三维激光扫描技术及其在岩土工程中的应用

地面三维激光扫描技术是一项较新的数据收集与分析技术,它可以快速扫描目标,获得高密度,高精度的目标空间坐标,配合后处理软件,进行各种测绘、分析、仿真工作。介绍了三维激光扫描技术的原理,对目前的主要激光扫描硬件进行了比较,最后介绍了三维激光扫描技术在岩土工程应用的主要两个方面：边坡变形监测与岩石裂隙面勘察。相比常规监测和地质调查技术,三维激光扫描技术具有高精度、速度快、节省人工的优势,具有较大的应用潜力。     

三维激光扫描技术在矿山采空区测绘中的应用

三维激光扫描技术可以实现三维场景复制,而能在较短的时间内高速、精确地记录建筑物（或景象）的三维空间位置。以马坑铁矿三维激光扫描工程项目为实例,详述三维激光扫描技术在矿山地下采空区测量中的应用优势。     

大型崩滑灾害变形三维激光扫描监测技术研究

三维激光扫描技术突破了传统单点测量方法采样点有限、覆盖范围小的不足,实现了对观测对象面的测量。受制于扫描速率和扫测距离的限制,该技术目前在地质灾害领域应用有限,因此也成为热点研究课题。本文针对高陡危岩、大型滑坡等复杂地质环境下地质灾害的三维激光扫描技术,系统探讨了地形构建、DEM建模和几何量测等快速调查方法,并提出了点、线、面相结合的灾害地质体形变监测方法;结合应用案例系统比较和分析了三维激光扫描技术在滑坡、崩塌调查监测中的技术优势和局限性,展望了该项技术在地质灾害领域的应用与发展趋势。     

基于无人机倾斜摄影的矿山边坡岩体结构编录方法与工程应用

岩体结构特征控制着岩体力学性质并影响岩体工程稳定性,因此岩体结构地质编录一直是岩体工程地质中的重要内容。针对露天矿山边坡,传统的岩体结构编录方法具有危险性大、效率低等缺点,需要引入新技术实现地质编录的安全、高效。随着近年来无人机的民用化,采用无人机倾斜摄影技术改进传统露天矿坡的地质编录工作将成为未来的发展趋势。本文以浙江某露天采石场矿坡为例,阐述了无人机摄影技术在地质编录中的应用方法和工作流程。基于无人机倾斜摄影技术,采用运动恢复结构法将点云数据转化为岩体三维数字模型,并利用点云的坐标信息实现对岩体结构面产状的解译。通过对比罗盘测量的产状和点云计算的产状验证了该技术应用的可靠性。在此基础上划分了结构面的优势产状,为分析矿山边坡稳定性提供了基础数据支持。     

三维激光扫描技术在矿山开采沉降中的应用研究

三维激光扫描技术具有高分辨率、高采样率以及非接触式测量优势,它突破了传统的单点测量模式,非常适用于获取矿山的复杂表面和高危区域的空间三维信息。文章阐述了三维扫描仪的种类、技术原理和在矿山开采沉陷中的应用,同时介绍了三维扫描点云数据的后期处理过程及应用。在工作实例中,通过三维激光扫描仪与精密全站仪所测结果进行了对比分析,结果表明:两种技术方法获取的信息数据基本相符,可以满足生产需要,进一步论证了运用三维激光扫描技术对矿山沉陷区进行监测的可靠性和可行性。     

