现有监测方法准确性不高、不宜推广和实际应用的问题。本发明能对浅部砂层地面塌陷隐患多阶段、多角度的准确监测及预警，其适用性高，易于推广应用。

Description

一种应用于浅部砂层地面塌陷隐患监测方法

技术领域

本发明涉及地质灾害检测和监测的技术领域，尤其是涉及一种应用于浅部砂层地面塌陷隐患监测方法。

背景技术

随着城市建设迅猛发展，地下空间的大规模开发，地下管线分布密集，且老旧管道维护较弱，在浅层砂分布区，一旦地下管线发生渗漏，极易产生流砂并引起地面塌陷地质灾害的发生。地面塌陷是指上覆岩层发生破坏，岩土体下陷或塌落在地下空洞中，并在地表形成不同形状的塌坑的一种地质现象。在塌陷区往往伴随有围绕塌坑的若干裂缝，形成大小不等的环形或弧形开裂。

城市地面塌陷具有隐蔽性、突发性和破坏性的特点，从地面塌陷前期征兆入手，早发现、早预防、早治理，开展灾害隐患识别排查、监测分析和评估预测非常必要，可以提高地面塌陷防治能力，很大程度上减少地面塌陷灾害所带来的人员和经济损失，具有很好的经济效益与社会效益。

目前，主要有以下几种地面塌陷隐患监测方法：利用GIS空间预报法预测潜在塌陷点，利用层次模糊的数学方法划分稳定区与非稳定区，通过预埋光纤、监测土洞发育引起的光纤形变来预测塌陷，通过运用异常数据分析法进行塌陷预警等。

上述现有技术方案存在以下缺陷：大多在宏观区域中应用，但仍然有一定的局限性，例如宏观区域上的塌陷预测预报在评价因子的选取、权重赋值等方面主观性较高，其准确性不高；或者计算方法太复杂，或者需要提前预埋光缆，泛化性不高，不宜推广和实际应用。

发明内容

本发明目的是提供一种应用于浅部砂层地面塌陷隐患监测方法，能对浅部砂层地面塌陷隐患多阶段、多角度的准确监测及预警，其适用性高，易于推广应用。

本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种应用于浅部砂层地面塌陷隐患监测方法，包括：

在隐患巡查后，采用车载三维探地雷达对疑似隐患路段进行全面普查，确定隐患分布；

采用车载三维探地雷达、管道检测、钻孔验证、三维激光扫描仪对隐患发育程度进行详查，确定地面塌陷隐患监测区；

对所述地面塌陷监测区的影响区进行水准变形、水位、土体分层沉降、地表沉降监测；

采用全站仪实时监测地面塌陷隐患监测区的形变趋势。

通过采用上述技术方案，提出隐患特征巡查、隐患分布普查、隐患发育程度详查到隐患态势形变监测四个阶段，利用车载三维探地雷达、管道检测、钻孔验证、三维激光扫描仪对地下空洞脱空隐患体、管道缺陷、地下水、周边地表沉降、裂缝、土体等多对象，采用物探、变形测量、管道检测等综合监测技术方法，建立地面塌陷综合监测方法，形成多阶段多对象的预警指标，提高浅部砂层地面塌陷地质灾害隐患监测预警精度，达到隐患排查、隐患识别到隐患监测预警的作用，为地面塌陷地质灾害的预防和防治奠定了坚实的基础。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述采用全站仪对所述三维激光扫描仪的扫描精度进行验证。

通过采用上述技术方案，通过精度更高的全站仪对三维激光扫描仪进行精度评定，可以保证三维激光扫描仪后续作业的扫描精度。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述采用全站仪对所述三维激光扫描仪的扫描精度进行验证，包括：

按预设间距设置至少三个地面监测点，距离所述测站点最近的地面监测点与所述测站点之间设置至少一个标靶，相邻两个地面监测点之间设置至少一个标靶；

以所述测站点为坐标原点，建立独立的全站仪坐标系和扫描仪坐标系；

利用所述全站仪测得所述标靶在所述全站仪坐标系下的三维坐标(X,Y,Z)；

利用所述三维激光扫描仪对所述标靶进行扫描，提取所述标靶在所述扫描仪坐标系下的三维坐标(x，y，z)；

从距离所述测站点最近的地面监测点与所述测站点之间选取一个标靶，从相邻两个地面监测点之间选取一个标靶，利用最小二乘法计算得到所述全站仪坐标系与所述扫描仪坐标系的旋转矩阵R和平移矩阵T；

