基于误差理论的产状测量精度评定

以边坡为研究对象,针对基于罗盘、免棱镜全站仪、激光测距仪、三维激光扫描仪和数字摄影测量工作站的5种产状测量方法,采用误差理论进行产状测量精度评定。研究表明,罗盘产状测量的倾向、倾角中误差分别为±4°和±3°,其精度评定既可以提高对罗盘产状测量精度的认识,也可为其他4种非接触类产状测量方法的精度评定提供验算数据。利用罗盘只能进行高陡边坡下部结构面的产状测量,测量范围有限且高耗低效;非接触类产状测量方法则可以解决人员难以到达的高陡边坡上部结构面的产状测量问题。其中,三维激光扫描和数字近景摄影测量方法可以获取边坡岩体大量随机结构面上的产状信息,为基于随机动力学的边坡稳定性评价提供重要的基础数据。     

基于活动控制的岩体结构面几何信息快速获取

在应用数字近景摄影测量进行岩体结构面几何信息快速获取时,需要在岩体上布设一定数量的控制点,但特殊区域岩体（隧道、硐室、采石场）的结构面相对破碎、特征点极不明显,并且受施工进度的影响,无法在岩体上布设控制点。针对这一问题,本文应用自行设计的活动控制架,在控制架上布设28个控制点,将控制架和岩体结构面一起摄影,然后在VZ（VirtuoZo）工作站上进行内业解译,获取岩体结构面上特征点的空间坐标,再依据所给产状公式获取结构面信息。以净月二采石场岩体边坡为研究对象,进行了活动控制架安装与检验、外业数据采集与内业数据处理等工作;同时基于误差理论点位精度评定方法,对解译的控制点坐标与岩体结构面产状（倾向、倾角）同实测值对比并进行精度分析。结果表明,该方法测量的岩体结构面产状中误差：m_倾向=±4°,m_倾角=±3°,满足岩体结构面精度测量要求。     

高陡岩质斜坡的结构面非接触式采集技术与三维裂隙网络模拟研究

本文分别以非接触式测量与三维裂隙网络模拟技术对汶川县绵虒镇大溪沟沟口高陡斜坡的结构面系统进行了深入研究。以无人机、数字近景摄影测量与三维激光扫描方法建立了现场斜坡的三维DEM模型并识别与解译了斜坡的结构面系统。尤其是采用无人机与近景摄影测量技术,识别并解译了整体斜坡的长大控制性结构面与坡面上的6663条随机构造结构面。基于以上数据,本文提出了一种适用于高陡斜坡分析的超大窗口三维裂隙网络模拟方法,采用概率统计与空间几何推导的方法,建立了岩体三维结构面的直径、产状与密度计算方法。这种方法更加简便且针对性强,现场验证也表明其具有较高的模拟精度。     

基于单个钻孔孔壁电视图像确定地下岩体结构面产状的普适数学方法

岩体结构面产状是影响岩体力学性质及工程稳定性的重要地质因素.从钻孔孔壁电视平展图上可较精确地提取结构面迹线上不共线三点的相对二维坐标(d, h),再利用空间解析几何理论确定其三维空间相对坐标(x, y, z),并求得结构面法向矢量.根据钻孔孔壁与坡面及结构面产状的空间几何关系,在保持原点不变的情况下,采用空间坐标变换的方法,将三维坐标系z轴和y轴分别转化为竖直方向z′和正北地理方向y′,并确定转化后坐标系空间的结构面法向矢量.再从结构面产状的定义出发,根据结构面法向矢量与结构面倾向、倾角的相关性,建立了一个空间几何模型,通过该模型可求得任意平直坡面上任一钻孔内局部岩体结构面的产状.      

