CN105654550A - 水电工程边坡的三维地质展示方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了水电工程边坡的三维地质展示方法，属于水电工程施工地质技术领域。水电工程边坡开挖体型确定后，通过赋予各开挖轮廓空间属性，构建边坡开挖面三维模型；开挖面模型整体性强，输出后作为地质编录底图使用，有利于现场编录定位及追索地质界线，提高现场工作效率的同时可以提高地质编录精度；开挖揭露的地质信息编录后，通过赋予地质属性及空间属性添加到边坡开挖面模型，即可获得水电工程边坡三维地质展示模型。通过三维动态观察地质展示模型可全面直观的查看、展示边坡开挖揭露的地质信息，并可直接输出边坡的三维地质展示图及工程地质平面图。本发明节省了人力资源，提高了工作效率，提升了展示效果，市场需求量大，经济效益显著。
Description
技术领域
本发明属于水电工程技术领域，具体涉及水电工程边坡施工地质工作的边坡三维地质展示方法。
背景技术
水电工程枢纽区一般处于河谷狭窄、山坡陡峻的地方，所以其边坡开挖高度高，面积大，体型复杂。应用传统的边坡开挖面二维地质展示工作方法，地质展示投影换算工作量大，展示图图件零散，拼接工作量大，资料分析困难，且二维展示图视角单一，展示效果差。在具体的工作过程中，存在以下几方面问题：
（1）现场地质编录前，需要在室内依据开挖边坡体型图用米格纸绘制各段、各级边坡现场地质编录底图，转折、弧形部位以弯道展开原理进行绘制，斜边坡部位展开时需要考虑坡比因素，局部扭面开挖部位无法展开，只能近视展开。综上所述，由于水电工程边坡开挖面较多且体型复杂，需要进行大量的换算绘制工作，准备底图工作量大，工作效率低。
（2）受开挖面转折及弧形转弯的影响，边坡现场地质编录底图准备时在米格纸上标示的桩号线大部分不连续，且存在变形，现场收资时不便准确定位地质信息揭露的桩号位置，收集的地质信息在揭露位置上存在误差。
（3）依据边坡展开原理绘制的各级、各段边坡现场地质编录底图是许多相对独立的图幅，由此得到的地质展示图也是许多相对独立的图幅，为了研究整个水电工程边坡开挖揭露的工程地质条件或绘制开挖边坡工程地质平面图，需要把许多相对独立的载有地质信息的图幅进行手工拼接，工作量大，且转折、弧形部位相连边坡经展开后无法拼接；并且收集的地质信息在现场地质编录过程中本身在揭露位置上就存在误差，强硬拼接起来的地质信息又产生了二次误差，不利于地质信息的分析判断、预测预报。
（4）传统的水电工程边坡展示方法绘制的二维地质展示图为基础图件，一般需要进一步绘制开挖边坡工程地质平面图，这一过程需要把所有相对独立的二维地质展示图图幅上载有的地质信息投影到一个平面上，需要做大量的投影换算工作。
（5）传统地质展示方法得到的二维成果图，只能从水平向（开挖边坡工程地质平面图）、竖向（开挖边坡二维地质展示图）去察看开挖边坡上揭露的地质信息，对于具有复杂开挖体型的大型水电工程边坡，很难全面、直观查看、展示边坡揭露的地质信息。
人类社会的发展已经进入了信息化的时代，为更好地利用资源，对我们所处的环境进行真三维的计算机模拟是人类渴望达到的目标。地质三维模型的应用，国内外最早在地矿、石油分析领域发展较好。近年来，各行各业不予余力的推广和发展，也都取得了一定的进步。水利水电行业地质三维模型的快速发展也有目共睹，已基本实现了地质信息模拟和自动切剖面功能，并在寻求与设计专业的无缝融合。但目前的地质三维模型在现场施工地质工作过程中没有得到运用。
发明内容
本发明为克服现有技术的不足，提供一种水电工程边坡的三维地质展示方法，解决了传统水电工程边坡施工地质展示投影换算工作量大，展示图图件零散、拼接工作量大、资料分析困难，二维展示图视角单一，展示效果差等问题。
本发明解决上述技术问题所采用的方案是：
水电工程边坡的三维地质展示方法，包括以下步骤：
步骤（1），建立水电工程边坡开挖面三维模型：
a．将水电工程边坡区域实测地形图和边坡开挖平面布置图配置到绝对坐标系，并裁除开挖轮廓内地形线；
b．将实测地形线按实际高程进行赋值，并拟合构建三维地形曲面；
