[發明專利]一種基于三維激光掃描技術巖體塊體分析方法

在審

• 申請號: 202011215960.1
• 申請日: 2020-11-04
• 公開（公告）號: CN112347901A
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發明（設計）人: 張必勇;徐俊;孫云志;馮明權;謝禮明;劉宇;孫韜;王銳;唐志強
• 申請（專利權）人: 長江巖土工程總公司（武漢）
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06T17/00;G01B11/24;G01C15/00
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所 42001
• 代理人: 狄宗祿

本發明公開了一種基于三維激光掃描技術巖體塊體分析方法。它包括如下步驟：采用三維激光掃描儀對巖體進行掃描，獲取具有RGB值的點云；將點云導入專業處理軟件進行處理；利用產狀面模板或在三維激光點云上提取不共線的三個點，對巖體結構面進行快速識別；巖體結構面識別完成后將結構面延伸后進行相互切割形成定位或半定位三維塊體；塊體的空間位置及規模確定后，可對塊體進行分析，指導工程支護設計。本發明具有快速、精確識別巖體結構面，識別過程簡單易操作，實用性強，能指導工程支護設計的優點。

技術領域

本發明涉及三維激光掃描及三維地質建模技術領域，更具體地說它是基于三維激光掃描技術巖體塊體分析方法。

背景技術

三維激光掃描技術是測繪領域繼GPS技術之后的又一次技術革命，它利用非接觸式高速激光測量，以點云的形式獲取地形或物體表面復雜幾何圖形的三維數據。該技術突破了傳統的單點測量方法，最大特點就是采集密度高，速度快、精度高、逼近原形、掃描距離遠。目前，將三維激光掃描儀采集的點云傳輸到專用的三維激光掃描后期數據處理軟件中進行點云數據的拼接、縮減、抽稀及去噪，生成三角高程格網，再利用三角高程格網有效地建立立體模型，可以用于地形圖測繪、土石方體積測量、地表邊坡及地下洞室編錄、邊坡變形監測、橋梁變形監測、橋梁病害檢測以及模型修正等方面。

工程巖體穩定性問題常表現為巖體結構面相互切割形成的塊體失穩，要評價塊體穩定性需獲得完整、可靠的巖體結構面信息。長久以來，國內外眾多專家學者對于獲取巖體結構面幾何信息的方法進行了不同的嘗試和研究探索。三維激光掃描技術成熟以后，國內外的一些專家學者已經將其應用在巖體結構面獲取方面。Siekfo等用激光掃描儀掃描了巖體邊坡，得到了巖體表面三維激光點云數據，取得了一些初步成果。Slob等對激光掃描點云數據進行三角網格重建，認為每一個三角面片產狀代表一個結構面產狀，再使用模糊K均值法對結構面進行分組。Leto等把相連三角形面片法向夾角小于設定閾值的三角形面片進行聚類，當聚類三角面片面積大于設定閾值時認為該聚類為結構面。Hummah等研究了如何利用模糊群聚方法實現結構面自動識別。何秉順等和施星波通過手工選取掃描數據點，然后再根據數據點擬合平面，實現半自動識別巖體結構面。劉昌軍等對三維激光點云數據進行三角形網格化重構，對巖體結構面進行擬合，并用模糊C平均群聚方法對其產狀進行聚類，還用不同顏色表示結構面的聚類結果。Riquelme提出了基于激光掃描三維點云的利用k最近鄰算法(k-nearest neighbor,KNN)主成分分析(principal component analysis,PCA)識別和定義巖質邊坡露頭面不同平面代數方程的一種新方法，并進行了參數的敏感性分析。

以上利用三維激光掃描技術進行巖體結構面識別大多基于各類算法，需要很強的數學功底，過程復雜，不直觀。且巖體結構面識別之后未對其進行延伸并相互切割，不能快速形成塊體進而對其進行分析，對工程支護設計的指導作用不強。

因此，現亟需開發一種識別過程簡單、能快速識別巖體結構面的方法。

發明內容

本發明的目的是為了提供一種基于三維激光掃描技術巖體塊體分析方法，利用三維激光掃描技術，在達索3DE平臺，采用幾何法，在已測得產狀的情況下利用產狀面模板，未測得產狀的情況下利用不共線的三點構建平面，快速、精確識別巖體結構面，識別過程簡單，一般地質工程師均可操作，實用性強；巖體結構面識別之后，再根據塊體理論將巖體結構面假定為平面且貫穿整個區域，將結構面延伸后進行相互切割形成定位或半定位三維塊體，從而確定了塊體的空間位置及規模，再對塊體進行分析，指導工程支護設計。

為了實現上述目的，本發明的技術方案為：一種基于三維激光掃描技術巖體塊體分析方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟一：采用三維激光掃描儀對巖體進行掃描，獲取具有RGB值的點云；

步驟二：將點云導入3DE平臺，利用3DE平臺點云編輯功能，進行點云數據的拼接及去噪處理；