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TERRESTRIAL LASER SCANNING AND DIGITAL PHOTOGRAMMETRY TECHNIQUES TO MONITOR LANDSLIDE BODIES 地面雷射掃描與數位攝影測量技術監測崩塌體. 79842024 陳世旻. 大綱. 前言 試區介紹 材料與方法 試驗結果 結論. 前言. 航空 攝影測量和雷射掃描, 相 較 傳統 測量技術 ,可 不需接觸物體 即 可獲得 , 相同的 高精度 - 數 值 地形模型( DTM ) 。

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terrestrial laser scanning and digital photogrammetry techniques to monitor landslide bodies

TERRESTRIAL LASER SCANNING AND DIGITAL PHOTOGRAMMETRY TECHNIQUES TO MONITOR LANDSLIDE BODIES 地面雷射掃描與數位攝影測量技術監測崩塌體

79842024 陳世旻

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大綱
  • 前言
  • 試區介紹
  • 材料與方法
  • 試驗結果
  • 結論
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前言
  • 航空攝影測量和雷射掃描,相較傳統測量技術,可不需接觸物體即可獲得,相同的高精度-數值地形模型(DTM)。
  • 傳統的崩塌地區位調查方式,是以航拍影像進行判釋,亦可配合雷射掃描進行測量地形,繪製成地形模型,進行多時段研究及監測。
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試區介紹
  • 試區位於義大利的韋爾加托市的馬耳他崩塌地。
  • 平均坡度約13°,面積約 40,000m2。
  • 莫拉等(2003年)利用GPS測量監測邊坡,證明在許多情況下發生移動1-2cm/month
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材料與方法
  • 本文章所使用的儀器設備大致可分為

1)航空攝影

如:航空相機、攝影掃描儀、數位攝影

測量工作站

2)雷射掃描

如:雷射掃描儀、GPS定位儀、反射菱鏡

  • 藉由兩種不同特性的量測技術,進行測定。
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航空攝影測量(1/3)
  • 於2000年4月1進行航空攝影測量,利用GPS對地面的24個控制點,進行校正。
  • 本文章繪製數值地型模型(DTM),採用兩種方式分別如下:

1) 利用分析軟體採自動及半自動兩種方式

,進行繪製地型模型。

2)利用繪圖儀分析由專業技術人員手工繪製。

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航空攝影測量(2/3)
  • 製作DTM的系統軟體採用Helavasystem自動繪製,但仍需由操作人員判釋校正結果。主要包括,刪除或修改不正確的區域資料,並重新計算表面面積結果。
  • 以上兩種模式分析結果平均值-15cm,標準差為42cm,最大的差異主要集中在,地形複雜區位及陰影區位。
  • 結果顯示,數位攝影測量技術,可以採更精確又快速的軟體進行分析。
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航空攝影測量(3/3)

2000年航空攝影量測所繪製出的三維地形圖

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雷射掃描(1/4)
  • 地面雷射掃描,通常採用在工業、管路、建築、考古、砂石場採集量控管等。
  • 此種方法的優點提供了典型的非接觸技術,能在短時間內收集物體表面密集三維點雲,且不一定要設置反射器。
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雷射掃描(2/4)
  • 本文章使用兩種不同規格的雷射掃描儀,其規格如下:

1)RieglLMS - Z210

數據接收範圍2m至350m,精度約 ± 2.5cm。

數據接收速率每秒6000點。

2) RieglLMS - Z420i

數據接收範圍2m至800m,精度約 ± 1cm。

數據接收速率每秒12000點。

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雷射掃描(3/4)

RieglLMS - Z210

RieglLMS - Z420i

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雷射掃描(4/4)

  • 兩台儀器分別於不同時期進行掃描,LMS - Z210於2001年5月和LMS - Z420i於2004年4月進行掃描。用來監測在不同的時期邊坡變化的情形。
  • 2001年開始監測,於是區內設置4個棱鏡反射器,陸續又設置6個圓柱反射器,做為控制點。
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試驗結果(1/6)

  • 進行雷射掃描時待測物如受到物體遮蔽,造成無法取得點雲資料的情形發生,本文採用兩個以上的掃描點位,來增點雲資料的完整性,並使用全站儀,檢定本區每個參考點的準確性。
  • 將不同掃描點位的點雲資料,透過座標系統進行縫合,類似三維相似變換的方法,而轉換產生的點雲資料標準偏差小於 4cm。
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試驗結果(2/6)
  • 數值地形模型萃取,分為兩個步驟:

1) 將每測站取得的點雲資料合併,並修正面

積範圍一致,產生數值地面模型( DSM )。

2)數據的分析,除去地表植被,建築物等,以獲取數值地形模型(DTM),重現自然表面的地形。

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試驗結果(3/6)

  • 本試驗使用Microstation 模組進行數據分割,已獲的真實地表狀況。

經過數據分割後的結果

(DTM)

點雲的原始數據

( DSM )

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試驗結果(4/6)

  • 針對2001年至2000年地形模型比較,並無明顯大規模的變化。

2001年至2000年地形變化量

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試驗結果

2001年至2000年地形變化量

2004年至2000年地形變化量

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試驗結果

2001年至2000年地形變化量

2004年至2001年地形變化量

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試驗結果(5/6)

  •  其中不規則分佈高程差值,推估可能是人為的影響或是不當的消除植被的行為。
  • 由結果顯示2004年至2000年和2004年至2001年DTM的高度差異最大。
  • 其負值位於陡坡地中央區位,而堆積區位不是在預期坡趾的區位,推測是受到人為的影響提高了邊坡的穩定性。使坡趾穩定無造成滑動。
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試驗結果(6/6)

  • 借由剖面圖可看出B-B’與C-C ’剖面圖2000年與2001年地形變化量不大,至2004年地形有明顯變化。
  • 推測可能是邊坡滑動造成土方下移,將上邊坡土方移動至中間堆積。
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結論(1/3)
  • 經由該研究區證實,地面雷射掃描可以,快速且經濟的產生地形模型,應用於崩塌地的研究調查。
  • 利用航空攝影測量崩塌地,與傳統攝影測量的方法做,需要更多昂貴的儀器(航空相機,攝影掃描儀,數位攝影測量工作站或分析繪圖儀),以及更複雜的組織架構。
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結論(2/3)
  • 實際上至少需進行6個攝影量測技術,才可以獲得DTM;

1) 空中調查計劃和執行

2) 控制點測量

3) 製造掃描透明正片

4) 確定測定物的方向與空間座標

5) 繪製地形模型

6) 編輯控制和DTM

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結論(3/3)
  • 文章提出雷射掃描測量,要紀錄不同時期的DTM僅使用一座地面控制點,進行掃描無法減少受遮蔽的點雲。
  • 為了獲得較高精度為目的,使用高精度雷射掃描儀,需經常檢測滑動面以外的檢測點,減少誤差。