煤矿巷道三维激光扫描关键技术及工程实践

智能化、无人化开采是煤炭行业发展的必然趋势,精准地质信息探测是当前智慧煤矿建设中的重点研发方向之一,其中巷道信息的精准探测和巷道三维模型的快速获取是地质透明化的重要数据来源。对比分析传统巷道建模方法及其优缺点,提出利用三维激光扫描重建技术构建高精度透明工作面巷道模型的技术思路。在分析煤矿井下工况环境长距离三维激光扫描面临的技术难题的基础上,研究三维激光扫描原理和空间点坐标计算方法,并提出透明工作面巷道三维激光扫描重建技术流程,其关键技术包括:三维激光扫描系统动态标定和坐标转换方法;点云预处理技术中基于统计滤波法的大尺度噪声滤波方法和基于移动最小二乘的小尺度噪声滤波算法;点云关键点提取与特征描述技术中SIFT特征检测算法和FPFH特征描述算法;点云配准技术中基于FPFH特征描述算法的粗配准技术和基于迭代最近点算法的精配准技术。以准格尔煤田唐家会煤矿某工作面为研究对象,利用自主研发的移动式三维激光扫描系统从三维激光扫描施工流程、巷道点云数据采集、边界轮廓线提取、巷道与工作面联合建模等方面进行实践应用。结果表明,提出的基于三维激光扫描技术的工作面巷道三维重建思路在技术上是可行的,能为复杂巷道的快速三维扫描、重建提供一条可行的技术路径。      

普通数码相机在洞室地质编录中的应用

探讨了在水电工程洞室中应用普通数字影像的近景摄影测量技术进行地质编录的方法。以斜井为例,阐述了洞室的影像地质编录原理、影像地质编录系统及其操作流程。实际应用证明,该技术能大幅提高地质编录的自动化程度和信息化管理水平。      

三维激光扫描技术在地质灾害调查中的应用

三维激光扫描技术是近年兴起的一种测量技术,本文通过利用天宝TX8三维激光扫描仪在一个典型的地质灾害监测项目中前后两次观测应用实例,阐述了三维激光扫描技术的工作流程,并简述了与常规全站仪测量的优点及注意事项,在生产实践中具有较高的借鉴意义。     

“空天地”一体化技术在采空区形变监测中的应用CSCD

河北滦平县张百湾镇周台子村由于多年矿山开采遗留下大量的采空区,部分采空区未做任何处理存在塌陷隐患,严重制约当地的经济发展和社会稳定。对该地区采空区形变调查和实地监测十分有必要。文中综合应用合成孔径雷达干涉测量技术、无人机摄影测量技术、三维激光扫描技术对采空区的空间分布进行划分确定和形变监测。首先应用小基线集技术对采空区进行地表形变解算。然后应用无人机数据构建研究区的三维模型,并通过多期无人机航飞数据,计算2次航飞间地表变化,佐证InSAR技术的结果。最后应用三维激光扫描技术,对部分重点区域进行三维激光扫描,建立采空区精细化模型。研究结果表明,三种技术的联合监测结果表现出高度的一致性,其中InSAR技术探测出研究区最大形变速率-25 mm/a,结合2期无人机正射模型DEM与三维激光扫描数据差分结果确定出采空区17处的高风险区域,部分区域对居民区和道路有影响。基于“空天地”一体化技术具有较高的可靠性,可应用于矿区采空区形变调查和地面沉降监测。     

三维激光扫描测量技术在古建筑维修保护中的应用

目前我国的许多古建筑维修、保护工程中缺少建筑物结构图、破坏程度评估困难等问题,因此急需一种快速而全面的建筑物测量手段。三维激光扫描技术作为一种快速、非接触、高精度的测量方法,满足古建筑维修保护中的测量要求。本文通过研究三维激光扫描测量技术在古建筑维修与保护工程中的使用案例,讨论该技术在我国古建筑维修保护中的使用方式与方法,详细介绍三维激光用于古建筑扫描中的勘查、实施、点云处理及建模中的具体步骤和注意事项。本文的介绍有助于汶川大地震后四川和我国其他地区古建筑维修保护工程中对建筑物测量的实施。     

Application of Three-Dimensional Laser Scanning and Surveying in Geological Investigation of High Rock Slope

The appearance of 3D laser scanning technology is one of the most important technology revolutions in surveying and mapping field. It can be widely used in many interrelated fields, such as engineering constructions and 3D measurements, owing to its prominent characteristics of the high efficiency and high precision. At present its application is still in the initial state, and it is quite rarely used in China, especially in geotechnical engineering and geological engineering fields. Starting with a general introduction of 3D laser scanning technology, this article studies how to apply the technology to high rock slope investigations. By way of a case study, principles and methods of quick slope documentation and occurrence measurement of discontinuities are discussed and analyzed. Analysis results show that the application of 3D laser scanning technology to geotechnical and geological engineering has a great prospect and value.     

