CN105809627B - 一种水电工程地下洞室的地质编录方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水电工程领域，目的是为了解决现有的地下洞室地质编录工作量大、工作效率低的问题。本发明提供的水电工程地下洞室的地质编录方法，步骤如下：首先，采集地下洞室洞壁的照片，并绘制所需编录地下洞室洞壁的结构面交切关系图；其次，获取洞壁的三维扫描数据，对所述三维扫描数据进行去噪声处理，建立带有几何信息的洞壁实体模型，并利用扫描仪内置相机获取的照片进行三维扫描数据的纹理映射；然后，根据所述洞壁的结构面交切关系图及所述洞壁的照片进行结构面定位，勾画结构面出露迹线，量测所勾画的结构面出露迹线的迹长和结构面间距以及结构面产状；最后，将所述结构面出露迹线由三维转化为二维并保存。本发明适用于地下洞室地质编录。
Description
技术领域
本发明涉及水电工程领域，特别涉及一种水电工程地下洞室的地质编录技术。
背景技术
水电工程中地下厂房、引水隧洞等地下洞室埋深和洞径均较大，洞室内地温较高，光线和通风条件极差，在高地应力作用下还可能产生岩爆或局部塌顶，另外，洞室的开挖作业速度也较快，因此很难为地质人员提供健康、安全的编录条件和足够的时间，这就决定了地质人员必须快速的完成现场地质编录。
现目前，水电工程地下洞室的地质编录主要依靠多名专业地质人员借助罗盘、皮尺等量测工具，量测结构面的主要信息(产状、延伸长度、发育宽度、间距以及地质性状等)，并在米格纸上绘制结构面素描图，在记录表格记录结构面主要信息，后期还需在AutoCAD中对结构面素描图进行电子化处理。这种方法主要缺点为：①现场量测时间长，工作量大，工作效率低，需要多人协同配合，同时，后期还需将米格纸素描图在AutoCAD中电子化处理。②地下洞室采用爆破开挖，造成洞室内灰尘较大，且仅能借助灯光照明，光线极差，不利于现场编录。③水电工程地下洞室埋深、洞径均较大，在高地应力作用下可能产生岩爆或局部塌顶，威胁现场地质人员的生命安全。④大埋深地下洞室普遍存在着高地温，且通风不畅，空气浑浊，危害现场地质人员身体健康。
发明内容
本发明的目的是针对现目前水电工程地下洞室地质编录的缺点，提出一种依靠地质人员宏观判断，并主要借助三维激光扫描和摄影照片进行地质编录的方法。该方法现场操作简单、快速，所得结果准确、可靠，满足精度要求，同时可以极大的减少现场工作时间和人员。
为达到上述目的，本发明提供一种水电工程地下洞室的地质编录方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、采集地下洞室洞壁的照片，并绘制所需编录地下洞室洞壁的主要结构面交切关系图；
步骤二、选择三维激光扫描仪架设点并架设三维激光扫描仪对洞壁进行三维激光扫描，获取洞壁的三维扫描数据后进行存储；
步骤三、对所述三维扫描数据进行去噪声处理，删除其中的不稳定点及噪声点，建立带有几何信息的洞壁实体模型，并利用扫描仪内置相机获取的照片进行三维扫描数据的纹理映射；
步骤四、根据所述洞壁的主要结构面交切关系图及所述洞壁的照片进行结构面定位，勾画结构面出露迹线，量测所勾画的结构面出露迹线的迹长和结构面间距，并利用结构面产状计算工具在结构面上通过不在同一直线上的三点确定结构面产状；
步骤五、将所述结构面出露迹线由三维转化为二维并进行保存，即得到洞室的地质编录图。
具体地，步骤一中，对于断面宽大的洞壁，采集洞壁照片时，通过拍摄多张照片并进行拼接的方式得到洞壁的完整照片。
具体地，步骤二中，对于断面宽大的洞壁，设置多个三维激光扫描架设点，各个架设点的扫描数据拼接后完整覆盖整个扫描洞壁，相邻两个架设点的扫描数据存在重合部分。
进一步地，步骤三还包括：对于多幅三维扫描数据，通过数据重合部分进行数据拼接。
进一步地，步骤四还包括：将所获取的结构面迹长、间距以及产状导出为文档形式保存。
较佳地，步骤五之后还包括：在二维地质编录图中写入结构面代号、图例、图签、高程柱、走向及图名，调整结构面显示颜色，将文档形式保存的结构面产状、间距及迹长数据粘贴到相应结构面信息中。
本发明的有益效果是：
(1)节约时间、节省人力
现目前地下洞室地质编录方法，现场量测时间长，工作量大，工作效率低，需要多人协同配合，本发明中地质人员现场宏观判断、三维激光扫描以及摄影照相时间均较短，需要操作人员也较少，因此本发明能够节约时间、节省人力。
(2)结果准确、可靠，满足精度要求
现目前地下洞室地质编录方法，现场地质人员在量测结构面信息和绘制素描图中会产生一定的误差，而本发明采用的三维激光扫描和摄影照相真实的反映了现场条件，利用其绘制结构面素描图所得结果较为准确、可靠，同时满足精度要求。
(3)降低安全风险
由于本发明仅需要很少人员在现场停留较短时间，因此降低了岩爆、塌顶等因素带来的安全风险。
具体实施方式
以下对本发明的技术方案作进一步详细描述。
