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TLS点云的典型泥石流沟谷地形特征要素提取及过程跟踪

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TLS点云的典型泥石流沟谷地形特征要素提取及过程跟踪

作者：黄志豪昆明理工大学

学位级别：硕士

泥石流灾害的发生威胁着人们的生命财产安全,云南东川区泥石流灾害频发,泥石流沟谷是该地区典型特征地貌之一,它既有沟谷的地形特征又蕴含泥石流滑坡的地质灾害信息。对泥石流沟谷地形进行跟踪研究,掌握其地表信息和发展规律具有重要的... 详细信息

泥石流灾害的发生威胁着人们的生命财产安全,云南东川区泥石流灾害频发,泥石流沟谷是该地区典型特征地貌之一,它既有沟谷的地形特征又蕴含泥石流滑坡的地质灾害信息。对泥石流沟谷地形进行跟踪研究,掌握其地表信息和发展规律具有重要的现实需求和科学意义。三维激光扫描是一种先进的全自动高精度的立体扫描点云的技术,地面三维激光扫描仪具备的非接触性、采样率高、高精度等特点使其在地学研究中得到广泛的应用。本文利用三维激光扫描仪测量的六年五期数据,利用获取的点云数据构建高精度的DEM,提取出地形指标和重要特征信息并跟踪沟谷发育变化过程得出以下主要结论:(1)比较五种滤波方法,其中双边滤波方法对植被滤波的能力最高,移动曲面滤波分离地面点和非地面点的准确度最高,CSF地面滤波的准确度最差,移动曲面滤波对高植被的滤除能力较强,CSF地面滤波在坡度平缓区域的滤波效果较好,故结合两种方法,在缓坡区运用CSF地面滤波在其他区域利用移动曲面滤波能达到较好的滤波效果。比较高(92%)、中(63%)、低(23%)三种采样率下空间距离抽稀、体素分割抽稀、系统(随机)抽稀三种点云抽稀方法的抽稀效果,选用63%空间距离抽稀方法最佳。(2)比较泊松曲面重建、NURBS曲面重建、以及NNI、IDW、Kriging三种内插方法在构建DEM方面的效果,根据精度评价指标计算结果,采用IDW方法构建DEM的精度最高,其平均误差ME为0.02505 m,均方根误差RMSE为0.08074m,拟合优越度R为0.99999,拟合优越度最接近1,拟合效果最佳。(3)提取出泥石流沟谷的地形指标,得到坡度、坡向、地面起伏度、地表粗糙度信息。引入一种结合水文分析和坡向重分类的方法提取出较高精度的山脊线、山谷线。顾及地形特征点的空间耦合度和空间差异性提取出脊线源点、脊线交点、径流源点、径流节点四类地形特征点。(4)对沟谷的各期变化进行定性和定量的分析,采用M3C2距离算法计算点云的距离变化,利用差分DEM方法分析研究区整体变化,对多期点云数据进行点、线、面特征的比较分析,得出地表细节的过程变化。计算冲沟变化指标:GA年均投影面积变化率为1199.81m/年,GB为446.753m/年;GA年均沟头后缩率为0.83m/年GB为0.97m/年。计算重要地形特征点得出六年时间内各点位在X、Y、Z方向上的位移变化,其中六年内平面位移最大的点为山谷点sg4、sg5移动距离超过8m,高程变化最大的点为山谷点sg5,上升最大值为10.909m。

关键词：泥石流沟谷点云处理 DEM构建特征提取过程跟踪

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泥石流沟谷3D点云数据采集处理及可视化

昆明理工大学学报（自然科学版） 2018年第4期43卷 43-50页

作者：杨敏袁希平甘淑朱赞于辉张雄浩詹俏昆明理工大学国土资源工程学院云南昆明650093 云南省高校高原山地空间信息测绘技术应用工程研究中心云南昆明650093

对泥石流沟谷进行精准测绘及地形可视化对于定位定量研究泥石流现象及过程具有基础性作用.传统的泥石流沟谷地形探测手段存在观测数据少,生成的地形数据分辨率低,无法实现地形表面的细节表达等不足.地面三维激光扫描仪(TLS)可以高效地... 详细信息

对泥石流沟谷进行精准测绘及地形可视化对于定位定量研究泥石流现象及过程具有基础性作用.传统的泥石流沟谷地形探测手段存在观测数据少,生成的地形数据分辨率低,无法实现地形表面的细节表达等不足.地面三维激光扫描仪(TLS)可以高效地获取泥石流沟谷的高密度3D点云,可实现表面模型的可视化表达,支持地形因子测算和分析.研究选取东川小江大白泥河泥石流沟谷为试验对象,针对泥石流沟谷进行多站点架设仪器进行点云数据的采集扫描,并对点云客观存在的非地面点噪声和空洞技术问题等进行数据处理.研究根据泥石流沟谷的实际情况以及地面三维激光扫描仪的特性,提出了基于后视定向的数据采集模式和配准技术方法,尝试采用适合于泥石流沟谷的点云去噪和空洞修补技术方法对泥石流沟谷的地面点云进行精确处理,在此基础上,开展了对泥石流沟谷的地形特性分析及可视化探索.

