[发明专利]地质体结构面三维激光扫描点云识别方法

说明书

技术领域

本发明涉及属于地质结构面信息获取技术，特别是地质体结构面三维激光扫描点云识别方法。

背景技术

三维激光扫描技术是近年来发展起来的一项测绘技术，其又被称为“实景复制技术”，能够完整并高精度地重建扫描实物的空间三维形态，对扫描物体表面无需进行任何处理，真正实现无接触测量。三维激光扫描技术被誉为“继GPS技术以来测绘领域的又一次技术革命”。该技术作为获取空间数据的有效手段，以其快速、精确、无接触测量等优势在众多领域发挥着越来越重要的作用。

在科技日新月异的今天，水电建设借助高科技的力量取得了巨大发展，但是工程地质测绘的主要手段还是以“罗盘+地质锤+皮尺”等古老的传统方式来采集现场数据，然后再通过繁杂的室内数据整理来形成各种工程地质图。这种方法不但工作量大、效率低，而且有时得到的数据准确性亦较差。随着社会发展对能源的需求与日俱增，近年来中国水电建设方兴未艾，水电开发往往进行于高山峡谷之中，由于山高坡陡，水电建设的前期勘察工作艰苦并且危险，因为坡体过于高陡而且场地道路简易，对获取大量地质勘察信息，如岩体结构面空间展布形态、位置、规模、控制性结构面产状等信息存在大量困难。维激光扫描技术是获取地质体表面的三维数据，三维激光扫描所能获取的只是结构面的地表出露部分，是用高密度的点云反映结构面的空间状态，因此对于结构面的识别不能给出完全的结果。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于三维激光扫描技术，实现快速、无接触、高精度获取地质结构面信息的三维激光扫描点云识别方法，该方法对高陡边坡地质调查及快速地质编录具有重要现实及理论意义。

本发明的目的是通过如下技术方法实现的：地质体结构面三维激光扫描点云识别方法，其特征是：

1)确定需要扫描的地质体结构面范围；

2)通过三个不在同一直线上的点坐标确定需要扫描的地质体结构面范围的一个面；

3)通过三维激光扫描地质体结构面的三个点三维座标；获得一个平面方程；

4)对确定的结构面的粗糙起伏和地形，通过三维激光扫描结构面出露面上的所有点；

5)重新选择下一个地质体结构面，如果下一个面不存在到第6步；如果下一个结构面存在，返回步骤2)；

6)对上述获取的每一个平面方程，提取结构面的产状参数，然后进行

结构面拟合，给出扫描的地质体结构面三维图。

所述的通过平面方程，提取结构面的产状参数，获得拟合平面的是通过如方程完成：

Ax+By+Cz+D＝0                (1)

其中A、B、C、D为方程参数(A、B、C不同时为零，且为该平面法向量坐标n＝{A、B、C})；

根据平面的一般式方程(1)，我们可以推导出以下结构面产状参数的计算公式：

当在三个参数都不为“0”时；

其中，E、S、W、N分别方位东、南、西、北；

以上讨论的是结构面在一般情况下，即A、B、C三个参数都不为“0”时；而在结构面参数A、B、C存在为”0”或者“1”的情况时，其结构面的产状参数计算。

所述的获取拟合平面时，对每个三点平面需要进行拼接、滤波，构成完整的三维结构面。

本发明的特点是：水电开发往往进行于高山峡谷之中，山体雄厚，边坡陡峻，常伴有悬崖峭壁的地形特征，使得地质调查工作因人员难以企及而无法正常开展。另外，在工程建设期间，面对快速开挖形成的高陡边坡，也必须很快完成相关的地质编录工作，而这不仅需要大量的人力投入，而且影响施工并带来作业人员的安全隐患问题；还有如何提高调查工作的效率和精度等。所有这些，都需要在高边坡地质调查工作中引进快速、高效，且对地形条件有很强适宜性的调查技术。利用三维激光扫描技术实现点云数据中地质结构面的识别与产状获取，可以解决这一难题并保持如下优点：l、将三维激光扫描的先进技术应用于地质调查工作中；2、实现无接触测量，减少现场调查人员的危险性；3、提高测量精度；4、增加调查工作的时效性。

附图说明

图1点云数据直接判识结构面类型；

图2点云数据类比判识结构面类型；

图3结构面上选择的三个点；

图4由三点生成拟合平面；

图5结构面出露的点云数据；

图6选中结构面点云；

图7生成拟合平面并获取参数。

具体实施方式

点云数据中结构面识别方法总结特征如下：