c．将水电工程边坡开挖轮廓线进行空间定位和赋予空间三维属性，并标示三维桩号线及开挖平台高程信息；
d．利用具有三维属性的开挖轮廓线构建开挖面模型，与三维地形曲面合成水电工程边坡开挖面三维模型；
步骤（2），现场地质编录应用：
e．使用三维动态观察旋转水电工程边坡开挖面三维模型，选定需要进行现场编录的边坡范围，采用三维输出具有空间属性的三维地质编录底图；
f．利用三维地质编录底图的空间信息，进行现场定位及地质界线追索，再将开挖边坡揭露的地质信息编录到地质展示图上；
g．对开挖边坡揭露的重要地质信息，实测在坡面上出露的空间位置；
步骤（3），地质信息三维展示：
h．将现场编录的地质展示图上的地质信息通过赋予地质属性及空间属性添加到边坡开挖面三维模型；
i．将实测的重要地质信息，进行精确的空间定位，校准已经添加到边坡开挖面三维模型内的地质信息；
j．根据相邻已完成地质编录边坡的情况核对该台边坡的地质信息和界线，并对下级边坡工程地质条件进行预测预报；准备下一级开挖边坡地质编录底图，图幅范围须包含临近已完成地质编录的开挖部位；
k．重复步骤e-j，直至所有开挖边坡三维展示完成，形成边坡三维地质展示模型。
进一步，还包括步骤：
l．由地质校审人员对照现场揭露的地质信息复核三维地质展示模型，经校审后，作为阶段性地质成果予以保存。
进一步，还包括步骤：
m．由地质校审人员对比前期勘察成果与三维地质展示模型地质内容，复核开挖揭露的地质信息与前期勘察成果的符合性，并据此调整下级边坡工程地质条件的预测。
进一步，还包括步骤：
n．利用图层管理，将开挖面模型、不同的地质信息置于不同的图层，通过三维动态观察，直观、全面的查看、展示水电工程边坡地质信息等。
进一步，还包括步骤：
o．根据不同需要进行选择可直接输出边坡开挖面三维地质展示图、三维效果图（岩性分区图、风化分区图、构造分布图、岩体质量类别分区图等）及二维工程地质平面图等。
进一步，步骤g和步骤i中所述重要地质信息是指：结构面、岩性、风化、岩体质量类别等。
进一步，步骤i中所述空间定位是指：现场选取重要地质要素控制点进行测量，得到其控制点空间坐标，再将控制点空间坐标导入至边坡三维地质展示模型，以便准确确定重要地质要素的空间分布位置。
本发明与现有技术相比，其有益效果为：
（1）本发明可紧密结合实际开挖情况，快捷的准备三维施工地质编录底图，省去传统方式准备二维施工地质编录底图所必须做的大量换算绘制工作，且精度、灵活性皆较高，现场施工地质编录过程中，可以方便、准确的追索地质界线。
（2）传统水电工程边坡二维地质展示图图件零散，室内资料分析需要进行大量拼接工作，并且对于转折及弧形边坡部位经展开后相对独立，无法进行拼接；展示图多数仅展示了斜坡面的地质信息，对马道地质信息展示不全面，地质内容多数不连贯。采用本发明三维地质展示方法，可以真实、全面反映整个边坡的地质信息，地质内容连贯，室内不需要再进行拼接。对体型复杂的大型水电工程边坡，也能轻松的解决传统二维地质展示方法下必须对相对独立地质展示图进行拼接造成的误差。
（3）受开挖面转折及弧形转弯的影响，边坡二维地质展示（编录）底图准备时在米格纸上标示的桩号线大部分不连续，且存在变形，现场收资时不便准确定位，收集的地质信息在揭露位置上存在误差。采用本发明三维地质展示方法得到的三维地质编录底图具有空间属性，有利于现场定位及地质界线追索可以提高现场地质编录的精度及效率。
（4）利用水电工程边坡开挖面三维模型局部与整体的配合使用，能够宏观把握边坡范围延伸较远地质要素的分布情况。有利于边坡工程地质条件的分析判断，便于开展未开挖部位工程地质条件的预测预报工作。
（5）传统的水电工程边坡展示方法绘制的二维地质展示图为基础图件，一般需要进一步绘制开挖边坡工程地质平面图，这一过程要把所有相对独立的二维地质展示图图幅上载有的地质信息投影到一个平面上，做大量的投影换算工作。采用本发明水电工程边坡的三维地质展示方法，待边坡三维地质展示模型建立完成后，可根据不同需要采用不同视角可直接输出边坡开挖面三维地质展示图、三维效果图（岩性分区图、风化分区图、构造分布图、岩体质量类别分区图等）及工程地质平面图等，不需要再进行投影换算。