利用空间相似变换公式

将其他标靶在所述扫描仪坐标系下的三维坐标转换至所述全站仪坐标系下的坐标(x′，y′，z′)；

将相同标靶的三维坐标(x′，y′，z′)与三维坐标(X,Y,Z)进行对比，得到所述标靶在三个轴向的坐标差(△x，△y，△z)，根据点位中误差公式求解所述三维激光扫描仪的点位精度。

通过采用上述技术方案，利用坐标系变换、空间相似变换等方法设计三维激光扫描技术的扫描精度试验，可以准确评定扫描精度。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述标靶采用公共参考球；所述标靶应在扫描范围内均匀分布且高低错落设置。

通过采用上述技术方案，采用公共参考球作为标靶，能够对通过三维激光扫描仪得到的点云图进行无缝拼接，校正坐标；标靶在扫描范围内均匀分且高低错落，可以有效保证坐标转换时各个方向的精度要求。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述采用三维激光扫描仪对隐患发育程度进行详查，包括：

所述三维激光扫描仪对作业路段进行扫描，获取点云数据；

对所述点云数据进行点云拼接、降噪抽稀、切割处理，得到俯视图和侧视图，筛选出隐患体位置分布；

量测隐患体的特征数据，其中，所述隐患体的特征数据包括隐患体的坐标、长度、深度和表面积；

根据隐患体的特征数据绘制等值线图和三维曲面图，根据相邻等值线的疏密程度直观呈现隐患表象特征分布位置及状态。

通过采用上述技术方案，可实现从“面”上清晰直观展示地面塌陷隐患异常变化位置等信息，达到对地面塌陷进行有效监测的目的。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述采用车载三维探地雷达对隐患发育程度进行详查，包括：

对三维探地雷达数据进行去直流漂移和时间零点校正；

对去直流漂移和时间零点校正后的三维探地雷达数据进行预处理，所述预处理包括切除、振幅校正、水平滤波、带通滤波；

对预处理后的三维探地雷达数据依次进行插值、偏移；

根据插值、偏移后的三维探地雷达数据生成三维切片图和二维剖面图，并创建用于在三维切片图中显示三维探地雷达数据的垂直交叉断面的二维剖面图的任意线。

通过采用上述技术方案，通过对三维探地雷达的数据处理，可以更加直观的对地下情况进行观察分析。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述管道检测包括电视检测和管道潜望镜检测。

通过采用上述技术方案，采用电视检测技术可以极大提高判断管道内壁探伤部位的准确性；采用管道潜望镜检测技术能够清晰地显示管道裂纹、堵塞等内部状况。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述采用全站仪实时监测地面塌陷隐患监测区的形变趋势，包括：

全站仪对待监测区域自动划分格网并计算各格网交点当前的格网数据，其中，所述格网数据包括坐标和高差；

所述全站仪计算各格网交点当前的高差之差；

所述全站仪将所述各格网交点当前的高差之差与所述各格网交点在上一次的高差之差相减，得到原始数据；

所述全站仪向监测终端输出所述原始数据；

所述监测终端利用狄洛尼三角形法或者克里金插值法对所述原始数据进行DEM建模，建立三维模型；

所述监测终端向所述三维模型输入预设坐标，输出所述预设坐标对应的高差，即为所述预设坐标的变形量。

通过采用上述技术方案，能代替人进行自动搜索、跟踪、辨识和精确找准目标并且获取角度、距离、三维坐标以及影像等信息，可以实现全自动化、智能化的形变监测。

综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：

1.提出隐患特征巡查、隐患分布普查、隐患发育程度详查到隐患态势形变监测四个阶段，利用车载三维探地雷达、管道检测、钻孔验证、三维激光扫描仪对地下空洞脱空隐患体、管道缺陷、地下水、周边地表沉降、裂缝、土体等多对象，采用物探、变形测量、管道检测等综合监测技术方法，建立地面塌陷综合监测方法，形成多阶段多对象的预警指标，提高浅部砂层地面塌陷地质灾害隐患监测预警精度，达到隐患排查、隐患识别到隐患监测预警的作用，为地面塌陷地质灾害的预防和防治奠定了坚实的基础；

