CN106875434A - 一种基于三维激光扫描的小断面勘探平硐地质编录方法 - Google Patents
一种基于三维激光扫描的小断面勘探平硐地质编录方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种基于三维激光扫描的小断面勘探平硐地质编录方法，包括如下步骤：步骤1）确定扫描仪作业方式及扫描设站位置；步骤2）利用三维激光扫描仪获取平硐内壁表面点云数据和影像信息；步骤3）将获取的点云数据进行转换，制作洞室真正射影像图；步骤4）进行数字信息化编录工作，得到平硐地质编录图；步骤5）对平硐地质编录图进行可视化操作，该发明有效解决了小断面地质勘探平硐编录过程中数据可靠性差、精度不高、工作效率低下以及不能可视化等问题。
Description
技术领域
本发明涉及工程地质勘探平硐编录技术，具体涉及一种基于三维激光扫描的小断面勘探平硐地质编录方法。
背景技术
工程地质编录是在工程地质勘查、勘探中，对各种工程的地质现象进行编绘、记录的过程，对查明的工程区域内进行地质体空间位置测绘与观察到的各种地质特性与现象进行专业描述的综合表达。
目前，在水利水电勘测行业中，平硐勘探以它特有的直观性对地质人员全面准确掌握地下地层情况提供保障，其断面尺寸大多以2m×2m为主（甚至更小）,采用传统的“全站仪测量+罗盘+手工素描”方法对地质条件复杂平硐进行有效编录，工作效率低、人为因素影响大、资料精度较差。且勘探平硐测量不同于其他工程测量，主要受测量空间狭小、现场环境复杂、平硐伸展弯曲、洞内无GNSS信号等限制，其数据可靠性差、精度不高及内业数据整理繁杂。
近年来，随着勘测科技手段的不断发展，三维激光扫描技术是目前公认的快速、全面获取物体表面高密度几何形态特征的先进测量方法。以三维激光三维激光扫描仪为平台，以点云数据和影像为核心，实现地质编录方法由传统手工作业向计算机信息自动化转换，将现场场景数字信息化，在计算机上完成点云处理、纹理映射、构造线素描、产状量测、岩层产状属性数据等编译工作。
发明内容
本发明的目的是克服小断面勘探平硐编录过程中数据可靠性差、精度不高、工作效率低下及不能可视化的技术问题，提供一种基于三维激光扫描的小断面勘探平硐地质编录方法。
本发明的技术方案是提供了一种基于三维激光扫描的小断面勘探平硐地质编录方法，包括如下步骤：
步骤1）确定三维激光扫描仪作业方式及扫描设站位置；
步骤2）利用三维激光扫描仪获取平硐内壁表面点云数据和影像信息；
步骤3）将获取的点云数据进行转换，制作洞室真正射影像图；
步骤4）进行数字信息化编录工作，得到平硐地质编录图；
步骤5）对平硐地质编录图进行可视化操作。
所述步骤1）中的扫描作业方式的确定方法如下：根据平硐伸展弯曲程度确定三维激光扫描仪作业方式：等高直伸式平硐采用垂直洞轴线方式，曲弯伸展式平硐、斜上坡或斜下坡直伸式平硐采用平行洞轴线方式。
所述步骤1）中的扫描设站位置的确定方法如下：
第一步，将扫描仪架设在洞室内部，首站设在距洞口5米处的沿洞纵轴线上，在测站前进方向的洞壁两侧粘贴3个标靶球，设站高度在0.9m～1.1m范围内，同时在三维激光扫描仪顶部和底部分别安置两个光线补偿灯，补偿光线不能直接对准内置或外置相机镜头；
第二步，首站扫描结束之后，扫描设站密度控制在10米左右，保持首站3个标靶球不动，再在扫描前进方向的洞壁两侧粘贴3个标靶球，依次类推直到扫描结束。
所述步骤2）中三维激光扫描平硐内壁表面点云数据和影像信息获取时，点云与影像应同步进行，相邻测站点云及影像、站影像之间有重叠，且重叠度不低于30%。
所述步骤3）中点云数据的转换是指将获取的点云数据进行拼接和大地坐标转换。
