三維激光掃描技術(shù)在高陡邊坡地質(zhì)調(diào)查中的運(yùn)用_第1頁(yè)
三維激光掃描技術(shù)在高陡邊坡地質(zhì)調(diào)查中的運(yùn)用_第2頁(yè)
三維激光掃描技術(shù)在高陡邊坡地質(zhì)調(diào)查中的運(yùn)用_第3頁(yè)
三維激光掃描技術(shù)在高陡邊坡地質(zhì)調(diào)查中的運(yùn)用_第4頁(yè)
三維激光掃描技術(shù)在高陡邊坡地質(zhì)調(diào)查中的運(yùn)用_第5頁(yè)
已閱讀5頁(yè),還剩5頁(yè)未讀, 繼續(xù)免費(fèi)閱讀

下載本文檔

版權(quán)說(shuō)明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請(qǐng)進(jìn)行舉報(bào)或認(rèn)領(lǐng)

文檔簡(jiǎn)介

1、三維激光掃描技術(shù)在高陡邊坡地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用摘要:三維激光掃描技術(shù)廣泛應(yīng)用于工程建設(shè)與物體三維測(cè)量相關(guān)的眾多領(lǐng)域,具有高效率、高精度的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。目前,該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用在國(guó)內(nèi)尚處于起步階段,尤其是在地質(zhì)和巖土工程領(lǐng)域。在對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的總體情況進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹的基礎(chǔ)上,結(jié)合工程實(shí)例,闡述應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)解決高陡邊坡調(diào)查中,關(guān)于邊坡快速編錄和巖體結(jié)構(gòu)面參數(shù)測(cè)量的原理與方法,由此可以看出該項(xiàng)技術(shù)在地質(zhì)和巖土工程領(lǐng)域的應(yīng)用前景和價(jià)值。1 引言我國(guó)水力資源開(kāi)發(fā)進(jìn)入了一個(gè)迅猛發(fā)展的階段。一系列在建或擬建的大型水利水電樞紐工程,其工程規(guī)模越來(lái)越大,涉及到的邊坡開(kāi)挖深度也越來(lái)越高。因此,高陡邊坡的穩(wěn)定性問(wèn)題成為制約工程建設(shè)可

2、行性和運(yùn)行安全的重要工程地質(zhì)和巖石力學(xué)問(wèn)題。在高邊坡的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)中,分析的基礎(chǔ)是對(duì)邊坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)條件的掌握和描述,而水電開(kāi)發(fā)往往在高山峽谷中進(jìn)行,山體雄厚,邊坡陡峻,使得地質(zhì)調(diào)查工作因人員難以企及而無(wú)法正常開(kāi)展;另外,在工程建設(shè)期間,面對(duì)快速開(kāi)挖形成的高陡邊坡,必須很快完成相關(guān)的地質(zhì)編錄工作,而這不僅需要大量的人力投入,而且影響施工并給作業(yè)人員帶來(lái)安全隱患問(wèn)題。如何提高調(diào)查工作的效率和精度等,所有這些都需要在高邊坡地質(zhì)調(diào)查工作中引進(jìn)快速、高效且對(duì)地形條件有很強(qiáng)適宜性的調(diào)查技術(shù)。針對(duì)這一難題,國(guó)內(nèi)外也曾開(kāi)展了一些技術(shù)方法的研究工作,如數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量、數(shù)碼像片解譯等,在硐室圍巖、邊坡開(kāi)挖等工程的地質(zhì)編

