1、8081到借鉴。建议在今后的公共设施、新建社区选址中，结合“三江六岸”专篇规划、大运河保护规划相关要求，注重城市中河湖环境资源的利用与结合，在诸如月湖历史街区的保护利用中适当恢复、再现传统“湖居生活”的景观；在其他新开发区域中，体现水岸与人居的结合，如宁波东部新城规划建设中，已经就后塘河景观在城市新建区域的利用做出了新的探索，值得其他区域学习借鉴。3）在城乡生态环境建设的体系中，注重河网湿地保护。目前宁波拥有湿地类型 5 类 15 型，8 hm2以上湿地总面积 23.17 万 hm2，相当于市域面积的23.6%，湿地面积位居全省第一。湿地成因有多种，除了近些年颇受关注的海岸湿地外，与塘河水系更
2、为接近的是河流湿地和传统农业形成的人工湿地。由于浙东运河区域自然河道、人工河道、灌溉系统往往是联系在一起的，因此也可以视为一种互相关联的景观。当年广德湖、今天东钱湖周边都有大量过渡性湿地存在。尤其是历史上的广德湖，作为目前宁波中心城区西部近郊，恢复大湖自然不具备可行性，但是利用城西区域残留的中塘河、西塘河水系，恢复当年的湿地环境，无论在景观、行洪、灌溉上都是极具可操作性，将会成为新的城市景观，并在翠屏山中央公园、宁波枢纽、姚江新城的建设中，探索出一条生态与城市开发相结合新道路。4）要结合大运河国家公园建设，保护塘河市镇遗存。河道的交通节点或者重要水工设施所在区域，往往发展成为市镇，这些市镇也见
3、证着水道的作用与发展。各地大运河国家公园保护规划不约而同提出“沿线名城名镇保护修复”工作，正是基于这种思考。宁波地区塘河相关市镇的保护开发依然大有可为。在重要的交通节点遗存方面，鄞西西塘河边的高桥镇，作为浙东运河进入宁波城的最后一个自然河道与人工河道的转换节点，宋代以来一直是交通要道，大西坝是江河联通的活化石，西塘河沿线排布石塘老街、高桥、新桥、望春老街等一系列遗迹。鄞东后塘河上的五乡镇则因为当年鄞东七乡中的老界、翔凤、手界、丰乐、阳堂五乡之水，都要通过五乡碶经小浃江入海而兴盛，因此五乡也是一座依后塘河展开的古镇，现在沿后塘河布置的市镇格局和皎碶桥等水工设施遗存都是当年水运繁华的见证。建议在相
4、关区域的建设和改造中，继续重视这种线性遗产中的节点区域，保留住“鱼虾衣角裹，鹅鸭担头鸣，白酒喧茅店，红装纳竹籝，亲朋大都在，街口竞呼名”15的江南景象。4 结 语宁波的塘河系统既是这座前年古城发展演变的“配套工程”，也是浙东运河宁波段的“毛细血管”，更是宁波作为“海丝”古港的遗存和见证。深刻认识、保护、利用好宁波的塘河，是完整表达宁波“河海名城”文化价值，提升宁波城建设水平的极好切入点，相信通过努力，“塘河的摩登时代”即将到来。参考文献：1 陈桥驿长江三角洲城市化问题研究 J杭州师范学院学报，1999（5）：12 万献初“池塘生春草”中“塘”的音义考辨：兼论与“塘”紧密相关的一组同源词 J语文
5、知识，2008（1）：52-563 汉语大词典编纂处康熙字典：标点整理本 M.上海：汉语 大词典出版社，2002：1684 林正秋古代的杭州 J浙江大学学报，1978（2）：130.5 舒亶风堋碶记 M/高宇泰敬止录：点校本宁波：宁波 出版社，2015：160.6 周镐永镇塘记M/天一阁博物馆天一阁藏历代方志汇刊：影印本北京：国家图书馆出版社，2017：290.7 邹逸麟广德湖考 J中国历史地理论丛，1985（2）：208-2198 王廷秀水利记 M/高宇泰敬止录：点校本宁波：宁波出 版社，2019：122.9 宁波市鄞州区水利志编纂委员会鄞州水利志 M北京：中 华书局，2009：797.10
6、 罗浚宝庆四明志：卷五 M/宋元地方志丛刊：第 5 册北 京：中华书局，198911 李心传建炎系年要录 M台北：台湾文海出版社，1980：5037.12 邱志荣，赵任飞闸务全书三刻 M扬州：广陵书社，2018：28.13 陈伟权丈亭唱响三江曲 J文化交流，2012（7）：1514 章国庆天一阁明州碑林集录 M上海：上海古籍出版社，2008：223-22415 乐承耀宁波农业史 M宁波：宁波出版社，2013：293.（责任编辑 介 ）渡槽安全评估中空地点云融合方法应用研究丁国章1，胡栋辉2，吉顺文1，何朝辉3，来 晟3（1.浙江省水利河口研究院（浙江省海洋规划设计研究院），浙江 杭州 3100
