摘要：TLS技术的产生和应用为边坡监测工作的开展创造了便利条件，不仅可以提高边坡监测效率，同时也可以确保边坡监测的准确度 。基于此，本文首先对TLS技术进行了简单介绍，其次从数据预处理、曲面重建、数据精度以及位移分析等方面对TLS技术在边坡监测 工作中的应用进行了探讨，希望可以为我国边坡地表监测工作提供一些帮助。
关键词：TLS技术；边坡地表位移；曲面重建
引言：从目前我国边坡监测工作开展的现状来看，还面临着很多困境，比如监测环境复杂、监测设施落后以及监测点设置不科学等等 ，在一定程度上降低了边坡位移监测效果。而对于TLS技术来说，可以对边坡的点云数据进行采集，在数据处理、曲面重建等的基础上 会形成边坡DEM，再通过DEM叠加、截面截取以及对比分析等，对边坡位移情况进行准确判断，因此通过TLS技术对边坡地表位移进行监 测是十分可行的。
1TLS技术简介
TLS的全称为Terrestrial Laser Scanning，是一种激光扫描技术，主要是指在地面通过激光扫描仪器对被测物体的三维坐标进行自动 、快速地获取，具有精度高、稳定性强等特点。和传统的GPS测量以及全站仪测量等单点测量方式不同，激光扫描可以对被测物体的大 量三维坐标进行获取，可以对被测物体的形态、位移情况等进行有效监测，因此被广泛应用在多种地表位移监测当中[1]。
2基于TLS技术的道路边坡地表位移监测研究
TLS技术在边坡地表位移监测中的应用主要体现在下述几个方面：
2.1数据预处理
在对点云数据进行预处理时，可以从去噪、配准以及精简等方面进行考虑。
第一，点云去噪。由于在对边坡数据进行获取时会受到外界环境的干扰，所以在通过激光扫描仪对采样点数据进行获取时，一定会出 现噪声点。利用点云去噪，可以对一些冗杂数据进行去除，对噪音点偏差值进行有效降低，进而增强物体形状的直观性与真 实性，其采样模型为：
Pa=mn（xa，ya，za）+ms（xa，ya，za）+ze（xa，ya，za）+zf（xa，ya，za）。
其中，ms（xa，ya，za）指的是由被测物体所存在的不足之处而产生的偏差，主要体现在表面波纹以及表面粗糙度等方面；ze（xa， ya，za）指的是测量系统自身的误差；zf（xa，ya，za）指的是测量系统由于受到一些因素的干扰而产生的随机误差，其影响因素主 要体现在热噪声以及电噪声等方面。
第二，点云精简。点云精简主要是通过一些特征点来增强点云模型的逼真效果。本文主要是通过随机采样法，对精简对象的边界进行 明确，再通过随机函数，对随机点进行去除，如此一来，不仅可以减少边坡地表位移监测的随机性，同时也可以减小地表位移监测偏 差，其精简流程为：首先，需要根据实际需要对阈值A进行合理设定；其次，需要对某一点所涉及到的三角平面片进行全面搜索，设其 总和为B，再将其中一个平面的法向量C作为基准，求出其余平面法向量Di和C的差值，并将其设为Fi；再次，将B-1个三维分量的值进 行取正，进而得到它的模，在此基础上取其均值，其公式为：
G= 。
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如果G A，那么需要将该点删除，反之，则需要对该点进行保留；最后对流程二和流程三进行重复，进而实现所有数据的有效处理。
第三，数据配准。数据配准指的是在同一坐标系中实现点云数据的集合。在这个过程中，可以对ICP算法以及特征点配准等进行灵活运 用，由于本文所选择的是一站点云数据，因此不需要进行配准[2]。
2.2曲面重建
曲面重建指的是对各种曲面重建方法进行灵活运用，目的在于让离散点云数据生成新的连续曲面。对于NURBS（非均匀的有理B样条） 来说，是一种优秀的建模方法，可以对规则曲线、自由曲线等进行有效表示，本文主要通过这种建模方法对曲面进行重建。
一方面，需要对NURBS模型曲线进行构建，其构建公式为：
P（a）= 。
其中，ti，j属于权因子；hi，j属于控制顶点；Mi，k（a）属于B样条的基函数。
另一方面，需要对NURBS模型曲面进行构建，其公式为：
P（a，b）= 。
A=[a0，a1，……ax+1]。
B=[b0，b1，……bx+1]。
其中，hi，j属于控制点的拓扑矩阵，是一个控制网格；ti，j属于权因子，对于四角顶点来说，应该使用正权因子；对于Mi，k（a） 以及Mj，l（b）等来说，属于B样条基函数；A、B则为节点矢量[3]。
2.3提高数据精度的措施
对于激光点云数据的精度来说，具有多种影响因素，其中影响比较大的因素包括扫描距离和扫描体颜色。为了对边坡监测要求进行有 效确保，在对边坡点云数据进行采集以及处理时，需要采取一些有效手段，进而对误差进行有效避免。比如，可以对边坡和TLS之间的 距离进行适当减小，进而降低监测误差；同时也可以选择一站式扫描，进而对配准误差进行避免；另外，在扫描过程中，可以将云质 量调到“高质量”，进而对误差进行缩小。
2.4地表位移监测分析
通过TLS技术对边坡地表位移进行监测，实际上就是在公共点的基础上，将各个期的点云DEM进行叠加，然后再对各个截面进行截取， 最后对不同期点云模型的差值进行对比分析，进而对边坡地表的位移情况进行准确判断。
结论：总而言之，TLS技术是提高边坡位移监测水平的有效手段，是边坡位移监测发展的一大趋势。因此对于边坡监测人员来说，应该 意识到TLS技术对边坡监测的重要性，在明确其内涵的基础上，对其进行合理应用，通过去噪、配准以及精简等方式对数据进行预处理 ，再通过NURBS模型对曲面进行重建，同时也要采取有效手段对数据精度进行确保，最后在对比分析的基础上，实现边坡位移情况的准 确判断。另外，对于边坡监测人员来说，也需要对TLS技术进行深入研究，对它的潜在价值进行全面挖掘，进而增强边坡监测效果，对 边坡的稳定性以及安全性等进行保障。
参考文献：
[1]孟万利，蔡来良，王姗姗，等.基于TLS技术的矿区地表沉降快速自动获取研究[J].地理与地理信息科学，2017，33（3）：36-41.
[2]刘德贺，史玉峰.基于TLS技术的道路边坡地表位移监测研究[J].森林工程，2018（2）.
[3]陈卫.基于TLS技术的危岩体变形监测方法研究[D].长安大学，2014.
论文作者:付波
论文发表刊物:《基层建设》2018年第18期
论文发表时间:2018/7/18
标签：位移论文; 坡地论文; 数据论文; 曲面论文; 技术论文; 对边论文; 误差论文; 《基层建设》2018年第18期论文;