CN106679733B - 一种岩体结构面原位信息采集的自动化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种岩体结构面原位信息采集的自动化装置，包括校准模块、螺旋固定口、钻杆、数据采集模块、主机和图像处理器；校准模块包括内环系统、微型指北针、外环刻度和测斜仪；校准模块与钻机连接，测斜仪悬吊在内环系统下方，微型指北针设置在内环系统上表面，外环刻度位于内环系统外缘；数据采集模块包括本体、夜视仪、微型三维激光扫描仪和光纤传导线；夜视仪和微型三维激光扫描仪设置在本体外，测斜仪、夜视仪和微型三维激光扫描仪通过光纤传导线与主机连接，主机与图像处理器连接；校准模块与数据采集模块之间由钻杆连接。本发明可自动采集结构面参数，节省了大量的人力与时间成本支出。

Description

一种岩体结构面原位信息采集的自动化装置
技术领域
本发明涉及一种原位数据采集装置，特别涉及一种岩体结构面原位信息采集的自动化装置。
背景技术
随着国家经济建设的发展，水电站、道路、桥梁等工程建筑日益增多，规模日益增大。庞大的荷载要求工程建筑的基础选择强度和稳定性较好的岩体。而岩体的变形与稳定性主要取决于内部发育的结构面系统，如保证工程建筑的安全性，需重点考虑岩体的结构面特征：如迹长、产状、密度与宽度等参数。传统上，采用罗盘、尺子等人工的方法采集岩体中的结构面。但这种方法极为费时，不可避免地受到人为误差的影响。另外，岩体具有明显的非均匀性，不同深度的岩体结构面参数差异可能较大，而岩体的露头面往往缺失或出露高度较小，导致岩体结构面数据量极少，使岩体的变形和稳定性分析缺少基础数据，影响了工程安全性分析的精度。因此，本专利考虑在钻孔中搜集岩体的结构面，通过微型三维激光扫描仪与夜视仪取得的数据，采用主机的图像处理模块自动解译结构面的位置、产状、迹长、密度与宽度等参数，在岩体变形与稳定性基础分析数据获取方面具有极大的意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种岩体结构面原位信息采集的自动化装置。在钻孔内实现不同深度处的结构面数据搜集工作，获取结构面的位置、产状、迹长、密度与宽度等几何信息，以更好的对岩体的变形与稳定性进行分析。
本发明包括校准模块、螺旋固定口、钻杆、数据采集模块、主机和图像处理器；
校准模块包括内环系统、微型指北针、外环刻度和测斜仪；校准模块与钻机连接，测斜仪悬吊在内环系统下方，微型指北针设置在内环系统上表面，外环刻度位于内环系统外缘；
数据采集模块包括本体、夜视仪、微型三维激光扫描仪和光纤传导线；夜视仪和微型三维激光扫描仪设置在本体外，测斜仪、夜视仪和微型三维激光扫描仪通过光纤传导线与主机连接，主机与图像处理器连接；
校准模块的内环系统与数据采集模块的本体之间由钻杆通过螺旋固定口连接，钻杆中间具有钻杆链接口；
本发明的工作过程：
首先清理待测量钻孔的孔壁，将校准模块连接到钻机，转动钻机使微型指北针与某一外环刻度对齐，钻杆将校准模块与数据采集模块相连。转动数据采集模块，使微型三维激光扫描仪中心点与扫描视野中心点连线指向正北。通过测斜仪记录校准模块与数据采集模块连线的倾斜度。打开微型三维激光扫描仪与夜视仪，获取钻孔壁上各点距离微型三维激光扫描仪的距离以及钻孔壁的图像。当数据采集完毕后，将钻杆旋转至下一外环刻度与微型指北针对齐，直至将一环周的数据与图像采集完毕。将钻杆下移0.5m，采用上述方法继续采集，直至采集完指定深度内的数据与图像。当杆长度不足时，可在钻杆链接口增加需求长度的钻杆即可。将采集图像旋转180°，使微型三维激光扫描仪的数据与夜视仪的图像位置对应。
通过光纤传导线将上述数据上传到主机中。主机中的图像处理器自动解译出结构面的位置，并可提取出结构面处各点距离微型三维激光扫描仪的距离，进而确定各点的三维坐标。有了结构面上的各点坐标，即可较容易的得到结构面的迹长、密度、宽度与产状信息。
微型三维激光扫描仪发射激光束，测得钻孔壁上各点与扫描仪之间的距离。钻孔壁上所测各点间距为1mm。一次采集钻孔壁30°范围内的数据，高度为1m。当数据及夜视仪的图像采集完毕后，将钻机旋转30°，使下一外环刻度与微型指北针对齐，直至将一环周的数据与图像采集完毕。将钻杆下移0.5m，采用上述方法进行采集(采集有重叠，减小误差)，直至采集完指定深度内的数据与图像。当杆长度不足时，可在钻杆链接口增加需求长度的钻杆即可。
钻机旋转360°采集完数据后，可将夜视仪采集的图像旋转180°，使微型三维激光扫描仪的数据与夜视仪的图像位置对应。
通过光纤传导线将微型三维激光扫描仪获取的钻孔壁上各点的距离数据与夜视仪获取的钻孔壁RGB图像数据上传到主机中。由于结构面与完整岩体的RGB代码不同，故可采用主机中的图像处理器自动解译出结构面的位置，并可提取出结构面处各点距离微型三维激光扫描仪的距离，进而确定各点的三维坐标。根据结构面端点坐标，可确定结构面迹长；根据不同深度处的结构面位置可确定结构面密度；根据结构面两壁之间的间距可确定结构面宽度。结构面具有一定的张开度时，可测得结构面内部的各点坐标，通过图像处理软件可还原结构面的形态进而确定结构面的产状(倾向与倾角)。
本发明的有益效果：
本发明可自动采集结构面参数，节省了大量的人力与时间成本支出。采用钻孔内裂隙数据及钻孔壁图像采集技术，克服了仅采用有限露头获取结构面的局限性，可充分研究不同深度处结构面的特征，对研究岩体结构的非均匀性具有很大帮助。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的安装示意图。
其中，I-校准模块，1-内环系统，2-微型指北针，3-外环刻度，4-螺旋固定口，5-测斜仪，6-钻杆，7-钻杆链接口，II-数据采集模块，8-夜视仪，9-微型三维激光扫描仪，10-光纤传导线，11-主机，12-图像处理器。
具体实施方式
请参阅图1和图2所示，本发明包括校准模块I、螺旋固定口4、钻杆6、数据采集模块II、主机11和图像处理器12；
校准模块I包括内环系统1、微型指北针2、外环刻度3和测斜仪5；校准模块I与钻机连接，测斜仪5悬吊在内环系统1下方，微型指北针2设置在内环系统1上表面，外环刻度3位于内环系统1外缘；
数据采集模块II包括本体13、夜视仪8、微型三维激光扫描仪9和光纤传导线10；夜视仪8和微型三维激光扫描仪9设置在本体13外，测斜仪5、夜视仪8和微型三维激光扫描仪9通过光纤传导线10与主机11连接，主机11与图像处理器12连接；
校准模块I的内环系统1与数据采集模块II的本体13之间由钻杆6通过螺旋固定口4连接，钻杆6中间具有钻杆链接口7；
本发明的工作过程：
首先清理待测量钻孔的孔壁，将校准模块I连接到钻机，转动钻机使微型指北针2与某一外环刻度3对齐，钻杆6将校准模块I与数据采集模块II相连。转动数据采集模块II，使微型三维激光扫描仪9中心点与扫描视野中心点连线指向正北。通过测斜仪5记录校准模块I与数据采集模块II连线的倾斜度。打开微型三维激光扫描仪9与夜视仪8，获取钻孔壁上各点距离微型三维激光扫描仪9的距离以及钻孔壁的图像。当数据采集完毕后，将钻杆6旋转至下一外环刻度3与微型指北针2对齐，直至将一环周的数据与图像采集完毕。将钻杆6下移0.5m，采用上述方法继续采集，直至采集完指定深度内的数据与图像。当杆6长度不足时，可在钻杆链接口7增加需求长度的钻杆6即可。将采集图像旋转180°，使微型三维激光扫描仪9的数据与夜视仪8的图像位置对应。
通过光纤传导线10将上述数据上传到主机11中。主机11中的图像处理器12自动解译出结构面的位置，并可提取出结构面处各点距离微型三维激光扫描仪9的距离，进而确定各点的三维坐标。有了结构面上的各点坐标，即可较容易的得到结构面的迹长、密度、宽度与产状信息。