多孔介质微观孔隙结构三维成像技术

详细介绍目前国际上最先进的多孔介质微观结构三维成像技术,包括系列切片技术、聚焦离子束技术(FIB)、激光共聚焦扫描显微镜、Micro-CT技术,分析了各自的优越性及局限性,探讨了Micro-CT技术的应用现状及其在地质学领域的应用前景.分析结果表明,Micro-CT及今后的Nano-CT技术是一种无损伤的3D成像技术,不但可获得足够分辨率的多孔介质微观孔隙结构3D图像,而且还可以现场实时检测孔隙中流体的渗流状态,在多孔介质孔隙结构及渗流机理研究中具有重要的应用价值.该技术必定成为今后的主流技术,不仅将在石油工程、水文工程等领域发挥重要的作用,而且还将广泛应用于岩石学、矿物学、古生物学、材料学、资源科学及环境科学等领域.该技术的研究和应用在我国还处在起步阶段,应加大设备引进和研究力度.     

基于三维激光扫描技术的复杂三维地质体建模方法

FLAC3D平台下前处理阶段复杂地质体三维数值计算模型的建立一直是岩土工程数值模拟工作者面临的难题,而三维激光扫描技术在获取复杂物体的精细空间数据的方面具有独特的优势。因此,本文提出以逆向工程为过渡平台实现复杂三维地质体FLAC3D数值模型的构建。利用三维激光扫描技术精细几何数据的获取功能,对复杂三维地质体空间形状几何信息进行提取;利用Geomagic Studio良好的点云数据处理及曲面建模功能,准确地重构了复杂地质体的CAD曲面模型;利用Hypermesh强大的几何处理能力及网格划分能力,将复杂地质体的CAD曲面模型进行实体化和网格化;最后由FLAC3D软件内嵌的Fish语言编制的文件转换为FLAC3D能够识别的文件格式,从而实现了该软件前处理过程中复杂三维地质模型的高效、精准的建立。结合工程实例,对该方法的可行性与仿真效果进行了检验。结果表明该方法具有方便、快捷、合理且实用性强的优点。     

高精度三维地震勘探关键技术研究及应用

针对目前中西部三维地震勘探存在的主要问题,以晋城成庄和潞安五阳两个采区三维地震勘探项目为依托,进行了高精度三维地震勘探技术攻关研究,总结出一套适合中西部复杂地区的"高精度三维地震勘探技术",即:以合理得当的观测系统、行之有效的成孔工具、严密完善的质量保证体系为基础,采用高密度采集技术、层析反演静校正技术、叠前时间偏移技术和岩性反演解释技术来提高三维地震勘探的精度和准确率。其中高密度采集技术具有小采样间隔、高覆盖次数、宽方位角、均匀的炮检距道集等优点,在提高横向分辨率的同时,也有效提高其纵向分辨能力,有利于小断层、小陷落柱或其它小地质异常的识别及解释;层析反演静校正技术特别适用于山地复杂地表条件,是解决山地资料静校正的一种有效方法;叠前时间偏移技术适用于速度纵向发生变化,而横向速度变化不大的地区,能够实现真正的共—反射点叠加,具有较好的构造成像效果和保幅性;岩性反演解释技术是将连续观测的地震资料与具有高纵向分辨率的测井资料进行关联实行优势互补,提高三维地震资料的纵、横向分辨率和对地下地质情况的勘探研究程度高。二个采区的的应用效果表明,上述技术极大提高了煤炭地质勘探的精度、准确率和解决地质问题的能力。     