（6）传统地质展示方法得到的边坡地质展示图，只能从竖向单一的察看开挖边坡上揭露的地质信息，对于具有复杂开挖体型的大型水电工程边坡，很难全面、直观查看、展示边坡揭露的地质信息。采用本发明三维地质展示方法，待三维地质展示模型建立完成后，使用三维动态观察，可以在各个工作阶段根据需要真实、全面的、多角度查看水电工程边坡各个开挖部位揭露的地质内容，具有很强的实用性。
（7）水电工程边坡三维地质展示模型可进一步将地质信息延伸到地下，构建水电工程边坡地质三维实体模型，进行水电工程三维协同设计。
总体来说，本发明简化了传统二维地质展示技术的工作流程，提高了水电工程边坡地质编录的精度，提高了工作效率30%以上，节省了人力资源，同时，极大提升了边坡的地质展示效果，较大的提高了图件的质量。并有利于开展不同专业间的协同设计。本发明市场需求量大，经济效益显著。
附图说明
图1水电工程边坡三维地质展示方法流程及应用示意图；
图2黄登水电站枢纽区边坡开挖面三维模型；
图3左岸坝段坝基开挖边坡三维地质展示图；
图4左岸坝段坝基开挖边坡工程地质平面图。
具体实施方式
下面结合实例对本发明作进一步的详细描述。
本领域技术人员将会理解，下列实施实例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施实例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用材料或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。
应用实例
黄登水电站位于云南省兰坪县澜沧江上，为堤坝式开发的水电枢纽工程，碾压混凝土重力坝最大坝高203m，电站装机容量1900MW，属Ⅰ等大（1）型工程。坝址区河谷狭窄，呈“V”字型，两岸岸坡地形不完整，冲沟发育，山坡陡峻。大坝左、右岸坝基开挖边坡(含缆机边坡)高度均超过400m，坝基边坡范围大，开挖体型复杂。黄登水电站已于2013年11月实现截流，目前，工程区内边坡已基本开挖完成。前期在边坡开挖现场施工地质工作中，要求对边坡随开挖进行施工地质编录，绘制开挖面地质展示图，后期还需绘制工程地质平面图，以便检验、修正前期工程地质勘察结论，为边坡开挖优化及大坝建基面验收提供依据。
黄登水电站边坡开挖面开挖体型复杂，一般坡度较陡，直立，转折、弧形斜边坡较多，现场施工地质展示工作中，应用水电工程边坡三维地质展示方法，取得了显著的效果，下面具体以水电工程边坡三维地质展示方法流程及应用示意图（图1）和黄登水电站坝基开挖面三维地质展示模型建立对本发明作进一步的详细描述，步骤如下：
a．将黄登水电站枢纽区开挖边坡实测地形图、边坡开挖平面布置图配置到绝对坐标系，并裁除开挖轮廓内地形线；
b．对实测地形线进行高程赋值，并拟合构建三维地形曲面；
c．根据黄登水电站开挖边坡设计开挖体型，将开挖轮廓线进行空间定位、赋予空间属性，并标示三维桩号线及开挖平台高程信息；
d．利用具有三维属性的开挖轮廓线构建黄登水电站边坡开挖面三维模型，与三维地形曲面合成边坡开挖面三维模型(见图2)；
e．使用三维动态观察旋转黄登水电站边坡开挖面三维模型，选定需要进行现场编录的坝基开挖面范围，采用三维输出具有空间属性的三维地质编录底图，即可获得坝基三维地质编录底图；
f．利用坝基三维地质编录底图，进行现场定位及地质界线追索，再将开挖边坡揭露的地质信息编录到地质展示图上；
g．对开挖边坡揭露的重要地质信息，实测在坡面上出露的空间位置；
h．将现场编录的地质信息通过赋予地质属性及空间属性添加到坝基开挖面三维模型；
i．对重要地质信息（断层、岩性、风化、岩体质量类别等），现场选取地质要素控制点进行测量，得到其空间坐标，将控制点空间坐标导入至坝基三维地质展示模型，校准已经添加到模型内的地质信息；
j．根据临近已完成地质编录坝基开挖面的情况核对该台坝基开挖面的地质信息、界线，开展下级坝基开挖面工程地质条件的预测预报工作；准备下一级开挖面三维地质编录底图时，输出图幅范围须包含临近已完成地质编录的开挖部位