关键词：地面三维激光扫描技术泥石流沟谷 3D点云数据处理后视定向

面向东川复杂山地泥石流沟谷三维地形建模及特征分析的无人机遥感探测应用研究

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中国地质灾害与防治学报 2021年第3期32卷 91-100页

作者：毕瑞甘淑李绕波胡琳昆明理工大学国土资源工程学院云南昆明650093 云南省高校高原山地空间信息测绘技术应用工程研究中心云南昆明650093

以云南省东川区小江流域中游左岸大白泥河支流的泥石流沟谷为研究对象,利用无人机遥感技术采集该泥石流沟谷地表地貌数据,提出结合地面三维激光扫描建模数据进行同名地物控制点提取,实现无人机影像数据的绝对定向方法。通过Smart3D影像... 详细信息

以云南省东川区小江流域中游左岸大白泥河支流的泥石流沟谷为研究对象,利用无人机遥感技术采集该泥石流沟谷地表地貌数据,提出结合地面三维激光扫描建模数据进行同名地物控制点提取,实现无人机影像数据的绝对定向方法。通过Smart3D影像数据处理,构建研究区三维地形模型,得到数字正射影像(Digital Orthophoto Map,DOM)、数字表面模型(Digital Surface Model,DSM)和高密集匹配点云。利用PhotoScan软件中的不规则三角网渐进加密技术对点云数据进行处理,得到0.5 m分辨率的数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)。结合ArcGIS和Cloud Compare中的相关地形分析模块,实现对该段泥石流沟谷地区的地形特征分析。基于无人机遥感的泥石流沟谷地形建模及特征分析研究中采用的技术路线和方法,对于定性、定量探测高原复杂山区地质灾害及其监测、防治等具有重要实证案例参考价值与实践指导意义。

关键词：无人机遥感泥石流沟谷地面三维激光构建三维模型地形特征分析

天山阿拉沟地区泥石流发育的沟谷环境特征及激发因子

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干旱区地理 1991年第S1期14卷 22-28页

作者：陈亚宁仇家琪孙希华中国科学院新疆地理研究所

本文从泥石流沟谷流域的形态、面积、沟床形状、沟谷比降以及固体松散物质的积散和机械组成等方面,分析了阿拉沟泥石流发育的沟谷环境特征.同时就降水对泥石流形成的影响及激发泥石流形成的临界状态进行了讨论,提出了阿拉沟地区泥石流... 详细信息

本文从泥石流沟谷流域的形态、面积、沟床形状、沟谷比降以及固体松散物质的积散和机械组成等方面,分析了阿拉沟泥石流发育的沟谷环境特征.同时就降水对泥石流形成的影响及激发泥石流形成的临界状态进行了讨论,提出了阿拉沟地区泥石流形成与降水强度的关系最为密切.激发雨强为21mm/15min.

关键词：泥石流沟谷流域面积固体物质降雨强度

不同采集模式的泥石流沟谷点云空间配准处理技术

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兰州大学学报（自然科学版） 2018年第6期54卷 739-743页

作者：杨敏袁希平甘淑高莎朱赞于辉昆明理工大学国土资源工程学院昆明650093 昆明理工大学云南省高校高原山地空间信息测绘技术应用工程研究中心昆明650093

选择东川大白泥河沟为施测对象,分别采用基于独立站点和基于GPS站点的点云采集模式,进行多测站点云数据采集,对2种不同采集模式下获取的点云进行配准技术处理及精度比较分析.结果表明,基于GPS站点采集模式下的点云空间配准处理精度总体... 详细信息

选择东川大白泥河沟为施测对象,分别采用基于独立站点和基于GPS站点的点云采集模式,进行多测站点云数据采集,对2种不同采集模式下获取的点云进行配准技术处理及精度比较分析.结果表明,基于GPS站点采集模式下的点云空间配准处理精度总体要好于独立站点,原因是GPS站点采集模式在每一站点扫描采集点云时,内置GPS站点定位坐标实质上已初步完成对多测站间点云数据的统一坐标体系构建,因此内业配准处理中可避免基于独立站点采集模式下点云配准中存在的同名点对点位误差的影响.基于GPS站点采集模式优势明显,可为泥石流沟点云数据的地面三维激光扫描技术采集与配准提供实用技术参考,有利于推动泥石流沟精确监测与预警技术应用发展.

