三维激光扫描仪在坡面土壤侵蚀研究中的应用

采用人工模拟降雨,在20°的坡面土槽上进行了3场降雨强度为60,90和105mm/h的降雨。通过使用三维激光扫描仪对每场降雨前后的坡面形态进行扫描,定量分析坡面土壤侵蚀量。结果表明,径流量及侵蚀量随着降雨强度的增加而增加,而且降雨强度增加对侵蚀量的影响大于对径流量的影响。使用三维激光扫描仪在降雨前后对坡面进行扫描,所得计算侵蚀量误差较小。3次计算误差分别为0.872%,9.349%和4.495%,计算误差均在10%以内。使用该仪器同时能够很直观地观察坡面侵蚀部位及破碎情况。使用三维激光扫描仪能够快速、精确地计算出坡面侵蚀体积及侵蚀量,同时能够很直观地观测到侵蚀的空间分布。     

基于三维激光扫描技术的粮食储量监测系统的设计与试验

为实现仓储粮储量在线实时监测,该研究开发了一种基于三维激光扫描技术的粮食储量在线监测系统。采用自主研制的倒置式粮仓专用型三维激光扫描仪对储粮进行扫描,通过上位机通讯、采集点云数据并控制扫描仪的工作过程,应用粮食体积计算软件实时计算储粮体积和数量,从而解决了仓储粮储量快速高精度监测的问题。使用该系统在中储粮某直属库进行系统验证试验,结果表明,测量得到的粮食体积满足最大误差不超过1%的技术指标,且经过多次试验检验,系统具有较好的稳定性、测量精度高、操作简便等优点,能够满足仓储粮储量监测的要求。该研究为实现仓储粮储量的快速实时在线监测提供了有效的方法。     

基于三维点云数据的苹果树冠层几何参数获取

针对果园环境下苹果树冠层参数获取精度较低的问题,提出了基于地面三维激光扫描仪高精度获取苹果树冠层参数的方法.选用Trimble TX8地面三维激光扫描仪作为苹果树冠层三维点云数据采集设备,提出了基于标靶球的KD-trees-ICP算法,用于高精度配准苹果树冠层三维点云数据.研究了平均风速小于4.5 m/s时,距离地面三维激光扫描仪不同远近条件下的标靶球配准残差和拟合误差的变化规律,分析结果表明,标靶球平均配准残差为1.3mm,平均拟合误差为0.95 mm,低于大场景测量配准误差要求(5mm).为了提高有风环境下提取苹果树冠层参数的精度,研究了0.9～4.5 m/s区间平均风速影响下的苹果树冠层枝干、果实、叶片的三维点云质量,建立了风速与叶片侧面厚度的曲线拟合模型,分析结果表明,在果园平均风速小于1.6 m/s时可以从苹果树冠层三维点云数据中提取高精度冠层参数.利用地面激光三维扫描仪获取距离苹果树12 000 mm以内冠层参数,测量精度高于人工测量,相对误差小于4％,为果树高通量信息获取提供了技术支持.     

人工模拟降雨下汶川震区滑坡堆积体产沙规律

为明确震区滑坡堆积体坡面产沙的特点,该文采用室内人工模拟降雨试验,对不同土石比(质量比为1:1、1:2、1:4)的滑坡堆积体侵蚀产沙规律进行研究。结果表明,同一土石比不同降雨强度与同一雨强不同土石比条件下,震区滑坡堆积体产沙随时间的变化形式,为波动型和平缓型。土石比和雨强对滑坡堆积体径流含沙量有显著影响,即当滑坡堆积体土石比为1:1时,稳定产沙率随着雨强增大而增大,即2.80 g/min(1.0 mm/min)7.76 g/min(1.5 mm/min)10.84 g/min(2.0 mm/min);在土石比为1:2雨强1.0 mm/min时没有产流产沙,1.5 mm/min雨强条件下的产沙率小于雨强2.0 mm/min的产沙率;土石比为1:4的滑坡堆积体在整个试验过程中没有产流产沙。土石比与平均产沙率、累积产沙量的偏相关系数相比于雨强更大,累积径流量和累积产沙量为极显著线性关系。研究为汶川震区滑坡堆积体的水土流失预测和治理提供理论依据。     

