地质测量论文范文参考关于地质测量的优秀论文范文【10篇】

地质测量论文范文参考关于地质测量的优秀论文范文【10篇】 我国是一个地质灾害频发的国家,每年的地质灾害不仅给国家造成了巨大的经济和社会影响,还造成了人民群众生命财产的极大损失.地质灾害的发生往往伴随着地表的形变,因此对于地表形变的监测是预防地质灾害发生,降低灾害损失,快速恢复灾后重建的重要内容.地表形变的监测有多种手段,其中合成孔径雷达差分干涉测量(D-InSAR)技术以其监测面积,全天候工作,形变检测快速,成本低,形变监测连续等优势成为近年来地表形变监测的重要手段之一,研究和应用都取得了丰富的成果. 当前,D-InSAR技术从常规的两个时间的形变监测能力发展到利用序列SAR数据进行长时间缓慢形变监测,进一步提高了地质灾害形变检测监测的能力.但是序列SAR差分干涉测量需要解决时间、空间去相干问题以及消除不同时间的大气延迟影响,为了克服这些不足,近年来发展起来的基于相干点目标的序列SAR差分干涉测量技术越来越受到重视,成为现在D-InSAR技术研究和应用的一个重要方面.通过对发展现状及实际需求的分析和总结,基于相干点目标的序列SAR差分干涉测量在地质灾害形变监测中还面临一些问题,需要进一步深入研究解决：首先是地形起伏地区的InSAR影像配准,特别是是对于振幅相位不一致导致的失匹配现象需要进一步研究；其次,序列SAR干涉像对的优化选取问题；再次,基于相干目标的序列SAR差分干涉测量技术在不同类型地质形变监测中的应用分析.针对这些问题,本文从以下几个方面进行了研究： 1)基于局部地形特征的InSAR影像配准.论文首先对InSAR影像的常规配准方法进行了分析和总结,然后对无地形信息辅助和地形信息辅助的InSAR多级匹配方法进行了研究和比较,并通过两景三峡地形起伏较大地区的InSAR数据对两种算法进行了实验和验证,分别从配准点的偏移、相关系数、相关系数的分布等方面对这两种算法进行了比较.论文系统地分析了地形因素对SAR成像以及InSAR相干性的影响,并重点研究了地形起伏导致的振幅相位不一致问题,并以此为基础,提出了基于局部地形特征的InSAR配准算法,并使用相同的数据进行该算法的配准实验,根据实验的过程和结果对算法的有效性进行了验证,并与其它两种方法的配准结果进行了比较和分析. 2)序列SAR干涉像对的优化选取.序列SAR干涉像对的选取对干涉的相干性和相干点目标的提取都有影响.本文从InSAR相干性估计原理出发,对InSAR去相干因素进行了总结,然后根据时间基线、空间基线和多普勒频率质心等三个影响因素进行了序列SAR公共主影像的选取和基于最小生成树的序列SAR差分干涉像对选取方法研究和实验,从方法的原理和实验的结果对这两种方法的特点和适用范围进行了比较和总结,在此基础上,将所有的干涉像对评价值投影到三维空间,根据聚类理论,提出了干涉像对的盒式选取算法.进一步针对序列SAR差分干涉处理的特点,研究了序列SAR差分干涉处理对时间连续性的要求,将时间基线影响因素转换为时间连续性条件,提出了基于时间连续性的盒式选取算法并进行了实验和分析.该算法较好地满足了干涉像对的相干性和时间连续性的要求. 3)利用D-InSAR技术进行不同类型地质灾害形变检测的应用研究.论文的研究目标就是如何提高D-InSAR技术地质灾害形变检测的效果,为此进行了两种不同形变类型的地质灾害形变检测的应用研究.一种是选择常州市作为强相干区域进行了城市沉降形变的检测,另一种是选择长江三峡的新滩滑坡作为弱相干区域进行了滑坡形变的检测.论文研究了不同相干点目标序列SAR差分干涉测量方法的应用效果,通过对形变检测成果的分析,对不同的基于相干点目标的形变检测方法用于不同类型灾害形变检测的有效性进行了评价. 4) InSAR数据处理与仿真软件原型系统的研制.