2.能代替人进行自动搜索、跟踪、辨识和精确找准目标并且获取角度、距离、三维坐标以及影像等信息，可以实现全自动化、智能化的形变监测。

附图说明

图1是本发明实施例所述方法的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明实施例提供一种应用于浅部砂层地面塌陷隐患监测方法，参照图1，所述方法的主要流程描述如下：

步骤S101：在隐患巡查后，采用车载三维探地雷达对疑似隐患路段进行全面普查，确定隐患分布；

先收集所需探测作业路段的地址资料，道路竣工图和管线分布图及基础地形图数据资料，检测区域地铁、顶管等地下工程施工资料，近期路面塌陷、沉降和裂隙等相关资料，道路结构及道路改造大、中修等相关资料及其他与检测有关资料。

在对塌陷隐患区域进行现场踏勘时，重点对周边的地形、工程地质情况、交通条件、噪声干扰源及路面基本情况进行记录。对于交通繁忙及嘈杂的路段，应避开车辆往来高峰时段，宜在夜间进行现场作业。明确各探测路段的长度、路幅宽度、规定行驶方向，记录中央分隔带、道路施工区、停车等检测影响条件，观测作业路段交通流量信息和路面沉陷状况。

结合前期收集的资料，明确探测工作重点、难点及应对措施，绘制侧线图，并确定探测车辆行程路线，实施时间计划，做好仪器设备、车辆、工程材料、安全防护装备及人员分工，安全保证措施及应急预案。

车载三维探地雷达采用频率步进技术，可实现对地下隐患进行多天线的多点同步联合扫描和测量，最大限度地捕获目标体空间信息和特种信息，提高雷达探测和识别的质量。同时，可满足车载探测要求，最大车速可达30km/h，外业采集快速高效，图像处理上呈现水平切面、任意方向垂直切面的三维成像，可实现空洞等塌陷隐患体的空间可视化和定量化，使塌陷隐患的位置反映更直观、解译更准确，具有真三维采集，快速探测，可提供全方位信息的优点，正逐渐被广泛使用。

车载三维探地雷达可以设置多通道同时采集，通过采集多个平行、交叉天线的二维数据，得到一个三维数据集，可搭载车辆进行高密度、快速无缝扫描，实现面积性探测。与二维探地雷达相比，具有海量数据、真三维归位、地下隐患真实还原等优势。

由于雷达探测主要实现隐患定性分析和半定量分析，经雷达数据解译出隐患类型及位置后，应对地下隐患验证。一方面可以根据验证结果修正相关物探探测结论，完善物探解释标志，另一方面可以直观获取隐患类型、规模及埋深等特征数据，有利于掌握和分析该空洞的成因，为空洞等地下隐患处置提供参考依据。

对于数据收集采用瑞典MALA仪器公司的MALAImaging Radar Array(MIRA)马拉阵列成像雷达，阵列天线频率为200MHz、400MHz，相互验证在隐患探测中的应用效果。其中，中心频率400MHz的阵列天线拥有16个通道的数据，为9个发射天线和8个接收天线，有效探测宽幅为1.2m；中心频率200MHz的阵列天线拥有8个通道的数据，为5个发射天线和4个接收天线，有效探测宽幅为0.91m，天线布置间距满足无缝覆盖，可有效耦合减少干扰。

对采集到的MIRA三维探地雷达数据需要进行一系列的处理操作，其数据处理工作流程如下：

(1)打开rSlicer软件，新建工区，载入采集到的三维探地雷达数据；

(2)在载入数据之后进行对去直流漂移和时间零点校正的调整(一般采用默认值)；

(3)预处理：切除、振幅校正、水平滤波、带通滤波；振幅校正处理选择自动增益控制(AGC)，应用乖离率选择领先(LEADING)是应用系数到每一个滑动窗口的第一个样点，对于200MHz天线算子长度选择20-30ns，对于400MHz天线算子长度选择20ns左右；天线振铃信号去除(水平滤波)，此时算子设计窗口选择400-500道；带通滤波用于增加信噪比，对于400MHz天线而言低切、低通、高通和高切分别选择60MHz左右、250MHz左右、750MHz左右和1000MHz左右，对于200MHz天线而言，低切、低通、高通和高切分别选择40MHz左右、100MHz左右、400-500MHz左右和800MHz左右；