汶川震区滑坡堆积体坡面人工降雨入渗模拟研究

以汶川震区滑坡堆积体为研究对象,采用室内人工模拟降雨方法,探讨了堆积体坡面的入渗规律,并分析了滑坡堆积体在不同土石比(1∶1,1∶2和1∶4)、降雨强度(1.0,1.5,2.0mm/min)和坡度(40°,35°和30°)条件下的入渗特征。结果表明:(1)3种不同的土石比堆积体在不同的降雨强度条件下,土壤入渗率和累计入渗量所表现的规律各不相同,且两者之间差异显著;(2)根据3种入渗模型的对比分析,可知Horton模型为最适合震区堆积体的入渗模型;(3)当堆积体土石比为1∶1时,随着坡度的增大,堆积体的初始入渗率、稳定入渗率和累计入渗量随之增大,当堆积体土石比为1∶2时,随着坡度的增加,其稳定入渗率和累计入渗量大小为40°30°35°;当堆积体土石比为1∶4时,其入渗能力始终等于降雨强度,坡度对其入渗率和累计入渗量没有影响。     

三维激光扫描仪在土壤侵蚀监测中的应用——以青海省共和盆地威连滩冲沟监测为例

通过在青海省共和盆地多次野外调查的基础上,以威连滩冲沟沟头的南支沟为研究案例,采用三维激光扫描仪和亚米级的差分GPS分别对该支沟进行了侵蚀边界的监测,利用点云处理软件Real works Survey,AutoCAD和GIS软件对2种测量数据进行了处理计算和对比分析.结果表明,三维激光扫描仪在土壤侵蚀监测中非接触的高精度测量,可以真实反映地表形态;对于扫描仪没有扫描到的黑洞数据,高精度的差分GPS可作为一个局部的数据补充,并探讨了三维激光扫描技术在土壤侵蚀研究应用中的缺陷及其改进,旨在为水土流失监测提供一种新的思路和方法.     

基于点云采集设备的奶牛体尺指标测量

为验证Xtion在奶牛体尺测量上应用的可行性,该文以提高现有体尺指标测量技术的精度、效率及自动化程度为目标,选用Xtion作为采集设备,石膏奶牛模型和真实奶牛作为试验对象,在实验室环境下,采用高精度三维扫描仪扫描奶牛模型作为对比点云数据,以不同距离下Xtion采集的数据作为测试点云数据,通过统计误差定量分析数据精度和密度随采集距离变化的规律,以确定合适的采集距离。养殖场环境下,在小于1.2 m采集距离条件下利用Xtion获取奶牛点云数据,采用Meshlab对点云数据进行可视化和交互测量,定性分析阳光、体表材质等因素对获取点云数据质量的影响,并将交互测量与人工测量结果进行对比分析。结果表明,在遮挡太阳光和采集距离大于0.6小于1.2 m条件下,平均误差小于±5 mm,相对误差小于10%,Xtion作为点云采集设备用于奶牛体尺测量是可行的。     

汶川震区滑坡堆积体坡面土壤侵蚀率及水动力学参数研究

汶川震区滑坡堆积体土石结构松散,在降雨径流作用下易产生剧烈沟蚀,导致严重的水土流失,研究堆积体水流泥沙输移运动规律具有重要意义。根据野外调查结果,采用4种石土比(质量比分别为0∶1、1∶3、1∶2和1∶1),3级流量(4、8、12 L min-1),在近临界休止角34°和36°条件下进行放水冲刷试验,研究汶川震区滑坡堆积体土壤侵蚀率和水动力学参数的变化特征及其关系。结果表明:随着冲刷时间的推延,土壤侵蚀率、水流功率和单位水流功率逐渐减小,水流剪切力先增加后减小,过水断面单位能量先减后增再减小。全土以及石土比分别为1∶3和1∶1条件下,土壤侵蚀率、水流剪切力、水流功率和过水断面单位能量随流量的增加而增大;在石土比1∶2条件下,土壤侵蚀率随流量的增加而增大,水流剪切力、水流功率和过水断面单位能量随流量的增加,变化规律不稳定。水流剪切力、水流功率和过水断面单位能量对土壤侵蚀率的影响均可用幂函数方程描述,而单位水流功率的影响不显著。该结果可为汶川震区滑坡堆积体坡面土壤侵蚀模型的建立奠定基础。     

三维激光扫描技术在开发建设项目水土保持监测中应用初探

运用Optech ILRIS 36D地面三维激光扫描仪对某水电工程取料场开挖边坡进行三维扫描,获取料场同一边坡不同时期的三维点云数据.在Polyworks软件下,对获取的不同时期三维点云数据进行处理,建立模型,并在此基础上通过模型计算,在料场开采扰动面积、实施水土保持工程措施面积、料场开采量及其动态变化等方面获得较为准确的监测结果.     