用三维激光成像技术调查高陡边坡岩体结构

论文针对“罗盘 皮尺”传统模式调查高陡边坡岩体结构中的缺点,提出了三维激光成像技术调查高陡边坡岩体结构的新方法。利用三维激光成像技术可获得完全实景的数字模型,并在该数字模型上可直接量取点、线、面和三维实体空间坐标,从而进行结构面产状、迹长与连通率、间距等岩体结构特征参数计算和地质剖面切图。最后,以营盘山陡崖边坡为例,详细阐述了三维激光成像技术调查高陡边坡岩体结构特征参数方法及过程。结果表明,利用三维激光成像技术所得的结构面产状、间距等岩体结构特征参数要优于传统的“罗盘 皮尺”量测结果。因此,三维激光成像技术的引入,必将引发岩体结构特征参数测试技术革新性的发展。     

Application of Unmanned Aerial Vehicles Low-altitude Photogrammetry in Investigation and Evaluation of Loess Landslide

The new technology of UAVs low-altitude photogrammetry is a new three-dimensional space technology after radar remote sensing and 3D laser scanning. This technology has many advantages in the aspect of acquiring 3D point cloud data, such as large area operation, high-accuracy and capturing 3D geographical information quickly. With the algorithm improvement and commercialization development of low-altitude photogrammetry, this new technology is widely used in various fields in foreign countries. This new technology shows a tendency of rapid development in China, especially in the field of surveying and mapping, but in the geological and geotechnical engineering field is at a tentative stage. Based on briefly introducing the new technology of the basic principle and 3D data acquisition method, combined with an example about loess landslide investigation at Heifangtai tableland in Gansu Province, this paper described the application effect of the new technology in the regional landslide investigation and individual landslide investigation. The results showed as follows: ①We could greatly understand the regional spatial distribution of loess landslide in the regional landslide investigation. ②We learned the development characteristics and disaster process of the landslide by means of analyzing pre-sliding and post-sliding low-altitude photogrammetry datum in individual landslide investigation. Thus, UAVs low-altitude photogrammetry technology has broad prospects and research value in the field of geotechnical engineering and geological engineering application.     

中国煤炭核测井技术发展历程与贡献

在煤田地质勘探中，采用电测井方法确定煤层有一定的局限性。核测井技术的应用，使测井解释煤层与岩层的可靠性大大提高，扩大了测井的应用范围，充分发挥了钻孔的地质效益，促进了无岩心钻进的开展，对提高勘探质量和速度、降低勘探成本起到了重要作用。随着核测井方法技术不断发展和完善，测井解决的地质问题越来越多，提供的地质资料愈来愈丰富。其中自行研制的高分辨率中子俘获伽马能谱测井系统可以直观地提供地层中常见的10多种元素及其含量，这是测井由定性定厚向定量解释发展的一个飞跃。这项高新技术成果标志着我国核测井技术跻身于世界先进行列。     

Sequence stratigraphic analysis and integrated 3D geological modeling of M1 block, Wenmingzhai oilfield, Dongpu depression, China

The M1 block is a typically complex fault-block oilfield, whose recovery has reached 30.5% through the twenty years waterflooding development. Remaining oil scatters very widely and the production between layers is in a high degree. However, many problems have been exposed at the same time which hinder improvement of the recovery rate and sustainable development of the reservoir. Hence, it is important to carry out basic geological research and form a comprehensive understanding of reservoir properties. However, few such studies have been conducted in China. In this study, work related to basic geological research was conducted based on high-resolution sequence stratigraphy, seismic interpretation technology and 3D visual geological modeling, and significant results were achieved. Three sequence orders and three types of interfacies in the stratigraphic architecture of M1 block were identified through seismic sections, logging curve characteristics and entropy spectrum analysis. Thirty-two short-term sequence cycles (fifth order), eight mid-term sequence cycles (fourth order) and two long-term sequence cycles (third order) were identified, followed by the establishment of a high-resolution isochronous stratigraphic correlation framework. Finally, a regional 3D geological model was established on the basis of these preliminary studies. The integrated 3D geological model is a valuable tool for reflecting geological bodies accurately, and it can accurately represent and describe reservoir heterogeneity.