根据论文研究及应用的需要,论文进行了InSAR数据处理与仿真软件的研制.具体包括软件的体系结构设计、插件式架构设计、基本类设计以及开发和运行环境设计,重点描述了相关功能模块的设计和实现.系统初步实现了InSAR数据输入、处理到输出的完整流程及SAR和InSAR仿真功能,并给出了软件运行的初步结果. 最后对本文的研究内容和创新点进行了总结,并对未来的研究方向和研究设想进行了展望. 在科技日新月异的今天,地质工程调查的主要手段还是以罗盘、皮尺等方式来采集现场数据,这种方法不但工作量大、效率较低,而且得到的数据准确性较差.山高坡陡的地质勘察工作艰苦并且危险,在施工期间,开挖、运渣、支护工作往往同时进行,很难为调查人员提供充裕的时间和安全的空间进行详细的现场地质调查.另外,我国是地质灾害发生十分频繁和严重的国家,及时、准确的获得地质灾害点的基本地质信息,为抢险救灾及地质灾害治理争取宝贵时间.以上这些问题都向传统地质勘测手段提出的挑战与要求.所有这些,都需要在现场地质调查工作中引进快速、高效,且对地形条件有很强适宜性的调查技术.三维空间影像技术是指能够远距离、无接触、高精度、高密度、快速便捷的获取目标物体的三维空间数据,主要包括了三维激光扫描技术和数字摄影测量技术.三维空间影像技术可以解决工程地质勘测所遇到的诸多难题,但是新技术方法的应用还存在很多不足、还需要大量的研究和完善.本论文基于三维空间影像技术特点研究在地质工程中的综合应用,主要取得了如下成果:(1)分别对三维激光扫描、数字摄影测量技术的应用发展现状进行了概括和总结,详细的阐述了其工作原理和技术特点,提出了在地质工程应用中三维激光扫描技术与数字摄影测量技术的融合方法,充分发挥两种三维空间获取技术的优势、互相补充完善,(2)论述了三维空间影像技术的数据获取流程及数据处理方法,涵盖了大量实际操作经验的总结与归纳,针对三维激光扫描现场数据获取阐述了扫描设备机位点的选择与优化原则、彩色点云数据获取方法及注意事项、点云数据灰度信息的使用、根据扫描目的设定采样间距与时间的关系,在三维激光扫描数据处理的分析中,讨论了彩色信息配准、系统坐标转换、植被噪音数据剔除等内容,基于数字摄影测量技术,从近景摄影测量和无人机低空摄影测量的不同角度对数据获取的方法进行了总结与研究,阐述了在相机设置、拍摄方法、无人机航线规划等方面的经验与技巧,(3)、研究了三维空间影像技术在地形测量中的应用,分析了海量点云数据的抽稀与提取方法,结合传统测量技术要求讨论了点云数据的测点间距,并对地形图绘制方法、等高线与地物匹配、图像分幅等内容进行了阐述,基于三维空间数据的处理探讨了地形三维模型的建立方法,(4)基于三维空间影像技术的岩体结构地质编录方法进行了大量的研究工作.分析了三维点云数据结构面识别方法,在结构面点云识别前提下讨论了结构面的提取方法,提出了平面方程拟合岩体结构面空间发育特征,并针对结构面空间不同的出露特征进行提取进行了研究,推导了平面拟合结构面产状的计算方法,并根据工程实际需求,在三维点云处理通用软件Polyworks中开发了结构面自动识别与产状计算的插件程序.另外,开发了利用识别的结构面数据生成地质上常用的玫瑰花图插件,(5)阐述了三维空间影像技术在地质工程中的综合应用,研究包括了危岩体、滑坡、泥石流等灾害勘察,根据不同的灾害特点分别论述了三维空间影像技术的应用情况及方法,同时也研究了该技术在地下硐室、隧道中的应用,另外,还讨论了该技术在钻孔岩芯的数字化存储、物理模型试验中的应用,探讨了基于三维激光扫描技术在变形监测方面的应用研究.通过研究成果可以得出三维空间影像技术具有很强的工程适用性,将先进的三维空间影像技术与地质工程领域的传统调查方法相结合,理论与实践、技术与方法、创新与传统的融合,在工程地质测绘中开展综合应用研究,具有重要的学术价值与现实意义. 