3、錄與隧道、坡體變形監(jiān)測(cè)等方面都有應(yīng)用。這些技術(shù)方法都要對(duì)獲取的圖像進(jìn)行處理,包括影像的畸變校正、幾何校正、影像增強(qiáng)及影像鑲嵌等程序。影響測(cè)量精度的因素較多,如數(shù)碼影像畸變校正殘差、數(shù)碼相機(jī)內(nèi)方位元素穩(wěn)定性誤差、相機(jī)外定向誤差及作業(yè)條件下的諸多因素。這些技術(shù)的應(yīng)用需要配合大量的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量工作,同時(shí)其技術(shù)上還存在一些難以克服的問(wèn)題,因此生產(chǎn)實(shí)踐中難以推廣應(yīng)用。三維激光掃描技術(shù)的誕生,為上述問(wèn)題的解決提供了最為有效、實(shí)用和先進(jìn)的技術(shù)手段。三維激光掃描技術(shù)又稱實(shí)景復(fù)制技術(shù),能夠完整并高精度地重建掃描實(shí)物及快速獲得原始測(cè)繪數(shù)據(jù),其最大特點(diǎn)就是精度高、速度快、逼近原形。該設(shè)備可以真正做到直接從實(shí)物中進(jìn)行快速

4、的逆向三維數(shù)據(jù)采集及模型重構(gòu),無(wú)需進(jìn)行任何實(shí)物表面處理,其激光點(diǎn)云中的每個(gè)三維數(shù)據(jù)都是直接采集目標(biāo)的真實(shí)數(shù)據(jù),使得后期處理的數(shù)據(jù)完全真實(shí)可靠。三維激光掃描技術(shù)可以廣泛應(yīng)用于工程建設(shè)與物體三維測(cè)量相關(guān)的眾多領(lǐng)域,包括土木工程、古建筑修復(fù)、文物保護(hù)、工廠改造、城市規(guī)劃等,并具有高效率、高精度的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。三維激光掃描技術(shù)是目前國(guó)內(nèi)外測(cè)繪領(lǐng)域的研究前沿,將這一先進(jìn)的技術(shù)及時(shí)應(yīng)用到高邊坡地質(zhì)調(diào)查中,對(duì)工程建設(shè)具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。在對(duì)三維激光掃描技術(shù)的總體情況進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹的基礎(chǔ)上,結(jié)合工程實(shí)例,闡述應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)解決高陡邊坡調(diào)查中關(guān)于邊坡快速編錄和巖體結(jié)構(gòu)面參數(shù)測(cè)量的原理與方法,該項(xiàng)技術(shù)在地質(zhì)和巖土工程領(lǐng)域

5、具有廣泛的應(yīng)用前景和很高的應(yīng)用價(jià)值。2 三維激光掃描系統(tǒng)簡(jiǎn)介三維激光掃描系統(tǒng)是目前國(guó)際上最先進(jìn)的獲取地面空間多目標(biāo)三維數(shù)據(jù)長(zhǎng)距離影像的測(cè)量技術(shù),它將傳統(tǒng)測(cè)量系統(tǒng)的點(diǎn)測(cè)量擴(kuò)展到面測(cè)量,可以深入到復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境及空間中進(jìn)行掃描操作,并直接將各種大型、復(fù)雜實(shí)體的三維數(shù)據(jù)完整地采集到計(jì)算機(jī)中,進(jìn)而快速重構(gòu)出目標(biāo)的三維模型及點(diǎn)、線、面、體等各種幾何數(shù)據(jù),而且用所采集到的三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)還可以進(jìn)行多種后處理工作.2.1 三維激光掃描系統(tǒng)分類目前應(yīng)用的三維激光掃描系統(tǒng)從操作的空間位置可以劃分為3 類:(1) 機(jī)載型激光掃描系統(tǒng);(2)地面型激光掃描系統(tǒng),根據(jù)測(cè)量方式還可細(xì)分為移動(dòng)式激光掃描系統(tǒng)和固定式激光掃