近景摄影测量中活动控制系统的设计与实现

应边坡岩体结构面几何信息测量的需要,设计并制作了一套活动控制系统。经过实验验证,制作的活动控制系统结构稳定,携带方便,控制点成像清晰,活动控制架在室内的控制点点位中误差为 ± 2 mm,在野外环境下控制点点位中误差为± 3. 5 mm。可为近景摄影测量提供快速有效控制,满足近景摄影测量中被测目标测量的精度需要,可作为近景摄影测量获取低矮边坡岩体结构面信息的有效控制。     

基于摄影测量获取岩体结构面参数的概率分布拟合检验

岩体不连续面迹长、产状、空间组合形态等的不确定性和复杂性,使结构面整体几何形态研究存在困难。利用岩体内大量随机展布的不连续面所具有的统计相似性,结合具有统计意义的数学方法进行结构面参数描述,是岩体随机不连续面三维网络模拟的基础,也为岩体稳定性评价提供可靠依据。本文基于数字近景摄影测量技术对长春市净月开发区东升采石场坡面进行调查研究,获取高精度的大量岩体结构面迹长、产状、间距、张开度等几何参数。利用Matlab编制Kolmogorov-Smirnov（K-S）检验程序,实现结构面参数的K-S法概率分布检验,分析了结构面参数所服从的概率分布类型;同时用SPSS软件检验程序正确性,并引入最优拟合度,选取符合多种概率分布参数的最优拟合概率模型。结果表明：研究区内结构面迹长、间距服从对数正态分布规律,产状服从伽马分布规律。     

基于激光测量和FKM聚类算法的隧洞岩体结构面的模糊群聚分析

岩体隧洞结构面的数量、产状和发育情况是评价隧洞透水性和稳定性的重要指标。采用三维激光测量技术可以快速获取隧洞周围岩体激光点云数据和结构面的几何信息。提出了基于柱面投影和Delaunay生长算法的激光点云的三角网重构技术,利用构建的三角网平面方程的法向向量计算出单个三角网平面的产状,并应用FKM聚类算法进行隧洞岩体结构面产状的模糊群聚分类。该方法可以快速得到不同组的优势产状,且分类结果可用不同颜色进行空间显示。最后运用自主研发的FSS软件对某隧洞的岩体结构面优势产状进行了研究,研究结果表明：1）基于柱面投影和Delaunay生长法的点云构网方法特别适合于隧洞工程,构网速度快、效率高,重构得到的三角网表面与被采样的岩体表面拓扑差别最小;2）FKM模糊群聚方法对隧洞岩体结构面的群聚分类结果可靠、合理,具有较强的通用性和推广性。     

基于无人机摄影测量技术的高陡边坡危岩体特征构建与分析

在高陡边坡的危岩体调查中, 受限于调查人员可到达的范围, 难以获取危岩体的特征参数, 从而影响危岩体的稳定性判别。无人机摄影测量技术能够安全、快速、全面、精准的获取危岩体的特征信息。本文以鸡冠岭崩塌隐患为例, 利用无人机摄影测量技术获取坡面高精度影像, 通过提取点云数据构建三维模型, 基于最小二乘法完成平面拟合获取危岩体的体积及结构面产状信息, 并结合实际测量数据, 采用赤平极射投影法和极限平衡法定性和定量评价危岩体的稳定性。经过分析计算, 鸡冠岭崩塌四处主要危岩体的体积分别为102.86 m3、355.27 m3、236.60 m3和454.91 m3, 根据定性分析和定量计算, 危岩体均为欠稳定状态。通过本文的实践, 体现了无人机摄影测量技术在识别高位隐蔽危岩体方面的优势, 对于发展基于无人机摄影测量技术定量判定危岩体的稳定性方面具有借鉴意义。     

高陡边坡岩体结构信息无人机识别与离散元数值模拟

岩体结构特征的准确表征对边坡稳定性评价具有重要影响。由于高陡边坡岩体结构的人工编录工作开展困难,结构几何信息往往获取不全面,导致边坡数值模型构建往往不理想。以江西德兴银山铜矿露天边坡为工程背景,采用无人机与运动恢复结构法(SfM)获取边坡岩体点云模型。基于点云数据建立结构面识别和解译算法,自动获取结构面产状、迹长、间距等几何信息。对比人工测量结果,无人机测量与结构面识别能够获取更符合实际的坡面与岩体结构模型。采用非均匀有理B样条(NURBS)曲面重构和“Rhino-Griddle-3DEC”联合建模方法,结合岩体结构统计模型构建离散裂隙网络DFN能够快速建立三维离散元数值模型,从而获得更好的数值模拟计算结果,满足岩质高边坡稳定性评价的需要。     