本文在分析了数字地震勘探仪器的发展概况和复杂山地地震采集实践的基础上,提出了复杂山地无缆地震仪的设计思想.采用数字存储式独立地震仪结构构建无缆地震勘探仪器野外采集站,通过采集站内置海量Flash存储器和GPS定位高精度同步授时技术,实现野外地震数据的同步采集和长时间存储,从而摆脱传统地震仪中沉重的电缆线,实现无缆化设计.同时,通过GPS静态相对定位技术实现了所有野外采集站的空间三维位置测量,取代了繁琐的地质测量工作. 本文以32位RISC型ARM处理器为核心构建了嵌入式Linux硬件平台,结合24位A/D、FPGA以及CF卡海量存储技术完成了单站4通道采集能力的无缆地震采集站的设计.在此基础上,深入研究了地震采集站的低噪声设计方法,获得了1.5V的噪声水平,采用GPS同步授时技术与高精度实时时钟相结合的技术实现了无缆地震采集站的同步数据采集,达到了,3.2s的同步精度,深入探讨了GPS静态相对定位原理,完成了无缆地震采集站GPS卫星观测数据的记录和处理,获得了厘米级精度的采集站空间三维位置测量信息,实现了地震勘探中地质测量工作的自动化.最后,组装了24道无缆地震仪样机并进行了实验,取得了令人满意的结果. 在过去的10年,激光雷达（Light Detection and Ranging, LiDAR）技术凭借其能够精确、快速地获取地面三维数据的技术特点已在众多行业领域得到广泛运用.该技术集成了GPS、IMU、激光扫描仪、数码相机等设备,其中主动传感系统（激光扫描仪）利用返回的脉冲可获取探测目标高精度的距离、坡度、粗糙度和反射率等信息,而被动光电成像设备（航空摄影相机）则可获取探测目标的数字成像信息.上述数据经后续处理可生成三维激光点云,并最终得到沿整个扫描条带的地面点三维空间坐标与真彩*像.相对于传统的摄影测量技术,激光雷达技术是遥感技术领域的一场革命,它不仅能够提供高分辨率、高精度的地形地貌,还可以通过滤波算法有效祛除地表植被的影响,得到真实地表,目前已广泛应用于基础测绘、城市三维建模和林业应用、铁路、电力勘察等领域.按照载体的不同,激光雷达系统可以分为星载、机载、车载以及地基测量系统.其中,机载激光雷达测量系统相对于其他搭载方式,具有作业周期短、数据精度高且不受天气因素影响等优点,是一种方便高效的主动遥感测量技术. 机载激光雷达系统工作原理与传统大地测量和摄影测量并不完全一样,因此本文首先介绍了机载激光雷达测量系统组成及工作原理、LiDAR数据产品及其误差和数据后处理算法.在此基础上,回顾了近年来机载LiDAR技术在地球科学领域,尤其是地震地质研究领域的最新进展和项目实例.然后,结合海原断裂带机载LiDAR数据采集项目,以海原断裂带哨马饮流域阶地上被左旋错断的冲沟为例,阐明了基于高分辨率地形数据精确测量单条冲沟的同震位移和累计位移的方法.接着,运用同样的方法,沿海原断裂带老虎山断层测量得到250多个冲沟小位移值,并基于位移分布讨论了1888年景泰地震的地表破裂范围和震级大小,展示了高分辨率地形数据在断裂活动性研究中的应用.最后,以1999年美国Hector Mine地震发生后采集的LiDAR数据为研究对象,系统比较了基于LiDAR测量得到的同震位移数据与野外实地测量得到的同震位移数据之间的异同,初步讨论了机载LiDAR数据的优点和局限性. 第一章介绍了机载LiDAR测量系统的组成及工作原理.首先回顾了自1970年美国阿波罗计划使用激光测距系统以来LiDAR技术的发展历程,阐明了LiDAR测量的基本原理和技术特点.并以经典的机载LiDAR应用系统,如水下地形测量系统（SHOALS）、植被成像传感系统（LVIS）和大气探测与极地激光测高系统（ICESat）为例,总结了机载LiDAR技术的国内外发展现状和主要应用领域.