所述步骤3）中制作洞室真正射影像图前，先对对影像进行色彩调整、变换纠正预处理，建立平硐内壁点云与影像映射、影像镶嵌，制作真正射影像图。
所述步骤4）的操作如下：以真正射影像图为编录底图，提取并绘制出平硐展示图、中心线地质剖面图、平硐地质横剖面图，在软件中处理数据完成描绘岩体风化和卸荷带、地质特征点、节理裂隙和断层地质特征线、地层分界线特征面、产状量测、岩层产状属性数据的编译工作。
所述步骤5）中可视化操作是指通过数据处理将数字信息化编录工作后得到的平硐地质编录图资料进行模型构建，采用播放功能，达到编录成果可视化制作的目的，从而使得每个使用者或决策者能直观地了解或掌握勘探平硐现场地质现象和成果资料。
本发明的有益效果：
本发明提供的这种基于三维激光扫描的小断面勘探平硐地质编录方法整个扫描编录过程快捷便利、劳动强度低、作业速度快，采用本技术，可以真实、详尽地获取勘探平硐揭露的地质信息，最大限度地利用勘探成果资料，可以避免人为因素导致资料精度不高、遗漏，或因每个人的经验差异而产生的欠缺问题，后期容易实现计算机自动化处理，大大减少了人工的处理量和难度，本发明还利用点云与影像结合编录，具有全面完整和精度可控，以及编录成果多样化，并且经可视化后，可使应用人员有实体概念，便于技术人员浏览和分析判断。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明外业扫描测站设置示意图。
具体实施方式
为了克服小断面勘探平硐编录过程中数据可靠性差、精度不高、工作效率低下及不能可视化的技术问题，本实施例提供了一种基于三维激光扫描的小断面勘探平硐地质编录方法，包括如下步骤：
步骤1）确定三维激光扫描仪作业方式及扫描设站位置；
其中，扫描作业方式的确定方法如下：根据平硐伸展弯曲程度确定三维激光扫描仪作业方式：等高直伸式平硐采用垂直洞轴线方式，曲弯伸展式平硐、斜上坡或斜下坡直伸式平硐采用平行洞轴线方式。
所述扫描设站位置的确定方法如下：
如图1所示，第一步，将扫描仪架设在洞室内部，首站设在距洞口5米处的沿洞纵轴线上，在测站前进方向的洞壁两侧粘贴3个标靶球，设站高度在0.9m～1.1m范围内，同时在三维激光扫描仪顶部和底部分别安置两个光线补偿灯，补偿光线不能直接对准内置或外置相机镜头；
第二步，首站扫描结束之后，扫描设站密度控制在10米左右，保持首站3个标靶球不动，再在扫描前进方向的洞壁两侧粘贴3个标靶球，依次类推直到扫描结束。
步骤2）利用三维激光三维激光扫描仪获取平硐内壁表面点云数据和影像信息；
所述步骤2）中三维激光扫描平硐内壁表面点云数据和影像信息获取时，点云与影像应同步进行，相邻测站点云及影像、站影像之间有重叠，且重叠度不低于30%。
步骤3）将获取的点云数据进行转换，制作洞室真正射影像图；
其中，点云数据的转换是指将获取的点云数据进行拼接和大地坐标转换 。
所述制作洞室真正射影像图前，先对对影像进行色彩调整、变换纠正预处理，建立平硐内壁点云与影像映射、影像镶嵌，通过3dmax、geomagic、Microstation等软件处理后得到真正射影像图。
步骤4）进行数字信息化编录工作，得到平硐地质编录图；
以真正射影像图为编录底图，通过3dmax、geomagic、Microstation等软件提取并绘制出平硐展示图、中心线地质剖面图、平硐地质横剖面图，在软件中处理数据完成描绘岩体风化和卸荷带、地质特征点、节理裂隙和断层地质特征线、地层分界线特征面、产状量测、岩层产状属性数据的编译工作。
步骤5）对平硐地质编录图进行可视化操作。
其中可视化操作是指：通过可视化软件进行数据处理并将数字信息化编录工作后得到的平硐地质编录图资料进行模型构建，采用播放功能，达到编录成果可视化制作的目的，从而使得每个使用者或决策者能直观地了解或掌握勘探平硐现场地质现象和成果资料。