7、17；2.余姚市水利局，浙江 余姚 315400；3.浙江广川工程咨询有限公司，浙江 杭州 310020）摘 要：激光点云已经成熟应用于测绘领域，其高精度、高效率、高密度的特性在水利工程安全检测方面得到了认可与推广。以渡槽安全检测为例，通过机载 Lidar 和背包式三维激光扫描仪联合作业，探讨了 3 种不同的点云融合方法，并从采集效率、处理效率、质量 3 个方面进行对比，着重评估云匹配法与同一坐标系法的点云融合精度质量，通过实验对比证明了同一坐标系法的融合精度优势。关键词：三维激光；点云融合；渡槽；安全评估；形变检测中图分类号：TV672.3 文献标志码：A 文章编号：1008-701X（20
8、23）05-0081-06DOI：10.13641/ki.33-1162/tv.2023.05.015Application Research of Air-ground Cloud Fusion in Aqueduct Safety AssessmentDing Guozhang1，Hu Donghui2，Ji Shunwen1，He Chaohui3，Lai Sheng3（1.Zhejiang Institute of Hydraulics&Estuary（Zhejiang Institute of Marine Planning and Design），Hangzhou 310017，Z
9、hejiang，China；2.Water Bureau of Yuyao，Yuyao 315400，Zhejiang，China；3.Zhejiang Guangchuan Engineering Consulting Co.，Ltd.，Hangzhou 310020，Zhejiang，China）Abstract：Laser point cloud has been maturely applied in the field of surveying and mapping，and its high precision，high efficiency and high density ha
10、ve also been recognized and promoted in the safety detection of water conservancy projects.Taking the aqueduct safety detection as an example，this paper discusses three different point cloud fusion methods through the joint operation of airborne Lidar and backpack 3D laser scanner，and compares them
11、from three aspects of acquisition efficiency,processing efficiency and quality，focusing on evaluating the accuracy and quality of point cloud fusion under cloud matching method and the same coordinate system method.The comparison shows that the same coordinate System method has more accuracy.Key wor
12、ds：3D laser；point cloud fusion；aqueduct；safety assessment；deformation detection收稿日期：2023-05-11基金项目：浙江省水利科技计划项目（RC2150）；浙江省水利河口研究院院长科学基金重点项目（ZIHE21Z004）作者简介：丁国章（1986），男，工程师，硕士研究生，主要从事水利三维激光扫描及点云后处理工作。email：ding_0 引 言渡槽是南水北调工程中重要的交叉建筑物1，数十年来，渡槽在华东南部山区乡村供水、农田灌溉发挥着重要的调度作用，滋养着山区宝贵的农田，造福沿途的百姓2。但是，渡槽这样的水利设
13、施多建于 20 世纪 70 年代左右3，距今已达 50 a 之久，受到气候、氧化、腐蚀等因素的影响而自然老化，在长期静载或地震荷载作用下，强度和刚度均已降低4-5。历经几十年的风雨，原来渡槽之下的原野已不复存在，被繁华的新时代农村代替，为了推进水利高质量发展及保障乡村振兴的基础设施建设，科学高效的渡槽安全评估工作迫在眉睫6-7。第 5 期 总第 249 期2023 年 9 月浙 江 水 利 科 技Zhejiang HydrotechnicsNo.5 Total No.249Sept.2023第 5 期/总第 249 期浙 江 水 利 科 技82831 一般评估方法渡槽安全检测主要有外观质量、形