关键词：地面三维激光扫描仪泥石流沟谷点云采集模式空间配准配准精度

基于深度迁移学习的遥感影像中泥石流沟谷分类

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基于深度迁移学习的遥感影像中泥石流沟谷分类

作者：孙显辰云南师范大学

学位级别：硕士

泥石流灾害是一种由强降水主导,多发于地形险峻区域的自然灾害,具有暴发突然、冲击范围广、破坏性强等特点。灾害一旦发生,会给周围的居民造成严重的生命和财产损失。如何准确的识别泥石流沟谷,减少泥石流灾害的威胁,成为当前亟待解决... 详细信息

泥石流灾害是一种由强降水主导,多发于地形险峻区域的自然灾害,具有暴发突然、冲击范围广、破坏性强等特点。灾害一旦发生,会给周围的居民造成严重的生命和财产损失。如何准确的识别泥石流沟谷,减少泥石流灾害的威胁,成为当前亟待解决的问题。遥感技术具有效率高、费用低、时空精度高、可动态监测等优点,成为继传统野外调查方式之后,更加快速识别泥石流孕灾区域的有效方法。深度学习的兴起和应用,在遥感影像的识别和分类上取得了显著效果,从而进一步推动了遥感影像的发展和普及,但目前仍然存在深度学习所需影像数据不足的问题。针对这个问题,本文对VGG16卷积神经网络进行改进,结合迁移学习的方法,选取怒江傈僳族自治州的泥石流沟谷遥感数据进行训练和验证,提出一种基于深度迁移学习的遥感影像中泥石流沟谷分类模型。本文具体研究工作和内容如下所示:1.简单介绍了当前泥石流灾害、遥感影像以及深度迁移学习领域的研究背景、意义以及国内外研究现状,概要介绍实验研究所需要的相关知识理论。并采用Arc GIS工具对研究区域的泥石流灾害分布进行简单分析。2.获取DEM和遥感影像中沟谷影像数据集。在MATLAB编程环境下,应用区域生长算法对DEM图像进行粗略河流识别处理,在识别后的DEM图像上对沟谷构造外接矩形,并通过经纬度对应将遥感影像四个波段的沟谷影像进行分割,构建后续实验所需数据集。3.基于VGG16卷积神经网络,探索影响模型准确率的因素。首先对不同通道下的遥感影像下的泥石流沟谷进行分类实验,确定分类准确率最高的为遥感影像的近红外通道。然后采用不同的Dropout对模型的分类结果进行分析,得出模型最适合的Dropout值。4.构建基于深度迁移学习的遥感影像中泥石流沟谷分类模型。首先对泥石流沟谷遥感数据集进行数据增强,在VGG16模型基础上,去除第二层全连接层,优化第三层全连接层,并且引入Dropout避免过拟合发生。然后结合迁移学习策略,冻结前三层卷积网络的卷积层,对剩余卷积层、顶层网络和Softmax层进行微调,优化网络参数。最后采用混淆矩阵、单类和平均分类精确度对模型进行评价。实验结果表明,改进后的模型能够更快收敛,对泥石流沟谷进行较准确的分类,分类结果的kappa系数为0.8762,具有较高的一致性,平均分类精确度可以达到94.74%,比未改进的VGG16模型提升3.07%。5.开发B/S端的泥石流沟谷分类系统。基于深度迁移学习的泥石流沟谷分类模型,遵循软件工程开发规范和流程,对系统进行研发,实现了泥石流沟谷图像上传、识别等功能。

关键词：深度迁移学习 VGG16 遥感影像泥石流沟谷

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基于信息熵理论的泥石流沟谷危险度评价

灾害学 2005年第4期20卷 43-46页

作者：铁永波唐川周春花云南师范大学旅游与地理科学学院云南昆明650092 成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家专业实验室四川成都610059 云南大学资源环境与地球科学学院云南昆明650091

泥石流沟谷是一个复杂的地貌系统,有其发生、发展和衰退的过程。文章从系统科学和地貌学的角度出发,运用了能综合表述地貌演化特征的因子-地貌系统信息熵对泥石流沟谷进行危险度评价,研究以昆明市东川城区后山深沟、石羊沟和尼姑拉沟为... 详细信息