本发明提供的这种基于三维激光扫描的小断面勘探平硐地质编录方法整个扫描编录过程快捷便利、劳动强度低、作业速度快，采用本技术，可以真实、详尽地获取勘探平硐揭露的地质信息，最大限度地利用勘探成果资料，可以避免人为因素导致资料精度不高、遗漏，或因每个人的经验差异而产生的欠缺问题，后期容易实现计算机自动化处理，大大减少了人工的处理量和难度，本发明还利用点云与影像结合编录，具有全面完整和精度可控，以及编录成果多样化，并且经可视化后，可使应用人员有实体概念，便于技术人员浏览和分析判断。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于三维激光扫描的小断面勘探平硐地质编录方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1）确定扫描仪作业方式及扫描设站位置；
步骤2）利用三维激光扫描仪获取平硐内壁表面点云数据和影像信息；
步骤3）将获取的点云数据进行转换，制作洞室真正射影像图；
步骤4）进行数字信息化编录工作，得到平硐地质编录图；
步骤5）对平硐地质编录图进行可视化操作。
2.如权利要求1所述的基于三维激光扫描的小断面勘探平硐地质编录方法，其特征在于：所述步骤1）中的扫描作业方式的确定方法如下：根据平硐伸展弯曲程度确定三维激光扫描仪作业方式：等高直伸式平硐采用垂直洞轴线方式，曲弯伸展式平硐、斜上坡或斜下坡直伸式平硐采用平行洞轴线方式。
3.如权利要求1所述的基于三维激光扫描的小断面勘探平硐地质编录方法，其特征在于：所述步骤1）中的扫描设站位置的确定方法如下：
第一步，将扫描仪架设在洞室内部，首站设在距洞口5米处的沿洞纵轴线上，在测站前进方向的洞壁两侧粘贴3个标靶球，设站高度在0.9m～1.1m范围内，同时在三维激光扫描仪顶部和底部分别安置两个光线补偿灯，补偿光线不能直接对准内置或外置相机镜头；
第二步，首站扫描结束之后，扫描设站密度控制在10米左右，保持首站3个标靶球不动，再在扫描前进方向的洞壁两侧粘贴3个标靶球，依次类推直到扫描结束。
4.如权利要求1所述的基于三维激光扫描的小断面勘探平硐地质编录方法，其特征在于：所述步骤2）中三维激光扫描平硐内壁表面点云数据和影像信息获取时，点云与影像应同步进行，相邻测站点云及影像、站影像之间有重叠，且重叠度不低于30%。
5.如权利要求1所述的基于三维激光扫描的小断面勘探平硐地质编录方法，其特征在于：所述步骤3）中点云数据的转换是指将获取的点云数据进行拼接然后转换为大地坐标 。
6.如权利要求1所述的基于三维激光扫描的小断面勘探平硐地质编录方法，其特征在于：所述步骤3）中制作洞室真正射影像图前，先对影像进行色彩调整、变换纠正预处理，建立平硐内壁点云与影像映射、影像镶嵌，得到真正射影像图。
7.如权利要求1所述的基于三维激光扫描的小断面勘探平硐地质编录方法，其特征在于：所述步骤4）的操作如下：以真正射影像图为编录底图，提取并绘制出平硐展示图、中心线地质剖面图、平硐地质横剖面图，在软件中处理数据完成描绘岩体风化和卸荷带、地质特征点、节理裂隙和断层地质特征线、地层分界线特征面、产状量测、岩层产状属性数据的编译工作。
8.如权利要求1所述的基于三维激光扫描的小断面勘探平硐地质编录方法，其特征在于：所述步骤5）中可视化操作是指通过数据处理将数字信息化编录工作后得到的平硐地质编录图资料进行模型构建，采用播放功能，达到编录成果可视化制作的目的，从而使得每个使用者或决策者能直观地了解或掌握勘探平硐现场地质现象和成果资料。
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