14、变、混凝土强度、碳化深度、钢筋保护层厚度等多个项目。本文主要讨论的是渡槽形变评估中点云融合方法的研究，一般形变评估的方法是目测观察外立面，再结合皮尺、全站仪量测。具体做法：人工巡查渡槽周身，备注隐患处，利用皮尺和全站仪进行测量，获得渡槽部分参数，与设计值进行比较，得到形变偏差值。这种方法有几个弊端：人工目测寻找隐患处，凭借个人经验，容易缺漏；皮尺和全站仪的测量，属于点状测量，覆盖范围有限，反应的参考值比较局限；人工巡查和常规测量的人力和时间成本都比较高。2 点云评估方法三维激光在测绘领域的成熟应用已经得到广泛的认可，在水利工程的安全检测方面也得到推广应用8-9。对于渡槽而言，机载 Lidar、
15、架站式三维扫描、背包式三维扫描都可以作为数据采集方式。机载 Lidar：对于长距离的渡槽而言，作业效率高，覆盖范围广，不受地形限制，自带 RTK 模块的信号也不受影响，但是，激光点的密度一般，渡槽底部盲区无法覆盖。架站式三维扫描：对于结构复杂的渡槽而言，点云密度高，分辨率高，但是，作业效率低，多站式的拼接需要借助标靶球实现精确拼站，增加工作量，另外，渡槽顶部亦无法覆盖扫描。背包式三维扫描：可以实现边巡查边扫描，操作灵活便捷，点云密度处于机载 Lidar 与架站式三维激光之间。综上所述，兼顾效率和质量，本次选择机载Lidar 和背包式三维激光联合作业。由飞手操作M300 飞行器按照预定航线采集覆
16、盖渡槽的 Lidar数据，另一技术员背负 R8，按照“S”型绕渡槽槽墩全过程采集 slam 激光数据。数据处理按照解算、去噪、匹配、赋色的步骤分别得到 2 种作业方式的点云成果数据。作业设备见表 1 和图 1。表 1 作业设备清单设备名称应用设备性能经纬 M300 RTK飞行器最大飞行时间：空载 55 min、满载 31 min禅思 L1机载激光雷达有效点云 240 000 p/s，最大测量距离 450 m欧四徕 R8背包式激光扫描仪有效点云 640 000 p/s，相对精度 1 cm图 1 机载 Lidar 与背包式激光扫描仪渡槽检测现场图3 空地融合的方式点云的格式较多，从压缩度和多平台应
17、用的角度，las 格式的通用性较强。市面上，激光雷达设备诸多，各家硬件厂商均有各自的内部解算方法，第一时间采集的数据是不能够直接使用的，需要通过各自硬件匹配的软件进行数据结算，然后输出为统一的数据格式，如“*.las”。机载 Lidar 与地面站的点云融合可以有几种方式，像控法、云匹配法（cloud to cloud）、同一坐标系法。3.1 像控法在作业准备阶段，渡槽周边布设 4 个以上的地面像控点，尽可能完全的包围渡槽，像控点标志明显，选址视野开阔，无遮挡，边缘锐利，大小符合作业标准。无人机和背包式三维激光扫描作业时，确保激光扫描范围覆盖像控点，比如像控点为 Pi=（xi，yi，zi）（i=
18、1，2，3，4），根据空间定位几何基础原理，机载 Lidar 扫描的渡槽体视为空间 A，背包式扫描的渡槽体视为空间 B，为了确保空间 A 与空间 B 的重合，即通过像控点可以确定空间 A 和空间 B 中的随机点 O（x0，y0，z0）为同一个空间的点，第 5 期/总第 249 期浙 江 水 利 科 技节点 Pi与随机点 O 之间的距离为 Di，换句话说就是由像控点确定的随机点都只有唯一性，见图 2。图 2 空间定位几何原理图SpaceASpaceBXYZOD1D2D3D4P1P2P3P4随机点 O 与节点 Pi之间的距离关系可以构建方程组如下：(x-x1)2+(y-y1)2+(z-z1)2=D
19、 12(x-x2)2+(y-y2)2+(z-z2)2=D 22(x-x3)2+(y-y3)2+(z-z3)2=D 32 (x-x4)2+(y-y4)2+(z-z4)2=D 42 （1）式（1）经过方程组解算和转换，可以得到一个线性方程组：（2）x1-x2 y1-y2 z1-z2x1-x3 y1-y3 z1-z3x1-x4 y1-y4 z1-z43=8 det由式（2）可知，当 3=0 时，方程组无解，此时 P1、P2、P3、P4在同一平面上；而当 30 时，方程组有唯一解，此时 P1、P2、P3、P4不在同一平面上。在野外实际布设像控点时，渡槽周边布设的4 个角点只要有高差即可满足唯一性要求。
