基于三维激光扫描技术的岩体结构面信息采集及建模方法与流程

1.本发明涉及三维激光扫描及三维地质建模技术领域，更具体地说它是一种基于三维激光扫描技术的岩体结构面信息采集及建模方法。


背景技术：

2.工程岩体稳定性问题常表现为岩体结构面相互切割形成的块体失稳，要评价块体稳定性需获得完整、可靠的岩体结构面信息。因此，岩体结构面信息是岩体结构分析和岩体稳定性评价的基础。近些年来，国内外学者都努力寻求简便并且精确的结构面信息测量方法，以便快速地采集结构面三维空间方位(走向、倾向、倾角)信息，以适应现代工程对岩体结构分析和稳定性评价在速度和精度上的更高要求。目前岩体结构面三维空间方位信息采集常用的技术方法主要有以下四种：
3.(1)利用罗盘直接测量结构面三维空间方位信息；(2)通过钻孔定向取芯技术和孔内照相技术求解结构面三维空间方位信息；(3)利用数码摄影技术获取岩体结构面信息的数码相片，并通过图像解译技术来提取出结构面三维空间方位信息；(4)利用三维激光扫描装置快速、自动、实时获取结构面三维数据，从而构建出结构面的三维点云模型再利用程序自动识别结构面三维空间方位信息。
4.在目前已有的岩体结构面信息采集方法中，罗盘直接测量方法是所有方法中最为常用也是最为准确、可靠的方法，但测量工作费时、费力，尤其在调查高陡边坡岩体或大跨度高边墙洞室岩体时，因地质调查人员难以接近地质实体，导致不能准确测量需要借助一定方法间接测量，但这大大降低了原始数据的真实性和完整性，同时在危险地质环境下调查人员的人身安全受到严重威胁；钻探方法对于钻孔成孔质量要求较高，不能反映大型结构面的三维空间方位信息，另外该方法的解译精度也不能得到保障；近景摄影测量方法采集岩体结构面信息无需接触测量、获取岩体结构面信息全面、采用严密的数学公式及具有高精度观测的特点赢得了国内外许多学者的广泛关注，但是需要对获取的图像进行精确处理，其中包括影像的畸变校正、几何校正、影像增强及影像镶嵌等程序。此外，影响测量精度的因素较多，如数码相机内方位元素稳定性误差、数码影像畸变校正残差、相机外定向误差及作业环境影响的诸多因素，从而没有广泛应用在实际工程中；基于三维激光扫描点云数据使用自动追踪岩体结构面的程序，由于自动识别结构面结果中存在众多无实际意义的面，从而增加了判别结构面的难度。
5.因此，开发一种简单、快速、精确的岩体结构面信息采集及建模方法很有必要。


技术实现要素：

6.本发明的目的是为了提供一种基于三维激光扫描技术的岩体结构面信息采集及建模方法，利用三维激光扫描技术，基于达索3de平台，采用自主创建的岩体结构面信息提取工具半自动采集结构面三维空间方位，再利用自主创建的结构面建模模板根据采集的结构面三维空间方位快速构建结构面三维模型，完成结构面信息采集及模型建立，为块体稳
定性分析奠定基础。本发明采用半自动识别方式可以精确采集所有结构面信息，本发明结构面三维空间方位信息采集过程简单、快速，一般地质工程师均可操作，实用性强，可为难以直接接触地质实体环境下快速采集岩体结构面信息开辟新途径；解决基于三维激光扫描技术自动识别结构面结果中存在众多无实际意义的面进而无法判别结构面的难题。
7.为了实现上述目的，本发明的技术方案为：一种基于三维激光扫描技术的岩体结构面信息采集及建模方法，其特征在于：包括如下步骤，
8.步骤一：采用三维激光扫描仪对岩体进行扫描，获取岩体三维激光点云；
9.步骤二：将三维激光点云导入3de平台，提取岩体结构面上不在同一直线上的三个点；
10.步骤三：在3de平台，选择岩体结构面上不在同一直线上的三个点，利用自主创建的结构面信息提取工具采集岩体结构面三维空间方位信息；
11.步骤四：利用自主创建结构面建模模板根据采集的岩体结构面三维空间方位信息建立结构面三维模型。
12.本发明具有如下优点：
13.本发明利用三维激光扫描技术对岩体结构面信息进行半自动识别，识别完成后利用结构面建模模板快速建立结构面三维模型，为块体稳定性分析奠定基础，结构面信息采集过程简单、快速，且本发明采用半自动采集方式可以精确采集所有结构面信息；克服了传统基于三维激光扫描技术采用自动识别结构面信息，而自动识别结构面结果中因存在众多无实际意义的面进而无法判断结构面的难题。
附图说明
14.图1为本发明的流程图。
15.图2为本发明实施例中三维激光点云导入3de平台，并提取岩体结构面上不在同一直线上的三个点的示意图。
16.图3为本发明实施例中选择岩体结构面上不在同一直线上的三个点，利用自主创建的结构面信息提取工具半自动采集岩体结构面三维空间方位的示意图。
17.图4为本发明实施例中利用结构面模板建立岩体结构面三维模型的示意图一。
18.图5为本发明实施例中利用结构面模板建立岩体结构面三维模型的示意图二。
具体实施方式
19.下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明使本发明的优点更加清楚和容易理解。
20.参阅附图可知：一种基于三维激光扫描技术的岩体结构面信息采集及建模方法，包括如下步骤，
21.步骤一：采用三维激光扫描仪对岩体进行扫描，获取岩体三维激光点云；
22.步骤二：将三维激光点云导入3de平台，提取岩体结构面上不在同一直线上的三个点；
23.步骤三：在3de平台，选择岩体结构面上不在同一直线上的三个点，利用自主创建的结构面信息提取工具采集岩体结构面三维空间方位信息；
24.步骤四：利用自主创建结构面建模模板根据采集的岩体结构面三维空间方位信息建立结构面三维模型。
25.自主创建的结构面信息提取工具及自主创建结构面建模模板均在计算机上进行开发，开发方法为现有技术。
26.实施例
27.现以本发明应用于某工程岩体结构面信息采集及建模为实施例对本发明进行详细说明，对本发明应用于其它工程岩体结构面信息采集及建模同样具有指导作用。
28.本实施例的流程图参见图1，针对本发明，具体操作步骤如下：
29.1)采用faro350激光扫描仪对岩体进行扫描；
30.2)将三维激光扫描点云导入3de平台，提取岩体结构面上不在同一直线上的三个点，如图2所示；
31.3)选择岩体结构面上不在同一直线上的三个点，利用岩体结构面信息提取工具采集岩体结构面三维空间方位(走向、倾向、倾角)信息，可得到结构面倾向为126
°
，倾角为38
°
，如图3所示。结构面信息提取工具输入元素为不在同一直线上的三个点及xy平面，输出元素为倾向及倾角；
32.4)在已采集岩体结构面三维空间方位的情况下，通过自主创建结构面建模模板，输入xy平面及一个点，填写倾向、倾角、长、宽即可快速建立结构面三维模型，如图4、图5所示。建立岩体结构面三维模型后再利用空间模型相互切割即可形成块体。
33.3d experience平台是法国达索公司研发的三维协同设计、仿真及管理平台，简称3de平台。3de平台包含了设计、仿真、管理等一系列软件、服务以及相关的使用和组织方法。
34.其它未说明的部分均属于现有技术。