[發明專利]一種結構面極點圖和傾向玫瑰花圖快速自動繪制方法

在審

• 申請號: 202010822693.8
• 申請日: 2020-08-05
• 公開（公告）號: CN114092583A
• 公開（公告）日: 2022-02-25
• 發明（設計）人: 胡高建;劉杰;張賀
• 申請（專利權）人: 紹興文理學院
• 主分類號: G06T11/00
• 分類號: G06T11/00;G06T11/20;G06T17/00;G06T7/80;G06T7/66;G06T7/62;G06K9/62;G06K9/00;G06F8/20
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一種結構面極點圖和傾向玫瑰花圖快速自動繪制方法，屬于巖體測量技術領域，其步驟包括：(1)結構面三維激光掃描快速獲取；(2)結構面極點圖和傾向玫瑰花圖自動繪制系統研發。本發明采用三維激光掃描技術快速獲得結構面點云數據，基于近鄰傳播算法和結構面傾向玫瑰花圖繪制方法編程研發結構面極點圖和傾向玫瑰花圖自動繪制系統，實現了結構面極點圖和傾向玫瑰花圖的快速自動繪制。本發明方法手段快速自動，工程應用便捷。

技術領域

本發明涉及一種結構面極點圖和傾向玫瑰花圖的快速自動繪制方法，特別的是本發明采用三維激光掃描技術快速獲得結構面點云數據，基于近鄰傳播算法和結構面傾向玫瑰花圖繪制方法編程研發結構面極點圖和傾向玫瑰花圖自動繪制系統，將三維激光掃描技術、軟件系統研發相結合，提供了一種結構面極點圖和傾向玫瑰花圖快速自動繪制方法，屬于巖體測量技術領域。

背景技術

結構面的產狀是控制巖體穩定的重要因素，在巖體穩定性中起著至關重要的作用。如在巖質邊坡穩定性分析中，結構面的產狀對穩定性有著很大的影響，如巖體發育與邊坡相同方向，且傾角小于邊坡角的節理，就能導致邊坡失穩，如果它們發育程度在密集，那將大大削弱邊坡的穩定性。因此如何快速、有效的對結構面產狀進行分析和描述，自動獲得區域內結構面的產狀和分布特征等，一直以來是巖體工程界最關心和亟待解決的關鍵技術問題。

目前國內外常用的結構面產狀采集方法主要有測線法、精測線法、取樣窗法和鉆孔巖芯節理采集法。這些測量方法在施用時都面臨著野外工作量大，誤差大，效果不佳，不能滿足現代化施工的需求。三維激光掃描技術作為一種高效的三維空間信息獲取手段，在獲取結構面方位和規模信息方面具有很大優勢。其優點是通過精密的主動式激光傳感器對目標物進行立體掃描，在不接觸物體的情況下，高效精確的獲取空間實體的三維表面信息，獲取目標物的海量三維點云數據，快速實現被測物體的數字化和特征信息表達。因此，利用三維激光掃描技術，可以實現巖體結構面產狀數據的快速大量獲取。

常用的結構面產狀統計方法有結構面玫瑰花圖和極點圖。結構面玫瑰花圖是一種簡單、清晰、直觀的基礎地質圖件，在表征構造破裂面發育程度和優勢方位方面應用廣泛。其做法簡單，醒目，能比較清楚的反映出主要節理的方向，有助于分析區域構造。在地質分析時，一般常把節理玫瑰花圖，按測點位置標繪在地質圖上，以清楚反映不同構造部位的節理、褶皺或斷層的關系，綜合分析出其局部應力的狀況，大致確定主應力軸的性質和方向。其中，走向玫瑰花圖多應用于節理產狀比較陡峻的情況，傾向和傾角玫瑰花圖多用于節理產狀變化比較大的情況。傾向玫瑰花圖的缺點是只能表示傾向的分布，不能表示出走向、傾角的分布，并且是只依據傾向的分布進行分組，當同一傾向有多組結構面時，傾向玫瑰花圖不能完全表示出來。

極點圖是將所測結構面的極點投影到赤平投影圖上，它是一種利用平面上的點和線解析三維空間的線和面的一種圖解方法。并能通過旋轉變換，恢復構造破壞前的節理、地層產狀，通過節理等密度線圖可以求出優勢結構面的產狀。極點圖可以同時展現結構面的傾向和傾角的分布，相較于玫瑰花圖的方法更科學和準確一些。但是極點圖的圖解過程卻是相當繁瑣。手工完成一張極點圖如等密線圖，需要經過投點，密度統計、百分比換算、勾繪等直線等工序，即費時間又容易出錯。同時，極點圖還存在著分組結果主要依靠經驗，在各組邊界不明顯的情況下，分組結果缺乏客觀性。因此統計分析方法和計算機處理程序逐漸成為極點圖繪制的重要方法手段。目前應用較成熟的方法是聚類分析法，其中比較常用的為K均值聚類算法和C均值聚類算法，但這兩種算法屬于動態聚類算法，存在著對聚類中心敏感且容易陷入局部最優的缺點。也有學者引入人工智能算法，如蜂群算法、遺傳算法等，取得了一定的聚類效果，但是仍然不能徹底擺脫算法的本質問題，需要不斷的調試輸入參數，計算效率較低。而近鄰傳播聚類算法具有不受初始聚類中心影響、計算效率高的優點，已經廣泛應用于很多領域，在結構面產狀聚類中也取得了較好的效果。