20、3.2 云匹配法云匹配法，又称作 cloud to cloud，顾名思义，由点云与点云之间进行匹配。可以手动拼接、也可以由软件识别操作，一般建议先手动粗匹配，再由软件实现精确配准。云匹配法示意见图 3，假设以机载 Lidar 渡槽成果作为固定参照，拖动背包式点云成果，拖动时寻找公共点X，让公共点X重合，分别从X轴、Y轴、Z 轴 3 个方向上参考拖动，直到 3 个方向上的 X 点都是重合的。图 3 云匹配法示意图cloud Acloud B匹配cloud Acloud B机载 Lidar 数据与背包式的数据处在 2 个不同的空间中（图 4 和图 5），采用云匹配法进行数据融合，红、蓝、绿三轴可以
21、实现整体沿对应轴滑动点云，红、蓝、绿三环可以实现沿对应环旋转点云，最后的结果见图 6，灰色的点云为机载 Lidar，蓝色的为背包式数据，实现了点云数据 2 种采集方式的良好融合。图 4 渡槽的 2 种不同扫描方式汇集的点云成果图背包式激光点云渡槽数据机载 Lidar 渡槽数据图 5 云匹配法拖动过程图丁国章，等：渡槽安全评估中空地点云融合方法应用研究82831 一般评估方法渡槽安全检测主要有外观质量、形变、混凝土强度、碳化深度、钢筋保护层厚度等多个项目。本文主要讨论的是渡槽形变评估中点云融合方法的研究，一般形变评估的方法是目测观察外立面，再结合皮尺、全站仪量测。具体做法：人工巡查渡槽周身，备注
22、隐患处，利用皮尺和全站仪进行测量，获得渡槽部分参数，与设计值进行比较，得到形变偏差值。这种方法有几个弊端：人工目测寻找隐患处，凭借个人经验，容易缺漏；皮尺和全站仪的测量，属于点状测量，覆盖范围有限，反应的参考值比较局限；人工巡查和常规测量的人力和时间成本都比较高。2 点云评估方法三维激光在测绘领域的成熟应用已经得到广泛的认可，在水利工程的安全检测方面也得到推广应用8-9。对于渡槽而言，机载 Lidar、架站式三维扫描、背包式三维扫描都可以作为数据采集方式。机载 Lidar：对于长距离的渡槽而言，作业效率高，覆盖范围广，不受地形限制，自带 RTK 模块的信号也不受影响，但是，激光点的密度一般，渡
23、槽底部盲区无法覆盖。架站式三维扫描：对于结构复杂的渡槽而言，点云密度高，分辨率高，但是，作业效率低，多站式的拼接需要借助标靶球实现精确拼站，增加工作量，另外，渡槽顶部亦无法覆盖扫描。背包式三维扫描：可以实现边巡查边扫描，操作灵活便捷，点云密度处于机载 Lidar 与架站式三维激光之间。综上所述，兼顾效率和质量，本次选择机载Lidar 和背包式三维激光联合作业。由飞手操作M300 飞行器按照预定航线采集覆盖渡槽的 Lidar数据，另一技术员背负 R8，按照“S”型绕渡槽槽墩全过程采集 slam 激光数据。数据处理按照解算、去噪、匹配、赋色的步骤分别得到 2 种作业方式的点云成果数据。作业设备见表
24、 1 和图 1。表 1 作业设备清单设备名称应用设备性能经纬 M300 RTK飞行器最大飞行时间：空载 55 min、满载 31 min禅思 L1机载激光雷达有效点云 240 000 p/s，最大测量距离 450 m欧四徕 R8背包式激光扫描仪有效点云 640 000 p/s，相对精度 1 cm图 1 机载 Lidar 与背包式激光扫描仪渡槽检测现场图3 空地融合的方式点云的格式较多，从压缩度和多平台应用的角度，las 格式的通用性较强。市面上，激光雷达设备诸多，各家硬件厂商均有各自的内部解算方法，第一时间采集的数据是不能够直接使用的，需要通过各自硬件匹配的软件进行数据结算，然后输出为统一的数
25、据格式，如“*.las”。机载 Lidar 与地面站的点云融合可以有几种方式，像控法、云匹配法（cloud to cloud）、同一坐标系法。3.1 像控法在作业准备阶段，渡槽周边布设 4 个以上的地面像控点，尽可能完全的包围渡槽，像控点标志明显，选址视野开阔，无遮挡，边缘锐利，大小符合作业标准。无人机和背包式三维激光扫描作业时，确保激光扫描范围覆盖像控点，比如像控点为 Pi=（xi，yi，zi）（i=1，2，3，4），根据空间定位几何基础原理，机载 Lidar 扫描的渡槽体视为空间 A，背包式扫描的渡槽体视为空间 B，为了确保空间 A 与空间 B 的重合，即通过像控点可以确定空间 A 和空间