(4)插值：对随后的偏移算法来说数据需要内插到矩形网格中，同时插值也可以使各种处理更快速，在内插之前需要定义块的边界，规格网格的步长(dx)一般设置为采样间隔大小即可；

(5)偏移：用来恢复反射物的真实位置和形态，特别是应用到抛物线形的物体时非常有效，将偏移速度设置为10cm/ns左右；

(6)交互式工具：根据插值、偏移后的三维探地雷达数据生成三维切片图和二维剖面图，并创建用于在三维切片图中显示三维探地雷达数据的垂直交叉断面的二维剖面图的任意线。

步骤S102：采用车载三维探地雷达、管道检测、钻孔验证、三维激光扫描仪对隐患发育程度进行详查，确定地面塌陷隐患监测区

具体的，车载三维探地雷达的探测方法详见上述步骤S101，此处不再赘述。

管道检测可以采用电视检测(简称CCTV检测)和管道潜望镜检测。其中，电视检测是采用闭路电视系统进行管道检测，闭路电视系统是指通过闭路电视录像的形式，将摄像设备置于排水管道内，拍摄影像数据传输至计算机后，在终端电视屏幕上进行直观影像显示和影像记录存储的图像通信检测系统。检测系统一般包括摄像系统、灯光系统、爬行器、线缆卷盘、控制器、计算机及相关软件，是专门应用于地下管道检测的工具，它集光、机电、图像处理软件于一体，工业内窥镜检查仪配备高分辨率彩色监视器或USB口的笔记本电脑谢谢戴更方便，观察图像更清晰，使操作者利用高倍清晰彩色CCD，将观察到的一点及探伤部位借助独有的专业软件处理系统，进行冻结、放大、分析、测量、打印报告，极大提高判断管道内壁探伤部位的准确性。

管道潜望镜检测也叫电子潜望镜，它通过操纵杆将高放大倍数的摄像头放入检查井或隐蔽空间能够清晰地显示管道裂纹。堵塞等内部状况。设备由探照灯、摄像头、控制器、伸缩杆和视频成像和存储单元组成。

在地面塌陷巡查工作中，仅仅依靠肉眼目测、钢尺量测、影像拍照方式进行地质灾害的调查是不够的。在地面塌陷前期，对全路段地表采用地面式三维激光扫描技术，可以快速扫描获得地表隐患特征及周边环境的空间精确三维坐标等定量信息。

三维激光扫描仪采用全景扫描作业，对地面塌陷隐患体特征及周边复杂环境扫描，单站可在几分钟内生成非常详细的三维数据，形成照片般逼真的三维彩色点云图像数据，可以将地面塌陷隐患特征数字化，实现了作业路段内所有地面塌陷隐患识别及隐患特征矢量化。

科学合理地架设扫描机位，对采集高质量三维数据、提高测量精度、全面反映场景细节有着十分重要的意义。为有效满足地表损坏扫描要求，在普查三维扫描作业时，应符合以下扫描仪测站设置要求，有效解决道路干扰影响，减少冗余数据处理，提高扫描精度。

三维激光扫描仪架站位置应设置在视野开阔、地面稳定的安全区域，和塌陷隐患天保持足够安全距离，具体距离应根据现场实际情况决定；三维激光扫描仪扫描范围应覆盖整个地质灾害体，均匀布设，且设站数目要尽量少，减少扫描数据拼接误差；扫描仪镜头应与标靶有夹角，夹角角度为45°～85°,以获得标靶控制点较高精度的拟合坐标；采用道路交通管制措施，可选择城市道路车流量较少的夜间作业，测站采用“Z”字形对向交错布设原则，尽可能的选择利用较少的测站对扫描目标进行数据采集，测站间距控制在50m之内，可控制扫描数据误差积累，提高扫描作业效果。

内业采取Cyclone软件对扫描数据进行拼接、降噪抽稀、切割，获得扫描地点周边环境整体点云数据模型，进一步数据去噪，冗余数据切割，得到扫描地点道路地表点云图和侧视的点云数据模型。