基于WPF的粮仓三维激光测绘系统设计与开发

粮仓清仓查库是粮食储藏管理中必不可少的环节,关系国内粮食的宏观调控。该文针对传统的清仓查库方式中效率低,准确率低的问题,在搭建三维激光监测系统的基础上,提出基于三维激光扫描的粮堆快速三维建模与体积计算方法。利用三维激光测距传感器扫描粮堆表面轮廓,获取表面三维点云,再根据Delaunay原则对点云进行三角划分,最终利用微软WPF(windows presentation foundation)技术的3D渲染引擎完成粮堆三维模型的建立,而系统中粮堆体积的快速计算采用方格网算法。利用该系统在实验室搭建的试验粮堆上进行了试验。系统利用处理后的标准点云数据可快速准确地完成粮堆三维模型的建立。通过对试验数据的处理和分析,结果显示利用该系统对粮堆扫描后计算出的体积与真实体积的相对误差的平均值仅为0.318%。验证了该系统中所使用的体积计算方法的准确性与稳定性。该研究为粮仓的清仓查库提供了一种高效准确的方法。     

汶川地震震后降雨滑坡的类型、活动特征及发展趋势

汶川地震造成许多山体的整体性破坏,部分山体后缘出现裂缝,岩土体在主震作用下产生损伤,边坡稳定性大大降低,在降雨激发作用下极易产生新的滑坡灾害。在分析汶川震后滑坡发育条件变化和降雨滑坡现场调查的基础上,将震后降雨诱发滑坡分为5种类型。震后降雨滑坡的活动特征主要体现在以小型的塌滑最为典型且数量多,沿河道两岸广泛发育,且震区滑坡发生与降雨在时间上具有较强的对应关系,滑坡发生滞后时间短,在强暴雨条件下多为群发型滑坡。从震后降雨滑坡发展趋势来看,初期主要以中小型的滑塌为主,随着时间的推移,小型滑塌数量将逐渐减少,大型、特大型滑坡发生的数量可能会有一定程度的增加。     

强震区滑坡活动强度的演变及敏感性评价

[目的]探讨汶川地震强震区滑坡的活动强度演变与敏感性,为滑坡、泥石流等地质灾害风险管理提供依据。[方法]选取四川省都江堰市龙池镇龙溪河12条泥石流流域为研究区,通过对研究区震后4期遥感影像的滑坡解译分析,研究震后滑坡的活动演化特征;同时利用概率综合判别法—层次分析法对滑坡物源进行多期敏感性评价。[结果]地震后该区域产生了825个强震滑坡;2009—2017年,在强震滑坡区域外新增376个滑坡,至2017年,仍活动的滑坡数量减少到368个,占滑坡总数的30.6%,同时利用曲线下面积(AUC)检验多期敏感性评价结果,准确率为75.6%～81.4%,评价效果较好。[结论]强震区震后活动滑坡数量及高敏感性区域面积整体表现降低趋势,表明震后滑坡处于逐步恢复过程,强震区的地质灾害活动但活动强度仍远远高于震前。     

彭州市龙门山震后迹地植物群落生态恢复初探

汶川大地震不仅造成大量人员伤亡,并且严重破坏社会财产和生态环境。通过对彭州市龙门山区域选取地震崩塌地(地震创面裸地)、泥石流裸地(大型泥石流冲积扇)、滑坡体(整体滑坡)、居住地(灾后居民安置点)4类具有代表性区域进行样地调查和采样,分析了不同地震灾毁情况下植物群落恢复状况。结果表明:各类样地多样性指数大小为泥石流冲积扇>滑坡体>地震崩塌地>居民安置点;居民安置点与其他3类恢复地的多样性指数有明显差异,相似度也较低。说明这类群落恢复到原生群落可能需要较长的时间;土壤有机碳含量变化趋势为泥石流冲积扇>滑坡体>地震崩塌迹地,微生物量碳和易氧化态碳含量为滑坡体>泥石流裸地>地震崩塌地,而可溶性有机碳含量为地震崩塌地>泥石流裸地>滑坡体,表明在不同迹地上土壤有机碳不同组分的恢复进程存在差异。     

汶川震区陇南三家地滑坡稳定性分析及防治

"5·12"汶川地震诱发了大面积的山体滑坡,直接威胁人类的生命财产安全。陇南三家地老滑坡在这次地震期间前缘大规模滑动,并在前缘滑动牵引下诱发后缘形成贯通裂缝,严重威胁滑坡体上三家地村1 732村民的生命财产安全。因此,准确判断该滑坡稳定性,并采取相应的防治措施尤为重要。在对三家地滑坡进行现场勘查、室内试验和相关论证的基础上,阐述该滑坡的基本特征和成因,并运用传递系数法和数值模拟对该滑坡在不同工况下的稳定性及应力应变进行了计算、模拟和评价。研究结果表明,天然状态下,三家地老滑坡的整体稳定性系数为1.30～1.36,处于稳定状态;在地震和暴雨工况下,老滑坡的整体稳定性系数为1.02～1.09,处于欠稳定状态。最后,基于滑坡成因和稳定性评价结果,提出为提高滑坡稳定性应采取的加固措施。     