26、 B 中的随机点 O（x0，y0，z0）为同一个空间的点，第 5 期/总第 249 期浙 江 水 利 科 技节点 Pi与随机点 O 之间的距离为 Di，换句话说就是由像控点确定的随机点都只有唯一性，见图 2。图 2 空间定位几何原理图SpaceASpaceBXYZOD1D2D3D4P1P2P3P4随机点 O 与节点 Pi之间的距离关系可以构建方程组如下：(x-x1)2+(y-y1)2+(z-z1)2=D 12(x-x2)2+(y-y2)2+(z-z2)2=D 22(x-x3)2+(y-y3)2+(z-z3)2=D 32 (x-x4)2+(y-y4)2+(z-z4)2=D 42 （1）式（1）经
27、过方程组解算和转换，可以得到一个线性方程组：（2）x1-x2 y1-y2 z1-z2x1-x3 y1-y3 z1-z3x1-x4 y1-y4 z1-z43=8 det由式（2）可知，当 3=0 时，方程组无解，此时 P1、P2、P3、P4在同一平面上；而当 30 时，方程组有唯一解，此时 P1、P2、P3、P4不在同一平面上。在野外实际布设像控点时，渡槽周边布设的4 个角点只要有高差即可满足唯一性要求。3.2 云匹配法云匹配法，又称作 cloud to cloud，顾名思义，由点云与点云之间进行匹配。可以手动拼接、也可以由软件识别操作，一般建议先手动粗匹配，再由软件实现精确配准。云匹配法示意见
28、图 3，假设以机载 Lidar 渡槽成果作为固定参照，拖动背包式点云成果，拖动时寻找公共点X，让公共点X重合，分别从X轴、Y轴、Z 轴 3 个方向上参考拖动，直到 3 个方向上的 X 点都是重合的。图 3 云匹配法示意图cloud Acloud B匹配cloud Acloud B机载 Lidar 数据与背包式的数据处在 2 个不同的空间中（图 4 和图 5），采用云匹配法进行数据融合，红、蓝、绿三轴可以实现整体沿对应轴滑动点云，红、蓝、绿三环可以实现沿对应环旋转点云，最后的结果见图 6，灰色的点云为机载 Lidar，蓝色的为背包式数据，实现了点云数据 2 种采集方式的良好融合。图 4 渡槽的
29、2 种不同扫描方式汇集的点云成果图背包式激光点云渡槽数据机载 Lidar 渡槽数据图 5 云匹配法拖动过程图丁国章，等：渡槽安全评估中空地点云融合方法应用研究8485 图 6 云匹配法匹配结果图3.3 同一坐标系法（GNSS 模式法）激光雷达作为测物设备，仅能获取被测物的相对于激光雷达的位置，构建一个虚拟的相对空间坐标系，如果机载 Lidar 与背包式三维激光扫描仪可以感知设备本身在同一坐标系中的绝对位置，那么它们获取的数据也将在同一坐标系中保持一致。GNSS 模块便发挥出重要作用，集成了 GNSS 模块的激光雷达，可以精确定位自身位置，无论机载Lidar 还是背包式三维激光扫描仪均可以实现被
30、测目标的精确定位，见图 7。图 7 机载 Lidar 与背包式扫描仪在 GNSS 模式下作业原理图SatellitesAirborne LidarAqueductWearable Scanner4 染色对比分析综合以上 3 种融合方式进行简单比对，可以得出表 2：表 2 3 种融合方法对比表方法名称效率质量采集处理像控点法低低取决于像控点的精度、刺点精度（人工判断）云匹配法高低取决于人工调整的精度同一坐标系法高高取决于 GNSS 的精度作业效率方面：鉴于像控点布设工作的时间成本，像控点法在点云数据采集效率不如云匹配法，而在采集效率和处理效率上均不如同一坐标系法，云匹配法虽然采集效率上等同于同一
31、坐标系法，但是因数据处理阶段，手工调整点云配准的用时不确定性又影响了作业效率。点云质量方面：像控点法与云匹配法较多地依赖于人工后期处理，给点云质量带来较多不确定因素。而同一坐标系法只取决于卫星解算和虚拟基站数据解算的质量。综上，从采集效率上，可以先排除像控点法；云匹配法的质量与同一坐标系法的质量差异，将通过下面实验比对得出结论。4.1 云匹配法首先将同一渡槽的机载 Lidar 和无 GNSS 信息的背包式激光数据进行云匹配（见图 8），再将两组数据分别赋色（见图 9），沿渡槽槽墩顶部垂直渡槽的方向进行剖切，得到槽墩侧面的轮廓点云集，最后抽取相同槽墩相同位置的双色点云，进行偏差比对，计算出该模式
