[发明专利]一种钻孔摄像探测空腔几何轮廓的装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于岩土测量技术领域，具体地涉及一种钻孔摄像探测空腔几何轮廓的装置，还涉及一种钻孔摄像探测空腔几何轮廓的方法，适用于地下工程岩体钻孔空腔几何轮廓的测试。

背景技术

钻孔全景摄像是矿业、水利、土木、交通、等领域工程围岩勘探时非常直观有效的观测手段。该技术通过摄像头对岩体中圆柱面钻孔壁进行全景光学摄影和图像拼接，辨认出岩石结构面和岩性，并进行相对位置的计算以获取岩石表面特征、结构面宽度和距钻孔口深度等等有用信息，如中国专利2354158Y和98232288.7所述的数字式全景钻孔摄像装置。但是，已有的钻孔全景摄像只能对极近距离的钻孔壁进行光学摄影，其目标是将标准圆柱面的钻孔壁拍摄成照片并拼接成虚拟岩芯。当钻孔穿过岩体中一定大小空腔时，该方法设备不能对钻孔遇到的空腔体积进行有效地探测和分析。比如，在深部煤矿探测围岩裂隙的原生分布和演化时，会遇到内部的空洞；或者在岩溶地区修建建筑物需要了解地下岩土层的承载力时，必须钻孔探测岩性分布，常常遇到初期勘察时地震勘探不易辨认的较小孔洞。在钻孔全景摄像的同时，了解孔洞在空间上的位置，还需要初步估计孔洞的体积大小和形态。改进的钻孔全景摄像，如201310308144.9所述的孔内立体成像方法，采用双锥面镜的全景成像技术，从二个不同方向对圆柱形孔壁同一区域进行成像，提高了对孔壁起伏不定目标的识别能力和探测的精度，但仍然无法解决全景摄像的同时对所遇较大孔洞形态测量与体积估计的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供了一种钻孔摄像探测空腔几何轮廓的装置，还提供了一种钻孔摄像探测空腔几何轮廓的方法，计算评估空洞的形状和大小。通过该装置，可以在钻孔全景成像实施同时探测空洞形态大小。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种钻孔摄像探测空腔几何轮廓的装置，包括外壳，还包括设置在外壳内的数字摄像机、用于将孔壁图像反射到数字摄像机的锥面镜和用于确定方位的方位探测仪，数字摄像机为任意点自动对焦数字摄像机，数字摄像机的光轴与锥面镜同轴。

如上所述的外壳与钢丝绳连接。

一种钻孔摄像空腔几何轮廓的测试方法，包括以下步奏：

步骤1、在数字摄像机的感光元件上以光轴为中心设定对焦圆周，在对焦圆周上选取对焦点序列；

步骤2、将装置推进孔洞，开启数字摄像机的点对焦功能；

步骤3、依次针对对焦点序列的每一点，实施自动对焦获得对焦后的像距，根据像距和对应的焦距获得对焦点序列的各个对焦点的物距，根据方位探测仪获得各个对焦点的方位角；

步骤4、建立二维坐标系，以坐标原点为中心点，通过各个对焦点对应的物距与方位角在二维坐标系上确定相应的腔壁探测点，将相邻腔壁探测点进行连线得到闭合圈，闭合圈作为当前孔壁扫描层几何形状；

步骤5、将装置沿钻孔方向移动一个扫描间距，返回步骤3直至扫描完毕。

本发明具有以下的优点：①可快速探测计算钻孔周边的小型孔洞的几何形态；②可直接基于现有的全景摄像设备构架，既可以对正常圆柱状孔壁实施全景光学测量，又可以对遭遇的孔洞进行形态估算，形成完整的结构面和空腔三维数据，对地下工程围岩稳定分析有良好的支撑作用。③数字摄像机镜头不需要旋转，利于稳定性和耐久性地提高。

附图说明

图1A为装置连接结构示意图，

图中：1-数字摄像机，2-锥面镜，5-外壳，7-方位探测仪。

图1B为装置运行状态示意图，

4-数据线，6-计算机。

图2为外界图像信息反应到感光元件上示意图，

图中：1-数字摄像机，2-锥面镜，3-感光元件，5-外壳，9-凸透镜，10-孔壁。

图3为数字摄像机感光元件上对焦点序列示意图，

图中：3-感光元件，8-对焦点序列。

图4为扫描层几何形状合成示意图，图中数字为腔壁探测点物距，

图5A为各扫描层效果图。

图5B为拼接和最后效果图。

图6为实际测量合成效果图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明：