汶川地震前后崩塌和滑坡分布特征与敏感性对比分析

以汶川地震活动断裂龙门山断裂带穿过的12个县(市)为研究区,分析了研究区汶川地震前后崩塌和滑坡空间分布特征,并使用统计学方法Logistic回归模型分别对震前震后的崩塌和滑坡敏感性进行评价,结合崩塌和滑坡敏感性变化矩阵,分析了汶川地震后崩塌和滑坡敏感性的空间变化特征。震前崩塌和滑坡高敏感区主要沿河谷分布,而震后崩塌和滑坡高敏感区主要沿龙门山断裂带分布。震前的极高敏感区震后仍表现为极高敏感区,而靠近断裂带的区域,震前的低敏感区转换为高敏感和极高敏感区。     

汶川地震震中地区崩滑体的植被恢复与长期效应

[目的]评估汶川地震震中地区崩滑体自然植被恢复过程,旨在为该区震后地质环境恢复、灾害防治和重建提供依据。[方法]以四川省汶川县映秀镇为研究区,以多期空间分辨率为30 m×30 m的Landsat遥感影像为数据源,分析震后崩滑体上的植被动态恢复变化,结合地形因子分析地震9 a后植被恢复的空间分布特征。[结果]研究区震后至2011年,经历植被恢复程度较差,差等水平以下占比68%,期间暴雨泥石流活动频率高,至2013年后就达到一个较好的恢复水平,差等水平以下占比32%,之后就处于一个缓慢的恢复过程,至2017年植被恢复差等以下的崩滑体仍主要处于30°～50°的坡度区间,1 500～2 100 m高程区间、东南坡向。[结论]四川省汶川县映秀镇总体上经过近9 a的恢复过程,植被覆盖度恢复到0.74,与震前相比差值为0.08,根据拟合模型预计2022年植被覆盖度能恢复到震前水平,但仍主要以草本和灌木为主,植被种群结构与震前差异较大。     

Topographic controls of landslides in Rio de Janeiro: field evidence and modeling

Landslides are common features in the Serra do Mar, located along the southeastern Brazilian coast, most of them associated with intense summer storms, specially on the soil-mantled steep hillslopes around Rio de Janeiro city, where the favelas (slums) proliferated during the last few decades. On February 1996, hundreds of landslides took place in city of Rio de Janeiro triggered by intense rainstorms. Since then, many studies have been carried out in two experimental river basins in order to investigate the role played by the topographic attributes in controlling the spatial distribution of landslides inside them. Landslide scars and vegetation cover were mapped using aerial photographs and field observations. A detailed digital terrain model (4 m² resolution) of the basins was generated from which the main topographic attributes were analyzed, producing maps for slope, hillslope form, contributing area and hillslope orientation. By comparing these maps with the spatial distribution of the landslide scars for the 1996 event, a landslide potential index (LPI) for the many classes of the different topographic attributes was defined. At the same time, field experiments with the Guelph permeameter were carried out and a variety of scenarios were simulated with the SHALSTAB model, a process-based mathematical model for the topographic control on shallow landslides. The results suggest that most of the landslides triggered in the studied basins were strongly influenced by topography, while vegetation cover did affect landslide distribution. Between the topographic attributes, hillslope form and contributing area played a major role in controlling the spatial distribution of landslides. Therefore, any procedure to be used in this environment towards the definition of landslide hazards need to incorporate these topographic attributes.     

陇东地区黄土滑坡稳定性分析

在分析陇东地区地质环境背景的基础上,选择在坡度、坡高、滑坡体厚度等方面具有代表性的直线型、凸型、凹型和阶梯型黄土滑坡为计算模型,设定天然、饱水、地震和饱水+地震等4种工况,对不同类型、不同坡度、不同坡高、不同滑坡体厚度的黄土滑坡在各工况条件下的稳定性进行了分析。结果表明:从影响因素看,对滑坡稳定性影响最大的因素是坡度,其次是坡高;从工况条件看,诱发滑坡的主要因素是降雨入渗,其次是地震;从滑坡类型看,直线型滑坡稳定性相对较好,阶梯型滑坡和凸型滑坡次之,凹型滑坡稳定性最差。