接下来,从工作机制、技术指标等方面,分别对机载LiDAR系统的主要组成单元,如激光测距系统、动态GPS定位单元、姿态测量单元、多天线阵列姿态测量系统和飞行搭载平台等进行了简要介绍.随后,基于激光测距原理和扫描方式完成了机载LiDAR测量的几何模型推导.最后,通过与传统的摄影测量和合成孔径雷达测量技术（Interferometric Synthetic Aperture Radar,简写为InSAR）的比较,归纳了机载LiDAR技术的优缺点,简述了LiDAR数据生产流程,并收集了目前主流商用机载LiDAR系统的技术指标. 第二章讨论了机载LiDAR的数据产品类型,数据误差以及数据后处理方法.机载LiDAR系统的数据产品可以是激光点云、全波形文件和数码航空影像,也可以是经过规则格网内插后的数字地表模型（D*）或数字高程模型（DEM）.对于其中最原始,也是最为重要的激光点云而言,其误差非常复杂,仅通过数学建模的方法难以消除,因此实际工作中一般采用系统检校并建立误差模型的方法来减弱系统误差影响.同时,由于点云的空间离散特征,导致点云数据质量与精度评定都与传统的摄影测量大不相同.尤其是水平精度评价,往往还需要借助于事先敷设的规则形状人工强反射地物.激光点云的滤波和分类算法是近年来LiDAR技术发展的研究热点,但目前无论哪种方法都距离全自动化处理还有一定差距.在工程实践中,一般采用人工辅助计算机进行半自动分类,往往耗费较多的人力和时间. 第三章综述了近年来机载LiDAR在地球科学领域的应用,并列举了数个项目实例.首先介绍机载LiDAR在地球科学各个领域中的应用.如利用ICESat卫星开展极地冰盖厚度与全球气候变化,结合机载LiDAR数据和潮汐数据研究海岸线变化,基于LiDAR数据的滑坡物质运移规律研究,通过高精度地形数据推断局部活动断裂特征,以及LiDAR数据在定量地貌学地貌过程模拟和变化趋势预测等应用实例.接下来,总结了近年来国内外比较具有典型意义的LiDAR工程实例,包括美国San Andreas断裂带机载LiDAR扫描项目（B4）,海地太子港7.0级地震、新西兰Darfield7.*地震和汶川8.0级地震震后LiDAR数据采集情况,以及黑河流域生态水文过程综合遥感观测联合试验项目（HiWATER）. 第四章以海原断裂带LiDAR数据采集项目为例,从项目概况、技术设计与质量评价等方面介绍了机载LiDAR数据生产流程.利用这样的大范围、高精度的地形数据,断裂的空间位置和沿断层的位移分布可以精确到亚米级误差范围,从而使1:1000比例尺的活动断裂填图成为可能.这对于活动断裂研究,尤其是城市活断层填图来说具有重要意义.毫无疑问,前所未有的高精度三维激光点云数据将带来活动构造领域研究方法的革新.本章部分内容已在科学通报xx年第58卷第1期发表. 第五章通过研究海原断裂带哨马饮流域阶地上沿断层走向左旋错断冲沟,展示了基于LiDAR数据的冲沟同震位移和累计位移的精密测量方法.基于海原断裂带机载LiDAR扫描项目所获得的地形数据,发现1920年海原地震在哨马饮区段的同震位移,并测量得到水平同震位移约为8.6m,垂直同震位移约为0.8m.另外,还得到哨马饮冲沟累积位移量精确值,结合前人测定的阶地年龄,估算海原断层全新世以来的水平方向滑动速率为4.0,1.0mm/a,抬升的垂向速率下限为0.4,0.1mm/a.海原断裂带机载LiDAR实验表明,基于LiDAR数据的精细地貌定量化研究可以准确获取同震位移和累计位移,减少滑动速率的不确定性,得到之前难以计算的垂直运动速率,从而加深对断裂带地震活动性和复发周期的认识,理解全新世以来的断层活动特性.本章内容已在科学通报xx年第59卷第14期发表. 