Claims (1)

1.一种岩体结构面原位信息采集的自动化装置，其特征在于：包括校准模块(I)、螺旋固定口(4)、钻杆(6)、数据采集模块(II)、主机(11)和图像处理器(12)；
校准模块(I)包括内环系统(1)、微型指北针(2)、外环刻度(3)和测斜仪(5)；校准模块(I)与钻机连接，测斜仪(5)悬吊在内环系统(1)下方，微型指北针(2)设置在内环系统(1)上表面，外环刻度(3)位于内环系统(1)外缘；
数据采集模块(II)包括本体(13)、夜视仪(8)、微型三维激光扫描仪(9)和光纤传导线(10)；夜视仪(8)和微型三维激光扫描仪(9)设置在本体(13)外，测斜仪(5)、夜视仪(8)和微型三维激光扫描仪(9)通过光纤传导线(10)与主机(11)连接，主机(11)与图像处理器(12)连接；
校准模块(I)的内环系统(1)与数据采集模块(II)的本体(13)之间由钻杆(6)通过螺旋固定口(4)连接；钻杆(6)中间具有钻杆链接口(7)；
具体的采集步骤：
首先清理待测量钻孔的孔壁，将校准模块连接到钻机，转动钻机使微型指北针与某一外环刻度对齐，钻杆将校准模块与数据采集模块相连，转动数据采集模块，使微型三维激光扫描仪中心点与扫描视野中心点连线指向正北，通过测斜仪记录校准模块与数据采集模块连线的倾斜度，打开微型三维激光扫描仪与夜视仪，获取钻孔壁上各点距离微型三维激光扫描仪的距离以及钻孔壁的图像，当数据采集完毕后，将钻杆旋转至下一外环刻度与微型指北针对齐，直至将一环周的数据与图像采集完毕，将钻杆下移0.5m，采用上述步骤继续采集，直至采集完指定深度内的数据与图像，当杆长度不足时，在钻杆链接口增加需求长度的钻杆，将采集图像旋转180°，使微型三维激光扫描仪的数据与夜视仪的图像位置对应；
通过光纤传导线将上述数据上传到主机中，主机中的图像处理器自动解译出结构面的位置，并提取出结构面处各点距离微型三维激光扫描仪的距离，进而确定各点的三维坐标，根据结构面上的各点坐标，即得到结构面的迹长、密度、宽度与产状信息。
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