泥石流沟谷是一个复杂的地貌系统,有其发生、发展和衰退的过程。文章从系统科学和地貌学的角度出发,运用了能综合表述地貌演化特征的因子-地貌系统信息熵对泥石流沟谷进行危险度评价,研究以昆明市东川城区后山深沟、石羊沟和尼姑拉沟为试点,对各泥石流沟的信息熵进行了计算。结果表明,深沟和石羊沟的地貌信息熵值分别为0.124和0.174,泥石流沟谷正由发育的中年末期向老年期演化;尼古拉沟的信息熵值为0.246,正处于沟谷发育的旺盛时期,计算结果与当地实际情况有较好的一致性。

关键词：信息熵泥石流沟谷危险度评价

基于DEM的辽南山地泥石流沟谷的发育特征研究——以老帽山为例

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基于DEM的辽南山地泥石流沟谷的发育特征研究——以老帽山为例

作者：陈思辽宁师范大学

学位级别：硕士

随着数字高程模型的建立及空间分析技术的发展,定量化研究地貌发育过程已成为可能,手段日趋成熟。通过对流域地貌基本参数如流域面积、坡度、坡向、起伏比、高程差及河流纵剖面的提取及量化分析可以从宏观及微观描述流域地貌发育状况;... 详细信息

随着数字高程模型的建立及空间分析技术的发展,定量化研究地貌发育过程已成为可能,手段日趋成熟。通过对流域地貌基本参数如流域面积、坡度、坡向、起伏比、高程差及河流纵剖面的提取及量化分析可以从宏观及微观描述流域地貌发育状况;面积—高程积分的方法是以戴维斯侵蚀循环理论为基础,以不同流域为单位划分次级集水盆地,并计算该次级集水盆地接受侵蚀后的物质体积与侵蚀前的体积之比,可以用来揭示地貌发育阶段、评估区域构造性活动强弱及岩性与构造的相互作用状况。虽然面积—高程积分的方法应用于地貌发育过程的研究已日趋成熟,但此方法在描述地貌发育过程中与基本地理参数的关系如何,不同流域阀值的次级集水盆地HI值对断裂带及岩性响应如何仍需进一步探讨。老帽山地区位于辽宁省南部丘陵地带,受新构造运动及辽南暴雨等因素影响,区内滑坡、泥石流灾害分布广泛,山体接受强烈剥蚀。老帽山区流域面积较小、水系复杂、岩性多样、断裂带较多,为小流域地貌的研究提供了条件。对老帽山区小流域发育的研究还可以深化对辽南山地构造隆升差异、泥石流运动与堆积特点、流域不同作用下侵蚀差异的认识。本研究通过多种地貌参数的提取与面积—高程积分值对比,寻求不同泥石流沟谷的发育空间差异关系。结合构造、岩性、暴雨等数据,及前人对老帽山区泥石流活动比较成熟研究的结果,通过空间分析、图层叠加、函数拟合等方法得出:老帽山典型泥石流滑坡发生的沟谷HI值为0.4～0.6之间处于流域地貌发育的壮年阶段;岩性差异对老帽山区泥石流沟谷HI值分布的影响表现为高低HI值泥石流沟谷的空间聚集;构造运动影响下表现为泥石流沟谷HI值高值区沿断裂带展布;通过GeoDA分析的典型泥石流沟谷HI值空间自相关性较高,表现出岩性差异区HI值的高高,低高的聚集;受断裂作用影响,HI值聚集区分布于断裂带的交汇处;老帽山典型泥石流上游沟谷纵剖面形态拟合函数为指数、线性函数,沟谷发育处于青年期;指数、线性函数对应HI值较高的青壮年期,对数、幂函数对应HI值较低的老年期。两者既有区别又有联系。

关键词：老帽山区泥石流沟谷面积高程积分集水盆地

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镜铁山矿区泥石流沟谷的发展趋势及防治对策

中国水土保持 2009年第9期 39-40页

作者：陈瑾韩庆宪吴玮江甘肃省科学院地质自然灾害防治研究所甘肃兰州730000

镜铁山矿区具有泥石流形成发育的基本条件,根据矿区内黑沟北沟、小桦树沟、大桦树沟及火药库沟等4条主要沟道泥石流沟谷的形成条件和发育特征,分析了泥石流的发展趋势及危害性,以黑沟南沟泥石流工程治理为例,探讨了矿区泥石流综合防治... 详细信息

镜铁山矿区具有泥石流形成发育的基本条件,根据矿区内黑沟北沟、小桦树沟、大桦树沟及火药库沟等4条主要沟道泥石流沟谷的形成条件和发育特征,分析了泥石流的发展趋势及危害性,以黑沟南沟泥石流工程治理为例,探讨了矿区泥石流综合防治对策。

关键词：泥石流沟谷泥石流防治镜铁山矿区