本发明针对现有的水电工程地下洞室地质编录工作量大、工作效率低、地质编录条件差及危害工作人员身体健康及安全的问题，本发明提出一种依靠地质人员宏观判断，主要借助三维激光扫描和摄影照片进行水电工程地下洞室地质编录的方法。该方法现场操作简单、快速，所得结果准确、可靠，满足精度要求，同时可以极大的减少现场工作时间和人员的编录方法。
具体地，本发明提供的一种水电工程地下洞室的地质编录方法，该方法具体步骤为：
1.现场踏勘：地质人员对地下硐室进行踏勘，随手简易绘制所需编录洞壁的主要结构面交切关系图，并对扫描洞壁摄影照相，宽大洞壁可用多张照片拼接(绘制随手交切关系图和摄影照相目的是方便在三维激光扫描数据的后期处理中能快速准确进行结构面定位)。同时，选择合理的三维激光扫描仪架设点，以便获取较为完整的洞壁三维数据。
2.三维扫描：在架设点架设三维激光扫描仪，对洞壁进行三维激光扫描，扫描过程中应该避免因扫描仪晃动、操作人员走动、施工机械移动等因素而产生三维数据噪声，以获得高精度的三维扫描数据。此外，对于断面较大的洞壁，可设置多个架设点，多个架设点的布置原则是，各架设点的扫描数据拼接后能完整覆盖整个扫描洞壁，并且相邻架设点的扫描数据要有重合部分，以便于数据拼接。
3.点云数据处理：①对三维点云数据噪声进行去噪处理，删除其中的不稳定点和噪声点；②对于多幅三维点云数据通过数据重合部分进行点云数据拼接；③重建带有几何信息的实体模型；④利用扫描仪内置相机获取的照片进行三维点云数据的纹理映射，使模型更具真实性；
4.提取结构面信息：①参照随手交切关系图和摄影照片在三维数据处理软件中快速准确进行结构面定位，并勾画结构面出露迹线；②利用三维数据处理软件二次开发的结构面长度计算工具，量测所勾画的结构面出露迹线的迹长和结构面间距，并导出为文档；③利用三维数据处理软件二次开发的结构面产状计算工具，在结构面上通过不在一条线上的三点确定结构面产状，并导出为文档。
5.三维数据AutoCAD处理：将三维数据处理软件中所勾画的结构面出露迹线导出为三维AutoCAD软件数据，通过在AutoCAD软件中平面显示为二维图，即得到地质编录图。
6.编录图后期处理：在AutoCAD中对地质编录图进行后期处理，主要包括写入结构面代号、图例、图签、高程柱、走向、图名，调整结构面显示颜色，将文档形式保存的结构面产状、间距、迹长数据粘贴到相应结构面信息中等简单后期处理。至此，即得到完整的地质编录图。
Claims (6)
1.一种水电工程地下洞室的地质编录方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、采集地下洞室洞壁的照片，并绘制所需编录地下洞室洞壁的主要结构面交切关系图；
步骤二、选择三维激光扫描仪架设点并架设三维激光扫描仪对洞壁进行三维激光扫描，获取洞壁的三维扫描数据后进行存储；
步骤三、对所述三维扫描数据进行去噪声处理，删除其中的不稳定点及噪声点，建立带有几何信息的洞壁实体模型，并利用扫描仪内置相机获取的照片进行三维扫描数据的纹理映射；
步骤四、根据所述洞壁的主要结构面交切关系图及所述洞壁的照片进行结构面定位，勾画结构面出露迹线，量测所勾画的结构面出露迹线的迹长和结构面间距，并利用结构面产状计算工具在结构面上通过不在同一直线上的三点确定结构面产状；
步骤五、将所述结构面出露迹线由三维转化为二维并进行保存，即得到洞室的地质编录图。
2.如权利要求1所述的一种水电工程地下洞室的地质编录方法，其特征在于，步骤一中，对于断面宽大的洞壁，采集洞壁照片时，通过拍摄多张照片并进行拼接的方式得到洞壁的完整照片。
3.如权利要求2所述的一种水电工程地下洞室的地质编录方法，其特征在于，步骤二中，对于断面宽大的洞壁，设置多个三维激光扫描架设点，各个架设点的扫描数据拼接后完整覆盖整个扫描洞壁，相邻两个架设点的扫描数据存在重合部分。
4.如权利要求3所述的一种水电工程地下洞室的地质编录方法，其特征在于，步骤三还包括：对于多幅三维扫描数据，通过数据重合部分进行数据拼接。
5.如权利要求1至4任一所述的一种水电工程地下洞室的地质编录方法，其特征在于，步骤四还包括：将所获取的结构面迹长、间距以及产状导出为文档形式保存。
6.如权利要求5所述的一种水电工程地下洞室的地质编录方法，其特征在于，步骤五之后还包括：在二维地质编录图中写入结构面代号、图例、图签、高程柱、走向及图名，调整结构面显示颜色，将文档形式保存的结构面产状、间距及迹长数据粘贴到相应结构面信息中。
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| 三维激光扫描技术在施工地质编录中的应用.;周峰 等;《岩土工程技术》;20100430;第24卷(第2期);全文 |
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