[發明專利]基于三維激光掃描技術的巖體結構面信息采集及建模方法

在審

• 申請號: 202110744385.2
• 申請日: 2021-07-01
• 公開（公告）號: CN113538676A
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 徐俊;張必勇;孫云志;謝禮明;劉宇;王銳
• 申請（專利權）人: 長江巖土工程有限公司;長江勘測規劃設計研究有限責任公司
• 主分類號: G06T17/05
• 分類號: G06T17/05;G06T17/20
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所(普通合伙) 42001
• 代理人: 倪文霞

本發明公開了一種基于三維激光掃描技術的巖體結構面信息采集及建模方法。它包括如下步驟，步驟一：采用三維激光掃描儀對巖體進行掃描，獲取巖體三維激光點云；步驟二：將三維激光點云導入3DE平臺，提取巖體結構面上不在同一直線上的三個點；步驟三：在3DE平臺，選擇巖體結構面上不在同一直線上的三個點，利用自主創建的結構面信息提取工具采集巖體結構面三維空間方位信息；步驟四：利用自主創建結構面建模模板根據采集的巖體結構面三維空間方位信息建立結構面三維模型。本發明具有巖體結構面信息采集方便，建模簡單、快速、精確的優點。

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，更具體地說它是一種基于三維激光掃描技術的巖體結構面信息采集及建模方法。

背景技術

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。因此，巖體結構面信息是巖體結構分析和巖體穩定性評價的基礎。近些年來，國內外學者都努力尋求簡便并且精確的結構面信息測量方法，以便快速地采集結構面三維空間方位(走向、傾向、傾角)信息，以適應現代工程對巖體結構分析和穩定性評價在速度和精度上的更高要求。目前巖體結構面三維空間方位信息采集常用的技術方法主要有以下四種：

(1)利用羅盤直接測量結構面三維空間方位信息；(2)通過鉆孔定向取芯技術和孔內照相技術求解結構面三維空間方位信息；(3)利用數碼攝影技術獲取巖體結構面信息的數碼相片，并通過圖像解譯技術來提取出結構面三維空間方位信息；(4)利用三維激光掃描裝置快速、自動、實時獲取結構面三維數據，從而構建出結構面的三維點云模型再利用程序自動識別結構面三維空間方位信息。

在目前已有的巖體結構面信息采集方法中，羅盤直接測量方法是所有方法中最為常用也是最為準確、可靠的方法，但測量工作費時、費力，尤其在調查高陡邊坡巖體或大跨度高邊墻洞室巖體時，因地質調查人員難以接近地質實體，導致不能準確測量需要借助一定方法間接測量，但這大大降低了原始數據的真實性和完整性，同時在危險地質環境下調查人員的人身安全受到嚴重威脅；鉆探方法對于鉆孔成孔質量要求較高，不能反映大型結構面的三維空間方位信息，另外該方法的解譯精度也不能得到保障；近景攝影測量方法采集巖體結構面信息無需接觸測量、獲取巖體結構面信息全面、采用嚴密的數學公式及具有高精度觀測的特點贏得了國內外許多學者的廣泛關注，但是需要對獲取的圖像進行精確處理，其中包括影像的畸變校正、幾何校正、影像增強及影像鑲嵌等程序。此外，影響測量精度的因素較多，如數碼相機內方位元素穩定性誤差、數碼影像畸變校正殘差、相機外定向誤差及作業環境影響的諸多因素，從而沒有廣泛應用在實際工程中；基于三維激光掃描點云數據使用自動追蹤巖體結構面的程序，由于自動識別結構面結果中存在眾多無實際意義的面，從而增加了判別結構面的難度。

因此，開發一種簡單、快速、精確的巖體結構面信息采集及建模方法很有必要。

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的巖體結構面信息采集及建模方法，利用三維激光掃描技術，基于達索3DE平臺，采用自主創建的巖體結構面信息提取工具半自動采集結構面三維空間方位，再利用自主創建的結構面建模模板根據采集的結構面三維空間方位快速構建結構面三維模型，完成結構面信息采集及模型建立，為塊體穩定性分析奠定基礎。本發明采用半自動識別方式可以精確采集所有結構面信息，本發明結構面三維空間方位信息采集過程簡單、快速，一般地質工程師均可操作，實用性強，可為難以直接接觸地質實體環境下快速采集巖體結構面信息開辟新途徑；解決基于三維激光掃描技術自動識別結構面結果中存在眾多無實際意義的面進而無法判別結構面的難題。

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的巖體結構面信息采集及建模方法，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，獲取巖體三維激光點云；

步驟二：將三維激光點云導入3DE平臺，提取巖體結構面上不在同一直線上的三個點；