k．；重复步骤e-j，直至所有开挖边坡三维展示完成，形成三维地质展示模型。
l.由地质校审人员现场查看结合前期勘察成果对坝基三维地质展示模型的总体趋势的合理性判断后，作为阶段性地质认识的结果予以保存。
m.由地质校审人员对比前期勘察成果与三维地质展示模型地质内容，复核开挖揭露的地质信息与前期勘察成果的符合性，并据此调整下级边坡工程地质条件的预测评价。
n.利用图层管理，将坝基三维地质模型不同的地质信息置于不同的图层，通过三维动态观察，直观、全面查看、展示水电工程边坡地质信息等。
o.根据不同需要进行选择三维出图输出左岸坝段坝基开挖边坡三维地质展示图（图3），选择俯视出图输出左岸坝段坝基开挖边坡工程地质平面图（图4）；并可输出不同显示目的的三维效果图（大坝开挖建基面岩性分区图、风化分区图、卸荷分区图、构造分布图、岩体质量类别分区图）等。
以上显示和描述了本发明的基本流程、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.水电工程边坡的三维地质展示方法，其特征在于，包括如下步骤：
a．将水电工程边坡区域实测地形图和边坡开挖平面布置图配置到绝对坐标系，并裁除开挖轮廓内地形线；
b．将实测地形线按实际高程进行赋值，并拟合构建三维地形曲面；
c．将水电工程边坡开挖轮廓线进行空间定位和赋予空间三维属性，并标示三维桩号线及开挖平台高程信息；
d．利用具有三维属性的开挖轮廓线构建开挖面模型，与三维地形曲面合成水电工程边坡开挖面三维模型；
e．使用三维动态观察旋转水电工程边坡开挖面三维模型，选定需要进行现场编录的边坡范围，采用三维输出具有空间属性的三维地质编录底图；
f．利用三维地质编录底图的空间信息，进行现场定位及地质界线追索，再将开挖边坡揭露的地质信息编录到地质展示图上；
g．对开挖边坡揭露的重要地质信息，实测在坡面上出露的空间位置；
h．将现场编录的地质展示图上的地质信息通过赋予地质属性及空间属性添加到边坡开挖面三维模型；
i．将实测的重要地质信息，进行精确的空间定位，校准已经添加到边坡开挖面三维模型内的地质信息；
j．根据相邻已完成地质编录边坡的情况核对该台边坡的地质信息和界线，并对下级边坡工程地质条件进行预测预报；准备下一级开挖边坡地质编录底图，图幅范围须包含临近已完成地质编录的开挖部位；
k．重复步骤e-j，直至所有开挖边坡三维展示完成，形成边坡三维地质展示模型。
2.根据权利要求1所述的水电工程边坡的三维地质展示方法，其特征在于，还包括如下步骤：
l．由地质校审人员对照现场揭露的地质信息复核坡三维地质展示模型，经校审后，予以保存；
m．由地质校审人员对比前期勘察成果与三维地质展示模型地质内容，复核开挖揭露的地质信息与前期勘察成果的符合性，并据此调整下级边坡工程地质条件的预测评价。
3.根据权利要求2所述的水电工程边坡的三维地质展示方法，其特征在于，还包括如下步骤：
n．利用图层管理，将开挖面模型和不同的地质信息置于不同的图层，通过三维动态观察，全面直观的查看和展示水电工程边坡地质信息。
4.根据权利要求3所述的水电工程边坡的三维地质展示方法，其特征在于，还包括如下步骤：
o．根据不同需要选择不同视角及图层直接输出边坡开挖面三维地质展示图、三维效果图及二维工程地质平面图。
5.根据权利要求4所述的水电工程边坡的三维地质展示方法，其特征在于，所述的三维效果图包括岩性分区图、风化分区图、构造分布图和岩体质量类别分区图。
6.根据权利要求1-5项任意一项所述的水电工程边坡的三维地质展示方法，其特征在于，步骤g和步骤i中所述重要地质信息是指：岩性、构造、风化、卸荷、水文地质和岩体质量类别。
7.根据权利要求1-5项任意一项所述的水电工程边坡的三维地质展示方法，其特征在于，步骤i中所述空间定位是指：现场选取重要地质要素控制点进行测量，得到其控制点空间坐标，再将控制点空间坐标导入至边坡三维地质展示模型。
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