通过三维扫描获取到全路段真彩色点云数据，借助内业处理软件，利用处理得到的俯视和侧视图，筛选出隐患体位置分布，进而对隐患缩放，三维旋转至合适视角，可量测出隐患长度、深度、表面积等特征信息数据。

通过提取对隐患体动态三维数据，快速绘制成等值线图和三维曲面图，进而根据相邻等值线疏密程度，直观呈现变形、沉陷等隐患表象特征的位置分布属性信息。

步骤S103：对地面塌陷监测区的影响区进行水准变形、水位、土体分层沉降、地表沉降监测；

具体的，静力水准法测量是依据连通管原理的方法，在每个测点设一容器，用液体连通管将容器连通，使各测点初始高程置于同一高程，在液体连通管及容器中注入无气液体，当各测点发生相对沉陷时，用电容传感器测量每个测点容器内液面的相对变化，再通过计算求得各点相对于基点的相对沉陷量。

在地面塌陷隐患点密集、危害程度相对较大区域，选择物探详查成果中的物探异常反应最强部位或中心部位上方，利用小型水磨钻机地面钻孔布设静力水准监测点，监测点个数宜不少于三个，每个观测点安装一套LY211A型大量程静力水准仪，每个静力水准仪均需加接三通接头，使各测点传感器与总线连接，基准点必须稳固。

在监测隐患区外安全稳定位置布设自动化采集仪和供电控制箱，静力水准仪有效量程应结合地下隐患体的尺寸大小和发育程度及地质条件综合确定，一般不小于1000mm，显示精度宜为0.01mm，实际精度应不小于0.1mm。供电电源可采用太阳能面板集中供电，工作电压控制在12v～36v，电缆和液体管宜路面切割开槽后埋设于道路下方不宜破坏位置。

静力水准仪的贮液容器相互用通液管完全连通，贮液容器内注入液体，当液体液面完全静止后系统中所有连通容器内的液面应同在一个大地水准面上▽O，此时每一容器的液位由传感器测出，即初始液位值分别为：A0、B0、C0、D0、E0，以基点A0为基准点，测点1的地基下沉，测点2的地基上升，测点3的地基下沉，测点4的地基不变等等，则各测点连通容器内的新液位值分别为：A1、B1、C1、D1、E1，计算△hi即可算出监测点沉降变化量。

步骤S104：采用全站仪实时监测地面塌陷隐患监测区的形变趋势。

可选的，步骤S104可以包括以下子步骤：

(1)全站仪对待监测区域自动划分格网并计算各格网交点当前的格网数据，其中，格网数据包括坐标和高差；

通过测定多个区域控制点的三维坐标以确定待监测区域；将待监测区域按设定值划分为格网；根据区域控制点，正反算计算出各格网交点的三维坐标；计算测站点与每个格网交点的水平角和竖直角，根据每个格网交点的水平角和竖直角自动旋转到该角度上，使用免棱镜测量测站点到各格网交点的距离，通过测得的距离，计算出各格网交点当前的高程。

(2)全站仪计算各格网交点当前的高差之差；

(3)全站仪将各格网交点当前的高差之差与各格网交点在上一次的高差之差相减，得到原始数据；

(4)全站仪向监测终端输出原始数据；

(5)监测终端利用狄洛尼三角形法或者克里金插值法对原始数据进行DEM建模，建立三维模型；

(6)监测终端向三维模型输入预设坐标，输出预设坐标对应的高差，即为预设坐标的变形量。

全站仪还应对各格网交点的格网数据进行大气改正、测站水平位移修正和测站垂直位移修正。

其中，大气改正的公式为：

式中，ΔG为大气改正，p为气压，t为气温，h为相对湿度，a为1/273.15，x＝(7.5*t/(237.3+t))+0.7857。

测站水平位移修正方式如下：

采用后方交会法设置测站点的坐标，并当观测墩坐标与上一次坐标的较差超过阀值时，采用新的测站点坐标计算到各格网交点的水平角和垂直角。

本实施例中，全站仪的型号可以选用TS30。采用TS30全站仪通过控制集成软件对待测区域进行自动无棱镜扫描，得出待测区域的三维坐标，并与原始数据比较得出表面唯一变化量，其高程的测量采用的是三角高程。该系统的全站仪控制部分(野外数据采集)，通过编写在全站仪上可以运行的程序，控制全站仪在确定待测区域后计算区域内的格网坐标，通过计算坐标找到相应点位，并测得高差。TS30是精度最高的全站仪之一，其角度精度是0.5＂；距离精度是(0.6mm+1ppm)。

