[发明专利]基于三维激光扫描技术测量隧道线状出露结构面的方法有效

专利信息
申请号: 201610935120.X 申请日: 2016-11-01
公开(公告)号: CN106524998B 公开(公告)日: 2019-02-12
发明(设计)人: 葛云峰;李伟;王亮清 申请(专利权)人: 中国地质大学(武汉)
主分类号: G01C7/06 分类号: G01C7/06
代理公司: 武汉华旭知识产权事务所 42214 代理人: 刘荣;江钊芳
地址: 430074 湖*** 国省代码: 湖北;42
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摘要:
搜索关键词: 线状 隧道 结构面 三维激光扫描 技术测量 产状 判定 线条 隧道工程 结构面产状 点云数据 平面定义 平面方程 法向量 平面的 隧道壁 对线 测量 采集
【说明书】:

发明提供了一种基于三维激光扫描技术测量隧道线状出露结构面的方法,首先采集隧道壁的点云数据,然后确定潜在结构面线条,接着判定隧道两侧潜在结构面线条是否属于同一隧道线状出露结构面,如果是则确定该平面的平面方程及法向量,最后得到隧道线状出露结构面的产状。本发明为隧道工程中对线状出露结构面的确定提供了一种判定新思路,并基于这种结构面的平面定义进行产状测量,能够实现快速、精确、高效地获取结构面产状信息的目的。

技术领域

本发明涉及一种基于三维激光扫描技术测量隧道线状出露结构面的方法,属于工程地质勘察领域的线状出露结构面测量技术。

背景技术

岩体由结构面和结构体组成,由于结构面的存在使岩体具有一定的结构,其结构特性是岩体力学行为、变形和破坏形式的主要控制因素,因此,在岩土工程与工程地质等领域,一般从岩体结构特征方面对岩体的稳定性进行评价。目前对于岩体结构的测量主要采取测线法和统计窗法等,虽然这些传统测量方法目前较为常用且采集到的结构面信息也较为准确全面,但是传统调查方法普遍存在工作量大、工作周期长和费用高等不足,如遇高陡边坡或难以开展现场调查边坡就更加难以使用传统调查方法,因此,如何快速,精确,高效地获取结构面信息成为亟待解决的问题。

随着近年来三维激光扫描技术的兴起和国家公路、铁路建设,许多专家学者采用该技术在隧道工程中对岩体结构进行快速采集,由于三维激光扫描技术仅能获取岩体表面的点云数据,对于面状出露的结构面识别较为简单,“一种基于三维激光扫描技术的结构面测量方法”(申请号:201510025427.1)中较为详细的阐述了面状结构识别的过程,然而在实际应用中调查发现,隧道开挖后,结构面往往受到开挖影响在隧道壁只是以线状形态出露,很难找出不共线的三点确定该结构面,显然遇到这种情况时,三维激光扫描技术在面状结构面的识别方法就不再适用,造成三维激光扫描技术在工程应用上的瓶颈。如何在隧道工程中也可以做到快速识别线状结构面产状信息,仍是一个亟待解决的难点问题。

发明内容

为了解决现有技术的不足,本发明提供了一种基于三维激光扫描技术测量隧道线状出露结构面的方法,一方面结合三维激光扫描技术的独特优势弥补传统测量方法的不足,另一方面首次提出在隧道工程针对线状出露结构面的识别方法,这种方法的提出具有较强的科学研究价值和工程实践意义。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是:提供了一种基于三维激光扫描技术测量隧道线状出露结构面的方法,包括以下步骤:

(1)用三维激光扫描仪对隧道内部进行点云数据采集,所述点云数据包括隧道壁上的点的位置信息和颜色信息;

(2)利用采集到的点云数据确定潜在结构面线条;

(3)以过隧道顶点的纵向切面为对称面,将对称面一侧的潜在结构面线条依次与对称面另一侧的潜在结构面线条进行比较,判定对称面两侧的潜在结构面线条是否属于同一隧道线状出露结构面,如果是,则进入步骤(4);

(4)利用隧道线状出露结构面上的点的位置信息,拟出该隧道线状出露结构面的平面方程Ax+By+Cz+D=0,其中A、B、C和D为方程参数且A、B和C不同时为0,则隧道线状出露结构面的法向量的坐标为(A,B,C);

(5)通过法向量确定该隧道线状出露结构面的产状。

步骤(2)所述利用采集到的点云数据确定潜在结构面线条,具体是利用采集到的点云数据再现隧道壁地质环境,结合颜色信息勾勒出潜在结构面线条。

步骤(3)所述判定对称面两侧的潜在结构面线条是否属于同一隧道线状出露结构面,具体通过结构面的发育特征来判断,所述发育特征包括结构面的空间延伸性,结构面的填充物质,结构面的粗糙度。

步骤(3)所述隧道线状出露结构面的产状包括:

隧道线状出露结构面的走向

隧道线状出露结构面的走向线与法向量的夹角

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