6、描系統(tǒng);(3) 手持型激光掃描系統(tǒng)。2.2 地面型固定式三維激光掃描系統(tǒng)簡(jiǎn)介地面型固定式三維激光掃描系統(tǒng)是目前最為常用的三維激光掃描裝置。按照激光光束的發(fā)射方式、掃描成像方式及測(cè)距原理等還可以進(jìn)行分類。目前市場(chǎng)上的三維激光掃描儀種類繁多、性能各異、數(shù)據(jù)處理軟件不盡相同,但總的來(lái)說(shuō),整個(gè)掃描及數(shù)據(jù)處理過(guò)程是相似的。2.2.1 掃描一般來(lái)說(shuō),由于掃描儀掃描范圍的限制,三維激光掃描儀很難從一個(gè)方向掃描一次便可得到掃描體的完整點(diǎn)云數(shù)據(jù),反映一個(gè)掃描實(shí)體信息通常要由若干幅掃描才能完成。因此,掃描中要求相近場(chǎng)景的2 次掃描要有一定的重疊部分,以便在處理軟件中對(duì)掃描得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接匹配。故在掃描前應(yīng)對(duì)

7、掃描場(chǎng)地進(jìn)行初步踏勘,合理設(shè)置儀器的架設(shè)方案。科學(xué)合理地架設(shè)掃描機(jī)位,對(duì)采集高質(zhì)量三維數(shù)據(jù)、提高測(cè)量精度、全面反映場(chǎng)景細(xì)節(jié)有著十分重要的意義。2.2.2 數(shù)據(jù)處理對(duì)于激光掃描獲得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)都是以掃描儀位置為零點(diǎn)的局部坐標(biāo)系,亦即每次經(jīng)掃描而得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系是獨(dú)立和不相關(guān)聯(lián)的。但實(shí)際上每幅點(diǎn)云陣數(shù)據(jù)都是掃描場(chǎng)景的一部分,那么有必要將這些點(diǎn)云數(shù)陣據(jù)轉(zhuǎn)化到同一坐標(biāo)系里。所以要對(duì)得到的點(diǎn)云陣數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接匹配,其常規(guī)方法是利用選擇兩幅掃描圖像的公共點(diǎn)(至少3 個(gè)公共點(diǎn))的辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)拼接,選擇完成后軟件可自動(dòng)完成匹配并可查看拼接匹配誤差。這樣便將各個(gè)掃描文件獨(dú)立的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成為以導(dǎo)入拼接軟件的第一幅點(diǎn)

8、云數(shù)據(jù)的局部坐標(biāo)為整個(gè)掃描場(chǎng)景的坐標(biāo)。然后可利用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得的標(biāo)志點(diǎn)( 3 個(gè))的大地坐標(biāo)對(duì)拼接好的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換,以使掃描得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)與現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的方位、位置完全一致。對(duì)獲得的點(diǎn)云數(shù)據(jù),根據(jù)需要可以進(jìn)行長(zhǎng)、寬、高、面積、體積等幾何數(shù)據(jù)的量測(cè);可以進(jìn)行斷面圖、投影圖、等值線圖的生成;在地質(zhì)調(diào)查應(yīng)用中還可以獲得掃描巖體的層面產(chǎn)狀、危巖體的空間精確三維坐標(biāo)等。點(diǎn)云數(shù)據(jù)的后處理還可將點(diǎn)云數(shù)據(jù)模型化生成三角面片,編輯生成的模型可以刪除沒(méi)必要的三角面片,彌補(bǔ)沒(méi)有掃描到的漏洞,進(jìn)行模型表面光滑、局部或全部三角面片的壓縮等。該軟件提供了大量常用的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換輸出接口,可以輕松地將模型及量測(cè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成常用軟件的