应用数字近景摄影测量提取岩体裂隙迹长信息方法研究

针对传统以皮尺为主要工具的岩体裂隙迹长测量方法精度及效率较低、尤其是遇有危险场地不能遥测等缺点,研究应用数字近景摄影测量的方法获取岩体裂隙迹长信息,以普通非量测数码相机为主要工具,以JX-4A数字摄影测量工作站为依托进行信息处理,可以快速获取隧道施工掌子面裂隙迹线图。经实验比较分析,数字近景摄影测量方法获取岩体裂隙信息在精度和效率方面都优于传统方法。     

基于数字表面模型的岩体结构面产状获取

针对传统现场接触式测量获取岩体结构面参数效率低、工作量大、结果精确性受人为因素影响等问题,本文结合数字摄影测量技术与运动法（structure from motion,SFM）进行岩体三维数字表面模型重建,并在此基础上建立了岩体结构面自动识别方法。岩体数字表面模型重建步骤主要为岩体影像资料采集,基于尺度不变特征变换（Scale-Invariant Feature Transform,SIFT）算法进行图像特征匹配、稀疏点云构建、点云稠密化以及岩体曲面模型重构。结构面识别方法流程主要为:首先平滑岩体数字表面模型;通过改变搜索半径和角度阈值实现模型平面分割;基于区域生长原理进行结构面搜索;最后基于随机采样一致性拟合结构面得到结构面产状。将该方法应用于甘肃北山地下实验巷道,实现了巷道三维数字表面模型的重建与结构面产状数据获取,最后将识别到的结构面分组表征在模型表面。与人工实地测量方法以及现有的结构面识别软件相比,本文提出的方法具有良好的准确性,可为工程应用提供一定的参考。     

无人机摄影测量在矿山地质环境调查中的应用

为解决传统的人工野外矿山地质环境调查易受交通、地形影响,且劳动强度大、效率低、成本高等问题,将无人机摄影测量技术应用在矿山地质环境调查中。以长春市净月东升采石场为研究区,利用RTK（实时动态差分技术）获取地面控制点坐标,采用大疆精灵4无人机进行航空摄影,在Pix4Dmapper建立的研究区三维模型上经量测、解译等,提取研究区内矿坑面积、边坡方位、长度、高度、体积和表面积以及滑坡、崩塌堆积体和断层等矿山地质环境相关的几何信息,制作了研究区地形图、DOM（数字正射影像）和DSM（数字表面模型）,同时解译了边坡大量随机结构面迹线和产状信息。结果表明,基于无人机摄影测量技术的矿山地质环境调查可以快速获取矿山地质环境信息,获取的结构面倾向、倾角误差分别在5°和4°以内,可满足矿山地质环境调查精度要求。     

Close-range terrestrial digital photogrammetry and terrestrial laser scanning for discontinuity characterization on rock cuts

This paper reviews the application of close-range terrestrial digital photogrammetry and terrestrial laser scanning for discontinuity characterization on rock cuts. Terrestrial remote sensing techniques are being increasingly used as a complement to traditional scanline and window mapping methods. They provide more comprehensive information on rock cuts, allow surveying of inaccessible outcrops, and increase user safety. Selected case studies are used to estimate the accuracy of several 3D model registration approaches and the most time-, effort- and cost-effective methods are highlighted. It is shown that simple registration networks are able to provide adequate measurement of discontinuity orientation for engineering purposes. The case studies presented also illustrate the effects of sampling bias and limitations related to discontinuity characterization using remote sensing techniques. Vertical orientation bias and occlusion can be of particular concern when persistent discontinuities dip at the same angle as the camera/scanner line-of-sight. Major advantages of the techniques are presented illustrating how terrestrial remote sensing techniques provide rapid spatial measurements of discontinuity location, orientation and curvature and are well suited to the quantification of persistence magnitudes greater than 3 m.