32、下点云融合的中误差。a)RGB 模式 b)单独赋色图 8 匹配过程中的机载 Lidar 和背包式激光数据图图 9 匹配后的机载 Lidar（绿色）和背包式激光数据图（粉色）图 10 中，分别抽取 5 个渡槽槽墩作为检验目标，以渡槽水流平面作为 XY 平面，垂直于 XY 平面为 Z 轴，沿 Z 轴俯视渡槽水流面，从 1 号槽墩到5 号槽墩，分别沿 Z 轴垂直于水流方向切割，获取槽墩轮廓断面（见图 11），从轮廓断面中，再抽取任意位置的邻近绿色点与粉色点，计算点位中误差，评估点云融合质量，融合结果见表 3。第 5 期/总第 249 期浙 江 水 利 科 技丁国章，等：渡槽安全评估中空地点云融合方法
33、应用研究图 10 云匹配法中渡槽点云融合数据俯视图 1 2 3 4 5 水流方向 1 2 3 4 5图 11 云匹配法中剖切后的槽墩点云轮廓图 表 3 云匹配法中点云融合随机抽样对比表（数据已偏移处理）单位：mxyhxyhxyh6 437.8463 786.22817.2546 438.1813 786.32917.259-0.335-0.101-0.0056 725.6843 784.46614.0366 725.7253 784.54314.048-0.041-0.077-0.0127 334.0833 694.04414.8747 333.9103 694.02314.8860.1730
34、.021-0.0127 809.4133 628.43015.9187 809.3373 628.50415.9260.076-0.074-0.0088 154.3363 565.22616.0948 154.0243 565.32116.0870.312-0.0950.007 中误差 平面中误差=0.236 m；高程中误差=0.009 m(x-x)2+(y-y)25(h-h)254.2 同一坐标系法通过对同一坐标系法下的机载 Lidar 和背包式激光数据进行染色比较，分析该种模式下的点云质量。先将 2 组数据置放于同一坐标空间中，然后分别对两组数据进行赋色，图12 a）为点云RGB模式，图
35、12 b）为 2 组数据单独赋色模式，红色点云为机载 Lidar，蓝色点云为背包式数据。参照云匹配法，自左往右分 5 个断面抽取比较点，见图 1314，以判断 2 组数据的偏差情况。b)单独赋色的融合点云图 12 同一坐标系法中机载 Lidar 和背包式激光点云图a)RGB 模式的融合点云 图 13 同一坐标系法中渡槽点云融合数据俯视图 1 2 3 4 5 水流方向8485 图 6 云匹配法匹配结果图3.3 同一坐标系法（GNSS 模式法）激光雷达作为测物设备，仅能获取被测物的相对于激光雷达的位置，构建一个虚拟的相对空间坐标系，如果机载 Lidar 与背包式三维激光扫描仪可以感知设备本身在同一
36、坐标系中的绝对位置，那么它们获取的数据也将在同一坐标系中保持一致。GNSS 模块便发挥出重要作用，集成了 GNSS 模块的激光雷达，可以精确定位自身位置，无论机载Lidar 还是背包式三维激光扫描仪均可以实现被测目标的精确定位，见图 7。图 7 机载 Lidar 与背包式扫描仪在 GNSS 模式下作业原理图SatellitesAirborne LidarAqueductWearable Scanner4 染色对比分析综合以上 3 种融合方式进行简单比对，可以得出表 2：表 2 3 种融合方法对比表方法名称效率质量采集处理像控点法低低取决于像控点的精度、刺点精度（人工判断）云匹配法高低取决于人工
37、调整的精度同一坐标系法高高取决于 GNSS 的精度作业效率方面：鉴于像控点布设工作的时间成本，像控点法在点云数据采集效率不如云匹配法，而在采集效率和处理效率上均不如同一坐标系法，云匹配法虽然采集效率上等同于同一坐标系法，但是因数据处理阶段，手工调整点云配准的用时不确定性又影响了作业效率。点云质量方面：像控点法与云匹配法较多地依赖于人工后期处理，给点云质量带来较多不确定因素。而同一坐标系法只取决于卫星解算和虚拟基站数据解算的质量。综上，从采集效率上，可以先排除像控点法；云匹配法的质量与同一坐标系法的质量差异，将通过下面实验比对得出结论。4.1 云匹配法首先将同一渡槽的机载 Lidar 和无 GN
38、SS 信息的背包式激光数据进行云匹配（见图 8），再将两组数据分别赋色（见图 9），沿渡槽槽墩顶部垂直渡槽的方向进行剖切，得到槽墩侧面的轮廓点云集，最后抽取相同槽墩相同位置的双色点云，进行偏差比对，计算出该模式下点云融合的中误差。a)RGB 模式 b)单独赋色图 8 匹配过程中的机载 Lidar 和背包式激光数据图图 9 匹配后的机载 Lidar（绿色）和背包式激光数据图（粉色）图 10 中，分别抽取 5 个渡槽槽墩作为检验目标，以渡槽水流平面作为 XY 平面，垂直于 XY 平面为 Z 轴，沿 Z 轴俯视渡槽水流面，从 1 号槽墩到5 号槽墩，分别沿 Z 轴垂直于水流方向切割，获取槽墩轮廓断面