全站仪自动化监测系统分为室外测量设备，传输设备，供电设备和室内控制设备。室外测量设备是徕卡全站仪TS30和徕卡360°小棱镜或反射片，若采用小棱镜时，埋深是低于道路地表，固定在地面塌陷隐患上。当隐患体发生位移时，小棱镜会随着仪器位移。通过全站仪对小棱镜的测量，得到检测对象的位移变化情况。传输设备是连接室外测量设备和室内控制设备，有条件的采用有线设备，考虑城市道路影响因素，主要选用无线传输设备，采用3G/4G网络。供电设备是为全站仪和传输设备提供电源的设备。此次供电设备采用专用适配器将12V电瓶转化为全站仪实用电压(9V)和无线传输设备使用电压(6V)。室内控制设备主要是通过传输设备控制全站仪对徕卡小棱镜的测量工作，同时对采集到的数据进行数据处理和数据分析。

优选的，采用全站仪对三维激光扫描仪的扫描精度进行验证。

采用徕卡LEICA P40激光扫描测量数据与高精度全站仪Ts30测量结构相比较的方法，评定激光扫描一Lerca P40数据的质量。电子全站仪在坐标测量方面拥有绝对的有事，精度已达mm级甚至更高，所以在本发明中采用全站仪Ts30三次测量地面控制点坐标，计算的到三次平均值作为坐标观测值的准真值，将激光扫描数据与其进行对比，以此衡量激光扫描数据的精度。

以测站点为坐标原点，建立独立的全站仪坐标系和扫描仪坐标系；按预设间距设置至少三个地面监测点，距离测站点最近的地面监测点与测站点之间设置至少一个标靶，相邻两个地面监测点之间设置至少一个标靶。

例如，设置三个地面监测点A、B、C，A与测站点间距为20m，A与B、B与C之间间距分别为30m、50m，A与测站点之间设置10个标靶，记为A1～A10，A与B、B与C之间也同样设置10个标靶，记为B1～B10、C1～C10。标靶采用Leica6英寸专用配套标靶。优选的，标靶采用公共参考球；标靶应在扫描范围内均匀分布且高低错落设置。

利用高精度的Leica Ts30全站仪测得标靶在全站仪坐标系下的三维坐标(X,Y,Z)；利用Leica P40三维激光扫描仪对标靶进行扫描，提取标靶在扫描仪坐标系下的三维坐标(x，y，z)。

从距离测站点最近的地面监测点与测站点之间选取一个标靶，从相邻两个地面监测点之间选取一个标靶，例如：选取A1、B6、C8号标靶，利用最小二乘法计算得到全站仪坐标系与扫描仪坐标系的旋转矩阵R和平移矩阵T；利用空间相似变换公式

将其他标靶在扫描仪坐标系下的三维坐标转换至全站仪坐标系下的坐标(x′，y′，z′)。

将相同标靶的三维坐标(x′，y′，z′)与三维坐标(X,Y,Z)进行对比，得到标靶在三个轴向的坐标差Ai(△x，△y，△z)(i＝2,3，···，9)，再根据点位中误差公式

求解三维激光扫描仪的点位精度。

在实际测量环境下，扫描仪测量精度与观测次数、扫描距离呈正相关性，距离越远则点位中误差则越大。Leica P40型扫描仪的点位精度，在距离20m时为±1.0mm，在距离30m时为±1.5mm，其X和Y方向的定位精度优于1mm，明显高于Z方向，Z方向主要受垂直角观测精度和反射率的影响，单点定位精度优于2mm；在距离50m时，点位精度达到±4.2mm。

本发明具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种应用于浅部砂层地面塌陷隐患监测方法，其特征在于，包括：