9、格式,如AutoCAD 等。3 三維激光掃描技術(shù)在高陡邊坡地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用隨著我國(guó)水利水電工程建設(shè)的規(guī)模越來(lái)越大,遇到的高陡邊坡等工程問(wèn)題也越來(lái)越多。這類邊坡多高陡險(xiǎn)峻,目前的水電工程邊坡可達(dá)到數(shù)百米甚至近千米,對(duì)于這類邊坡的地質(zhì)調(diào)查、測(cè)量工作難以開(kāi)展,傳統(tǒng)的測(cè)繪、地質(zhì)調(diào)查方法費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、危險(xiǎn)并有時(shí)很難得到令人滿意的結(jié)果。三維激光掃描技術(shù)在變形監(jiān)測(cè)、地形測(cè)量、工程開(kāi)挖、數(shù)字地形建模、地質(zhì)調(diào)查、減災(zāi)防害等方面的應(yīng)用,中、長(zhǎng)距離三維激光掃描技術(shù)的出現(xiàn)與發(fā)展,為高陡工程邊坡調(diào)查提供了一種新的解決辦法,是對(duì)傳統(tǒng)測(cè)量方法的有益補(bǔ)充。3.1 地質(zhì)結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀測(cè)量在地質(zhì)調(diào)查工作中,結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀是最基本的地質(zhì)參數(shù)

10、。但現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)面尤其是長(zhǎng)大斷層,其產(chǎn)狀通常具有較大的變化,或由于某些地形因素一些重要結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀難以直接近距離量測(cè)。上述情形都使獲得結(jié)構(gòu)面的準(zhǔn)確產(chǎn)狀成為難題。三維激光掃描測(cè)量為這一問(wèn)題的解決提供了有效手段。三維激光掃描利用軟件中生成的擬合平面工具可以模擬地質(zhì)結(jié)構(gòu)面,進(jìn)而計(jì)算結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀,其效果極為理想。圖2 給出了激光掃描點(diǎn)云模型。首先將要測(cè)產(chǎn)狀的結(jié)構(gòu)面點(diǎn)云數(shù)據(jù)選中(見(jiàn)圖3),然后利用軟件提供的按選中點(diǎn)云生成擬合平面功能,生成一個(gè)平面(即模擬的結(jié)構(gòu)面),接下來(lái)顯示該平面在系統(tǒng)中的方程參數(shù)(見(jiàn)圖4),即平面一般式方程為Ax + By + Cz + D = 0 (1)式中:A,B,C,D 均為參數(shù),其

11、中A,B,C 組成平面法向量坐標(biāo)n,即n =A,B,C。在掃描點(diǎn)云坐標(biāo)系統(tǒng)中,y 軸與N 方向?qū)?yīng),x軸與 E 方向?qū)?yīng),z 軸為垂向方向,由此可求出相對(duì)準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀了。結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀計(jì)算成果見(jiàn)表3。 圖2 激光掃描點(diǎn)云模型圖3 選中結(jié)構(gòu)面0圖4 結(jié)構(gòu)面方程參數(shù)3.2 高陡邊坡地表節(jié)理裂隙調(diào)查和輔助地質(zhì)編錄西南地區(qū)高邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)中,通常會(huì)遇到由于邊坡過(guò)于高陡(甚至懸崖)而人力難以企及的情形。在這種情形下,要查明邊坡的巖體結(jié)構(gòu)特征,尤其是結(jié)構(gòu)面的發(fā)育情況是非常困難的。三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用,為這一難題的解決提供了極為有效的途徑。圖5 雅礱江上錦屏I 級(jí)電站進(jìn)水口邊坡雅礱江上錦屏 I 級(jí)電站右岸

12、進(jìn)水口上部邊坡(見(jiàn)圖5)呈現(xiàn)陡崖?tīng)?,高?00 m,現(xiàn)場(chǎng)不具備攀爬條件,這為該部位的結(jié)構(gòu)面調(diào)查帶來(lái)了極大困難。采用三維激光掃描系統(tǒng)開(kāi)展地質(zhì)調(diào)查工作,獲得邊坡點(diǎn)云數(shù)據(jù)共由7 173 125個(gè)點(diǎn)組成。后期數(shù)據(jù)處理完成了點(diǎn)云數(shù)據(jù)的拼接匹配和大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。在所獲得的掃描圖像中,對(duì)陡立邊坡坡表出露的長(zhǎng)大節(jié)理裂隙進(jìn)行統(tǒng)計(jì),其方法是在處理軟件Poly Works 8.0 的IMInspect 模塊中用polyline 線將結(jié)構(gòu)面出露跡線描出,并量測(cè)出結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀參數(shù)。根據(jù)掃描數(shù)據(jù)及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查將節(jié)理裂隙按產(chǎn)狀分組(見(jiàn)圖6),并將調(diào)查數(shù)據(jù)導(dǎo)出到AutoCAD 等軟件中,其快速地質(zhì)編錄如圖7 所示。圖6 點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的