39、（见图 11），从轮廓断面中，再抽取任意位置的邻近绿色点与粉色点，计算点位中误差，评估点云融合质量，融合结果见表 3。第 5 期/总第 249 期浙 江 水 利 科 技丁国章，等：渡槽安全评估中空地点云融合方法应用研究图 10 云匹配法中渡槽点云融合数据俯视图 1 2 3 4 5 水流方向 1 2 3 4 5图 11 云匹配法中剖切后的槽墩点云轮廓图 表 3 云匹配法中点云融合随机抽样对比表（数据已偏移处理）单位：mxyhxyhxyh6 437.8463 786.22817.2546 438.1813 786.32917.259-0.335-0.101-0.0056 725.6843 784.
40、46614.0366 725.7253 784.54314.048-0.041-0.077-0.0127 334.0833 694.04414.8747 333.9103 694.02314.8860.1730.021-0.0127 809.4133 628.43015.9187 809.3373 628.50415.9260.076-0.074-0.0088 154.3363 565.22616.0948 154.0243 565.32116.0870.312-0.0950.007 中误差 平面中误差=0.236 m；高程中误差=0.009 m(x-x)2+(y-y)25(h-h)254.2
41、 同一坐标系法通过对同一坐标系法下的机载 Lidar 和背包式激光数据进行染色比较，分析该种模式下的点云质量。先将 2 组数据置放于同一坐标空间中，然后分别对两组数据进行赋色，图12 a）为点云RGB模式，图 12 b）为 2 组数据单独赋色模式，红色点云为机载 Lidar，蓝色点云为背包式数据。参照云匹配法，自左往右分 5 个断面抽取比较点，见图 1314，以判断 2 组数据的偏差情况。b)单独赋色的融合点云图 12 同一坐标系法中机载 Lidar 和背包式激光点云图a)RGB 模式的融合点云 图 13 同一坐标系法中渡槽点云融合数据俯视图 1 2 3 4 5 水流方向8687图 14 同一
42、坐标系法中剖切后的槽墩点云轮廓图 1 2 3 4 5 表 4 同一坐标系法中点云融合随机抽样对比表（数据已偏移处理）单位：mxyhxyhxyh6 438.8373 783.74617.4306 438.8703 783.781122.426-0.033-0.0350.0046 725.1973 781.80117.7786 725.2223 781.792122.763-0.0250.0090.0157 334.1203 693.98916.0047 334.1023 693.986121.0030.0180.0030.0017 809.2533 625.60218.4317 809.1743
43、 625.611123.4250.079-0.0090.0068 154.3613 565.34819.1908 154.3493 565.354124.1830.012-0.0060.007 中误差 平面中误差=0.044 m；高程中误差=0.008 m(x-x)2+(y-y)25(h-h)25由表 3 和表 4 对比可以发现，同一坐标系法中，点云融合的平面偏差中误差为 0.044 m，明显优于云匹配法的 0.236 m；高程偏差中误差为 0.008 m，略优于云匹配法的 0.009 m，因此，同一坐标系法的点云融合精度更高。5 结 语本文以渡槽安全评估中的三维激光扫描数据为例，指出其相对于
44、传统方法的突出优势，探讨了机载 Lidar 与地面激光扫描成果的三种融合方式，并通过染色比对分析云匹配法和同一坐标系法的点云融合精度，证明了同一坐标系法在空地点云融合中的精度优势。在下一阶段研究中，将继续通过项目案例研究渡槽安全检测中机载 Lidar 扫描的最佳控制高度和背包式三维激光扫描仪的最优控制距离。参考文献：1 陈厚群南水北调工程抗震安全性问题 J中国水利水电科学 研究院学报，2003，1（1）：17-222 刘抚英，蒋亚静，文旭涛浙江省近现代水利工程工业遗产调 查 J工业建筑，2016，46（2）：13-17，223 顾培英，王岚岚，邓昌，等我国渡槽结构典型破坏特征研究 综述 J水利