第六章选取海原断裂带老虎山断裂为研究区域,展示了基于LiDAR数据的位移分布在断裂活动性研究中的应用.老虎山断裂紧邻1920年海原地震地表破裂带的西端,上世纪90年代曾开展过1:50000活断层填图.在前人的工作基础上,基于老虎山断裂沿线的高分辨率LiDAR数据,在确定老虎山断层地表破裂准确位置的基础上,沿断裂选取了203处多错断的河沟、山脊、阶地和边坡,测量得到225个水平位移.通过分析小于20m的位移测量,重建了相对可靠的1888年景泰地震的地表破裂范围和同震位移分布,并按照矩震级与地震矩之间的换算公式,修正景泰地震的震级为6.9级.此外,对早于1888年景泰地震的历史地震,参考此前的松山古地震探槽记录,大致估计了破裂范围和地震震级,推测天祝地震空区的地震复发模式可能是“分段补丁”的方式.最后,以千年地震复发周期计,大致估算老虎山断层的长期平均左旋走滑速率约为67mm/a. 第七章展示了基于1999年Hector Mine地震后所采集的LiDAR数据测量的同震位移,并与野外实测数据进行了比对分析.在基于LiDAR点云数据生成的0.5m分辨率DEM支持下,测量得到255个水平位移点和85个垂直位移点,最大的水平位移值为6.6,1.1m,在野外最大测量值以南700m.使用积分法计算的LiDAR测量值的平均值为1.72,0.46m,包络线法计算值为2.37,0.5m.最大的垂直位移为1.22,0.02m,同野外实测数据相似,并没有明显的分布趋势.研究结果表明,除非地震发生在有密集人工地物的区域（e.g. Darfield地震）,仅依靠震后LiDAR数据（或者高分辨率遥感影像）就可以得到可靠的高质量同震位移分布.否则,只有将震前和震后的数据联合起来解译,才能够保证提供断层附近精确的三维形变信息,理解地震地表破裂几何分布特征和传播机制. 综上所述,本论文的主要工作是以机载LiDAR所提供的新技术、新方法为切入点,对机载LiDAR系统的软硬件系统组成、数据产品类型、解算模型和误差等进行了简要介绍,并以海原断裂带机载LiDAR数据为例,阐明了基于高分辨率、高精度的地形数据精确测量单点冲沟位移的方法,重点展示了基于单点冲沟位移测量得到的沿断层走线的密集位移分布测量结果,最后通过与前人的热年代学测年数据和地质填图数据进行联合分析,得到的历史地震事件的位移分布、断层的平均滑动速率等有关断层活动性和地貌演化过程的新认识. 本论文的创新点可归纳为以下4点：（1）探索新技术,机载LiDAR技术是一种低成本、高效率的新型数据获取技术,该技术在地震地质研究领域已有近20年的成功使用经验,而在我国的应用还处于起步阶段,海原断裂带机载LiDAR扫描项目的实施,从技术设计到数据质量评价,从外业采集到内业分析,完整的执行了LiDAR数据生产采集的全过程,为推动LiDAR技术在地震地质领域的应用提供技术储备；（2）发现新现象,冲沟（或其他线状地物）沿断层发生断错的现象,一直都被看作为活动断层的地貌表征,1920年海原地震在哨马饮区段的同震位移在之前的野外考察中从未发现,而在高分辨率地形数据的支持下,精确测得哨马饮流域阶地上所发育冲沟的水平和垂直同震位移,继而得到了左旋滑动速率和垂直抬升速率；（3）获得新认识,传统的野外测量受限于地形或者经费等因素,所开展的断裂研究局限于个别区段或者局部点位,在机载LiDAR数据的支持下,沿老虎山断层测量得到200余处位移值,密集分布的位移测量结果能够尽可能准确的描绘出导致历史地震地表破裂范围和位移分布,基于上述测量结果修正得到1888年景泰地震的震级约为6.8级,而不是之前认为的6级；（4）拓展新应用,机载LiDAR的条带扫描技术在快速准确获取断裂带沿线地形方面具有独到的技术优势,但是受限于航空管制、设备昂贵以及数据处理自动化程度不高等原因,LiDAR技术在活动断裂研究中的应用