13、結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀調(diào)查圖7 快速地質(zhì)編錄AutoCAD 圖除了高陡邊坡地表的地質(zhì)調(diào)查外,近年來(lái)在復(fù)雜地質(zhì)條件下進(jìn)行高陡邊坡開(kāi)挖的工程實(shí)踐越來(lái)越多,作業(yè)面規(guī)模越來(lái)越大,開(kāi)挖速度也越來(lái)越快,這就要求對(duì)開(kāi)挖工作面進(jìn)行快速的地質(zhì)編錄,以滿足工程進(jìn)度的要求。應(yīng)用三維激光掃描系統(tǒng)開(kāi)展這方面的工作可以大大提高工作效率和精度。在高邊坡開(kāi)挖工程中,通過(guò)對(duì)整個(gè)開(kāi)挖工作面的三維激光掃描,根據(jù)掃描獲得的點(diǎn)云數(shù)據(jù),對(duì)地質(zhì)結(jié)構(gòu)面進(jìn)行調(diào)查統(tǒng)計(jì),可以利用上述結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀量測(cè)和節(jié)理裂隙調(diào)查方法,由此得到開(kāi)挖工作面巖體結(jié)構(gòu)的空間分布規(guī)律和地質(zhì)幾何參數(shù),并將統(tǒng)計(jì)結(jié)果導(dǎo)出到軟件AutoCAD 中,從而在工程施工過(guò)程中實(shí)現(xiàn)快速地質(zhì)編錄。4 適用

14、性由于三維激光掃描系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離非接觸測(cè)量,從而對(duì)于人員難以企及和十分危險(xiǎn)的地段進(jìn)行測(cè)量具有明顯優(yōu)勢(shì)。另外,該方法突破了傳統(tǒng)測(cè)量方式,從點(diǎn)測(cè)量發(fā)展為面測(cè)量,具有測(cè)量速度快、精度高等特點(diǎn)。后期處理軟件功能強(qiáng)大,能滿足大部分測(cè)量工作需求,同時(shí)提供二次開(kāi)發(fā)功能,掃描數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換方便,輸出簡(jiǎn)單、快捷,與常用軟件兼容性好。三維激光掃描技術(shù)如同其他技術(shù)一樣,正在經(jīng)歷著一個(gè)產(chǎn)生發(fā)展成熟的過(guò)程。5 結(jié)語(yǔ)三維激光掃描技術(shù)是測(cè)繪領(lǐng)域的新技術(shù),它突破了傳統(tǒng)單點(diǎn)測(cè)量的數(shù)據(jù)處理方法,為測(cè)繪領(lǐng)域提供了一條新的研究方向,其出現(xiàn)與發(fā)展是“繼GPS空間定位技術(shù)后的又一項(xiàng)測(cè)繪技術(shù)革新,將使測(cè)繪數(shù)據(jù)的研究?jī)?nèi)容、方法進(jìn)入新的發(fā)展階

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無(wú)特殊說(shuō)明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請(qǐng)下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請(qǐng)聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容里面會(huì)有圖紙預(yù)覽,若沒(méi)有圖紙預(yù)覽就沒(méi)有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 人人文庫(kù)網(wǎng)僅提供信息存儲(chǔ)空間,僅對(duì)用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對(duì)用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對(duì)任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
  • 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請(qǐng)與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時(shí)也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對(duì)自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

評(píng)論

0/150

提交評(píng)論