在隐患巡查后，采用车载三维探地雷达对疑似隐患路段进行全面普查，确定隐患分布；

采用车载三维探地雷达、管道检测、钻孔验证、三维激光扫描仪对隐患发育程度进行详查，确定地面塌陷隐患监测区；

对所述地面塌陷监测区的影响区进行水准变形、水位、土体分层沉降、地表沉降监测；

采用全站仪实时监测地面塌陷隐患监测区的形变趋势。

2.根据权利要求1所述的一种应用于浅部砂层地面塌陷隐患监测方法，其特征在于，还包括：采用全站仪对所述三维激光扫描仪的扫描精度进行验证。

3.根据权利要求2所述的一种应用于浅部砂层地面塌陷隐患监测方法，其特征在于，所述采用全站仪对所述三维激光扫描仪的扫描精度进行验证，包括：

按预设间距设置至少三个地面监测点，距离所述测站点最近的地面监测点与所述测站点之间设置至少一个标靶，相邻两个地面监测点之间设置至少一个标靶；

以所述测站点为坐标原点，建立独立的全站仪坐标系和扫描仪坐标系；

利用所述全站仪测得所述标靶在所述全站仪坐标系下的三维坐标(X,Y,Z)；

利用所述三维激光扫描仪对所述标靶进行扫描，提取所述标靶在所述扫描仪坐标系下的三维坐标(x，y，z)；

从距离所述测站点最近的地面监测点与所述测站点之间选取一个标靶，从相邻两个地面监测点之间选取一个标靶，利用最小二乘法计算得到所述全站仪坐标系与所述扫描仪坐标系的旋转矩阵R和平移矩阵T；

利用空间相似变换公式

将其他标靶在所述扫描仪坐标系下的三维坐标转换至所述全站仪坐标系下的坐标(x′，y′，z′)；

将相同标靶的三维坐标(x′，y′，z′)与三维坐标(X,Y,Z)进行对比，得到所述标靶在三个轴向的坐标差(△x，△y，△z)，根据点位中误差公式求解所述三维激光扫描仪的点位精度。

4.根据权利要求3所述的一种应用于浅部砂层地面塌陷隐患监测方法，其特征在于，所述标靶采用公共参考球；所述标靶应在扫描范围内均匀分布且高低错落设置。

5.根据权利要求1至4任一项所述的一种应用于浅部砂层地面塌陷隐患监测方法，其特征在于，所述采用三维激光扫描仪对隐患发育程度进行详查，包括：

所述三维激光扫描仪对作业路段进行扫描，获取点云数据；

对所述点云数据进行点云拼接、降噪抽稀、切割处理，得到俯视图和侧视图，筛选出隐患体位置分布；

量测隐患体的特征数据，其中，所述隐患体的特征数据包括隐患体的坐标、长度、深度和表面积；

根据隐患体的特征数据绘制等值线图和三维曲面图，根据相邻等值线的疏密程度直观呈现隐患表象特征分布位置及状态。

6.根据权利要求1所述的一种应用于浅部砂层地面塌陷隐患监测方法，其特征在于，所述采用车载三维探地雷达对隐患发育程度进行详查，包括：

对三维探地雷达数据进行去直流漂移和时间零点校正；

对去直流漂移和时间零点校正后的三维探地雷达数据进行预处理，所述预处理包括切除、振幅校正、水平滤波、带通滤波；

对预处理后的三维探地雷达数据依次进行插值、偏移；

根据插值、偏移后的三维探地雷达数据生成三维切片图和二维剖面图，并创建用于在三维切片图中显示三维探地雷达数据的垂直交叉断面的二维剖面图的任意线。

7.根据权利要求1所述的一种应用于浅部砂层地面塌陷隐患监测方法，其特征在于，所述管道检测包括电视检测和管道潜望镜检测。

8.根据权利要求1所述的一种应用于浅部砂层地面塌陷隐患监测方法，其特征在于，所述采用全站仪实时监测地面塌陷隐患监测区的形变趋势，包括：

所述全站仪对待监测区域自动划分格网并计算各格网交点当前的格网数据，其中，所述格网数据包括坐标和高差；

所述全站仪计算各格网交点当前的高差之差；

所述全站仪将所述各格网交点当前的高差之差与所述各格网交点在上一次的高差之差相减，得到原始数据；

所述全站仪向监测终端输出所述原始数据；

所述监测终端利用狄洛尼三角形法或者克里金插值法对所述原始数据进行DEM建模，建立三维模型；

所述监测终端向所述三维模型输入预设坐标，输出所述预设坐标对应的高差，即为所述预设坐标的变形量。

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