[發明專利]一種基于點云成像技術確定巷道巖體結構特征參數的方法

在審

• 申請號: 202110588379.2
• 申請日: 2021-05-28
• 公開（公告）號: CN113298935A
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 田迎春;謝盛青;馬東;陳小偉;李宗武;宮國慧;胡世超;郭海濤
• 申請（專利權）人: 鞍鋼集團礦業有限公司
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G06T15/00;G06N20/00;G01B11/24
• 代理公司: 鞍山貝爾專利代理有限公司 21223
• 代理人: 李玲

本發明的目的是針對現有巖體結構面調查方法存在的問題，提供了一種基于基于點云成像技術確定巷道巖體結構特征參數的方法。該方法的步驟：S1、基于點云成像技術采集巖體結構信息；S2、基于機器學習技術對點云數據再構模型的幾何信息進行分組、分類和統計；S3、根據點云數據處理結果對巷道巖體結構特征進行分析。該方法快速獲取被測對象表面節理裂隙，重建靜態物體的空間3D模型，對巖體節理裂隙進行解譯識別、對結構面進行擬合及產狀的量測，然后基于點云數據提取的結構面特征對各水平優勢節理組及結構發育特征進行分析，最終完成區域斷層、優勢節理組的產狀、分布信息的獲取，為后期采礦方案設計、采場結構參數及支護方式確定等提供依據。

技術領域

本發明屬于礦山地質技術領域，尤其是涉及一種基于點云成像技術的礦巖節理構造調查統計方法。

背景技術

巖體是自然界中具有一定結構特征的地質體，由于遭受各種地質構造運動作用使其內部發育有各種各樣具有一定方向、規模和形態的結構面，如層面、節理、斷層、裂隙、不整合接觸面等。結構面信息的獲取是研究巖體結構特征的基礎，巖體結構面信息直觀、量化的描述一直是巖體力學和工程地質領域發展的一個重要方向，國內外學者通過多種有效的技術手段開展了巖體結構面調查。目前常用的巖體結構面調查方法，包括測線法、統計窗法、鉆孔巖芯測定法和三維激光成像掃描方法；其中三維激光成像掃描方法較測線法、統計窗法及鉆孔巖芯測定法具有效率高、工作量小，同時能夠對人無法抵達的區域進行遠程掃描實巖體結構特征的分析。但由于采用三維激光掃描儀掃描的點云數據量大，在進行數據處理過程，還需要采用人工的手段對結構面進行識別、統計和分析，耗時耗人工。

發明內容

本發明的目的是針對現有巖體結構面調查方法存在的問題，提供了一種基于點云成像技術確定巷道巖體結構特征參數的方法。該方法提供一種可大面積高分辨率地快速獲取被測對象表面節理裂隙，進而方便、快速、準確地重建靜態物體的空間3D模型，對巖體節理裂隙進行解譯識別、對結構面進行擬合及產狀的量測，快速進行現場巖體結構分布統計及特種識別，然后基于點云數據提取的結構面特征對各水平優勢節理組及結構發育特征進行分析，最終完成區域斷層、優勢節理組的產狀、分布等信息的獲取，為后期采礦方案設計、采場結構參數及支護方式確定等提供依據。

一種基于點云成像技術確定巷道巖體結構特征參數的方法，包括如下步驟：

S1、基于點云成像技術采集巷道巖體結構信息；

在巷道內每隔8～12m設置一個點云數據采集站，采用三維激光掃描儀進行現場巷道掃描后，獲取巷道表面形成的點云數據；

S2、基于機器學習技術對點云數據再構模型的幾何信息進行分組、分類和統計；

S2.1、將點云數據由相對坐標轉換為大地空間直角坐標；

S2.2、數據拼接與預處理：將相鄰點云數據采集站掃描測得的點云數據的重疊部分進行數據拼接、剔除，進而獲得巷道內點云構建三維效果圖；

S2.3、結構面識別與特征數據統計；

S2.3.1、識別

對采集的點云數據，定義多于3個點能夠形成的面為一個結構面，并對這個面進行標識，其流程如下：

S2.3.1.1、定義基點，設定掃描的起始點為基點；

S2.3.1.2、搜索基點鄰近的2個點并形成面，將該面定義為基準面；

S2.3.1.3、以基準面為中心，搜索鄰近的第4個點，判斷該點是否與基準面處于同一平面，如果是，則與基準面合并后成為新基準面，并繼續搜索第5個點，如此循環，直到無法找到可以再合并入該新基準面的點為止，將由這些點形成的新基準面定義為結構面并做標識；如果以基準面為中心找不到第4個點形成面，則以巷道方向為軸向，變更基點，重復S2.3.1.1；

S2.3.2、統計