45、水电科技进展，2017，37（5）：1-84 夏富洲，钱丽云，张军大型渡槽结构安全性及评价指标体系 的研究 J中国农村水利水电，2011（8）：121-1235 张文剑，杜应吉，张岩渡槽健康状态的模糊综合评价 J 灌溉排水学报，2018，37（6）：86-91，1166 白文斌，冯飒，万忠海，等既有渡槽结构安全监测系统分析 与应用：以四川省东风渠灌区渡槽为例 J人民长江，2021，52（5）：218-2227 张锋宁夏引黄灌区输水渡槽安全鉴定与评价研究 J人民 黄河，2016，38（7）：134-137，1458 杨玉栋，裴书玉无人机载 LiDAR 在水利工程勘测中的应用 研究 J人民黄河，2
46、021，43（增刊 2）：132-133，1359 于海洋，罗玲，杨强，等三维激光扫描技术在河道测量中的 应用 J测绘学报，2015，44（增刊 1）：49-53（责任编辑 介 ）第 5 期/总第 249 期浙 江 水 利 科 技边坡临界滑动场软件改进及在滑坡稳定性评价中的应用张慧君1，蒋泽锋2，朱大勇3，石 杰4（1.浙江省水利河口研究院（浙江省海洋规划设计研究院），浙江 杭州 310017；2.浙江省水利水电勘测设计院有限责任公司，浙江 杭州 310002；3.浙江大学宁波理工学院，浙江 宁波 315100；4.江苏三恒科技股份有限公司，江苏 常州 213022）摘 要：为增强边坡临界滑动
47、场软件的适用性，考虑孔隙水压力及外水压力，在软件中增加水压力模块，使其适用于临水岸坡的稳定性分析。为验证软件的实用性，将其应用于三峡库区某动水压力型滑坡的稳定性评价，并与 GeoStudio 软件的计算结果、GEO-SLOPE 软件的搜索结果进行比较。结果表明，增加水压力模块后的软件适用于水位变化过程中的岸坡稳定性分析，能够较好地自动搜索出地层复杂的滑坡临界滑动面，拓展边坡临界滑动场软件的工程应用范围。关键词：临界滑动场；软件；动水压力型滑坡中图分类号：P642.22 文献标志码：A 文章编号：1008-701X（2023）05-0087-04DOI：10.13641/ki.33-1162/t
48、v.2023.05.016Improved Software for Computing Critical Slip Fields of Landslide and Its ApplicationZHANG Huijun1，JIANG Zefeng2，ZHU Dayong3，SHI jie4（1.Zhejiang Institute of Hydraulics Estuary（Zhejiang Institute of Marine Planning and Design），Hangzhou 310017，Zhejiang，China；2.Zhejiang Design Institute o
49、f Water Conservancy Hydro-electric Power Co.，Ltd，Hangzhou 310002，Zhejiang，China；3.NingboTech University，Ningbo 315100，Zhejiang，China；4.Jiangsu Sanheng Technology Co.，Ltd.，Changzhou 213022，Jiangsu，China）Abstract：Considering the pore water pressure and external water pressure，the software for computin
50、g critical slip fields is improved by adding water pressure module.In order to verify the practicability of the improved software，it is applied to the stability evaluation of a landslide in the Three Gorges Reservoir area and compared with the calculation results of GeoStudio software and the search
