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摘 要

高耸建筑物指的是高度较高横断面较小的建筑物，对倾斜变形非常敏感，倾斜度是检测其稳定性的重要指标。地面三维激光扫描技术可直接快速地扫描物体表面，高效获取具有三维坐标和一定属性的点云数据，是高精度数字化的数据获取技术。针对传统单点测量外业工作繁重、无法反映高耸建筑物整体变形的问题，提出了基于地面三维激光扫描技术的高耸建筑物倾斜监测方法，通过点云配准、点云去噪及点云精简处理点云数据，完成了点云数据预处理；采用分层处理的方法，通过点云分层、边界提取及直线拟合计算了倾斜度。结合某高耸建筑物点云数据，验证了该方法在高耸建筑物变形监测方面的可行性，该方法对实际生产具有一定的指导意义。

关键词：地面三维激光扫描 点云数据 高耸建筑物 倾斜度

Research on tilt monitoring of high-rise buildings based on Terrestrial Laser Scanning

Abstract

High-rise buildings refer to buildings with a high height and a small cross-section, which are very sensitive to tilt deformation, and the inclination is an important indicator for detecting its stability. The terrestrial 3D laser scanning technology can directly and quickly scan the surface of the object, efficiently acquire point cloud data with three-dimensional coordinates and certain attributes.It is a high-precision digital data acquisition technology. Aiming at the problem that the traditional single-point measurement field work is heavy and can not reflect the overall deformation of high-rise buildings, a high-rise building tilt monitoring method based on terrestrial 3D laser scanning technology is proposed, which uses point cloud registration, point cloud denoising and point cloud reduction. The point cloud data is processed, and the point cloud data preprocessing is completed. The layered processing method is used to calculate the slope by point cloud layering, boundary extraction and straight line fitting. Combined with the point cloud data of a high-rise building, the feasibility of the method in the deformation monitoring of high-rise buildings is verified. This method has certain guiding significance for actual production.

Key words:Terrestrial 3D Laser Scanning;point cloud;high-rise building;slope

目录

摘要 Ⅰ

ABSTRACT Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1研究背景与意义 1

1.2国内外研究现状 2

1.3研究内容 3

第二章 点云数据预处理 5

2.1点云配准 5

2.2点云去噪 6

2.3点云精简 7

2.4本章小结 7

第三章 高耸建筑物倾斜度计算 9

3.1点云分层 9

3.2直线拟合 9

3.3倾斜度计算 10

3.4本章小结 10

第四章 实验与分析 11

4.1数据获取 11

4.2水塔点云数据处理 11

4.3数据处理结果与分析 12

4.4本章小结 14

第五章 总结与展望 16

5.1总结 16

5.2展望 16

参考文献 17

致谢 19

第一章 绪论

1.1研究背景与意义

在工程施工和竣工使用期间，建筑物会由于地表不稳定、不均匀沉降以及外力作用等影响因素产生形状、大小及位置的变化，这种随着时间和空间产生的变化称作变形。由于高耸构筑物的结构特点，其倾斜变形会严重危害它的安全运行，因此对高耸建筑物进行倾斜变形监测势在必行。

传统的变形监测方法主要使用传统的测绘仪器，采用大地测量技术为主的传统变形监测方法，对一个个单点进行测量，得到建筑物的沉降、倾斜等情况。传统变形测量的方法和它们的原理都已经比较成熟，已经有了相应的变形监测技术流程和变形监测规范标准，对变形监测使用到的仪器、观测的点数和周期、测量精度等方面做出了严格的要求。但是传统的变形监测需要布控变形监测网，在目标建筑物上布设一个个相应的单点。使用全站仪布设导线网和使用水准仪和经纬仪观测这些单点都是非常繁琐的过程。传统的变形监测是对单个离散点的测量，它的工作量随着观测点个数的增加而增加，并且观测过程受地面地形、地物条件的限制。

地面三维激光扫描（Terrestrial Laser Scanning, TLS）技术是近年来发展起来的新型测量技术，它的出现迅速引起了世界各国测绘工作者的关注，迅速的应用到变形监测的各个领域，是国内外变形监测领域的热点之一。地面三维激光扫描仪通过激光反射原理测得一个个目标物表面点的信息，这些点的集合称为点云数据。点云数据为变形监测提供足够的基础数据，突破了传统单点测量方式的局限，不受地面地形、地物条件的限制，具有速度快、非接触性及精度高等特性，省去了布网布点的工作，大大减少了外业工作的工作量。与此相对，三维激光扫描技术的内业工作较为复杂，点云数据处理没有通用的方法，需要具体情况具体分析，相关精度评定没有统一的标准。

本文利用Faro Focus3D Scanner地面三维激光扫描仪采集了南京某水塔的点云数据，通过点云配准、去噪及精简等步骤，处理水塔的点云数据，计算监测对象倾斜度，判断其运行状态。研究基于TLS的倾斜监测方法对高耸建筑物倾斜变形监测具有一定的借鉴意义。

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