矿山条带开采相似材料模型变形测量

针对传统模型观测方法中存在的观测装置或传感器安装麻烦、工作量大、采样点有限等缺点,引入计算机视觉和数字近景摄影测量技术量测模型变形。用高分辨率数字相机获取不同模型,模拟开挖状态下的多组数字影像,选取二值化阈值对图像进行分割,根据标记区域的形状参数自动检测和识别标志点,通过边缘跟踪和椭圆拟合算法确定标志点中心坐标;推导了用二维直接线性变换关系式和共线方程分解出影像外方位元素初值的实用算法,利用光束法平差对标志点空间坐标进行精确定位。试验结果表明,空间坐标的测定精度高于±1mm,所测位移场与实际变形情况较为一致,可以满足矿山岩层和地表移动相似材料模型观测要求。     

基于光栅传感的模型测量系统应用研究

模型试验作为解决复杂工程问题的一种有效手段已越来越受到重视。然而,与目前发展较快的模型试验系统和较为成熟的相似理论相比,测试技术相对滞后的问题依然存在。测量的精度与稳定性不能满足模型试验的需求。基于光纤/光栅传感技术的高精密性、稳定性和机光电一体的特性,结合模型试验的特殊测量要求,通过改进数据接收算法,研制了基于光学传感技术的模型位移/应变测量系统,包括光栅传感模型位移和光纤传感模型应变测试系统。该系统稳定、精度高、抗干扰,并能监测不连续位移。将该系统应用于注采气压变化条件下盐岩地下储气库变形特征地质力学模型试验中,测得了气压变化条件下围岩位移收敛和径向应变蠕变规律,测得在不同稳压阶段和不同注采气速率条件下围岩变形的不同特征。试验数据为合理确定盐岩储气库运营气压和注采气速率提供帮助,对盐岩储气库的安全稳定运营有重要意义。     

三维激光扫描技术在滑坡物理模型试验中的应用

大型滑坡物理模型试验中常采用高精度的特征点监测,缺少整体变形资料;而三维激光扫描技术可以高精度、快速、完整地扫描实物,获得海量的点云数据,构建实物的数字化模型,从而详细描述表面细部状况。将三维激光扫描技术引入到滑坡物理模型试验坡体表面整体变形监测中,通过数字仿真试验对点云数据4种变形测量方式进行了对比和评价,推导了点云数据单个扫描点的空间位置精度的评价模型,对点云密度进行了理论分析。通过滑坡物理模型试验实例,采用点云比较、重心法、点云叠加方法测量模型的整体变形和单个监测点的位移,对滑坡不同演化阶段变形特征进行了综合分析。研究表明:空间位置精度的评价模型、点云密度模型为三维激光扫描变形监测的测量成果评定,测量方案的优化设计提供了必要的理论基础。点云叠加、点云比较为面测量,可以获得整个模型坡面的变形和位移情况,测量模型的变形趋势和变形量级,重心法、拟合法则属于点测量,可以获得单个监测点准确的位移量。基于三维激光扫描技术坡面监测是结合点测量和面测量的优势,在保证高精度特征点监测同时,获得模型坡面的整体变形和位移。     

基于透明土和三维重构技术的空间变形可视化测量系统的研究

常规的可视化模型试验中,能够观察到二维观测视窗中的位移变形,但是却无法获取三维问题的离面位移以及三维空间变形场。为此,基于透明土模型试验,自主开发了一套自动层析扫描测试装置,通过高精度电动线性平台控制着相机和激光器同步运动,获取一系列二维图片。利用改进的图像变形测量方法进行图像后处理。在此基础上,自主编写了相应的三维重构的体绘制程序,用于构建变形后的三维位移场。为了验证空间变形可视化测量系统的可行性,开展了方形基础和圆形基础透明土静压试验。试验结果表明:重构后的三维竖向位移和水平位移等值面云图的变化规律和理论预测结果以及前人文献中所提到的规律一致,三维矢量位移场可以直观地显示不同位置的土体运动规律,能弥补二维观测技术不能反映离面位移的局限性。该研究不仅可以进一步地揭示静压试验中的三维空间变形问题,同时还证明该方法对于实现物理模型试验中观测三维空间变形问题是可行的。     

地质力学模型实验中变形量测方法的应用研究

地质力学模型实验作为一种便捷高效、成本低廉的研究方法,不仅可以将工程的破坏过程直观地呈现出来,而且可以作为了解工程整体力学特征、破坏模式和稳定情况的重要研究手段,在各类岩土工程问题的研究中有着广泛应用。由于地质力学模型材料的变形模量较低,同等应力条件下应变极其敏感,因此模型实验中变形测量显得至关重要。为了提升地质力学模型实验中变形量测的便捷性和准确性,对目前地质力学模型中对变形测量的主要方法进行总结分析。结果表明：目前对于模型变形量测的方法主要分为电测式测量方法、光学测量方法和机械式测量方法,其中电测式测量方法主要包括电阻式应变片法和位移计法,光学测量方法主要包括光纤类传感器法、数字图像相关法、光弹性贴片法和云纹干涉法,机械式测量方法主要包括百分表测量法和经纬仪观测法。通过对各种方法工作原理、主要应用案例及优缺点的阐述对比,得出不同方法的主要区别是测量范围和适用范围的差异,其中百分表法适用于测量小区域变形;测量内部变形可选择电阻应变片法及光纤传感器法;较大区域的变形可选择位移计法及光纤传感器法;指定点位移可选择经纬仪观测法;全场观测可选择数字图像相关法、云纹干涉法以及光弹贴片法。该成果可为相关地质力学模型实验的变形测量提供实验参考。     

地质力学模型实验中变形量测方法的应用研究

地质力学模型实验作为一种便捷高效、成本低廉的研究方法,不仅可以将工程的破坏过程直观地呈现出来,而且可以作为了解工程整体力学特征、破坏模式和稳定情况的重要研究手段,在各类岩土工程问题的研究中有着广泛应用。由于地质力学模型材料的变形模量较低,同等应力条件下应变极其敏感,因此模型实验中变形测量显得至关重要。为了提升地质力学模型实验中变形量测的便捷性和准确性,对目前地质力学模型中对变形测量的主要方法进行总结分析。结果表明：目前对于模型变形量测的方法主要分为电测式测量方法、光学测量方法和机械式测量方法,其中电测式测量方法主要包括电阻式应变片法和位移计法,光学测量方法主要包括光纤类传感器法、数字图像相关法、光弹性贴片法和云纹干涉法,机械式测量方法主要包括百分表测量法和经纬仪观测法。通过对各种方法工作原理、主要应用案例及优缺点的阐述对比,得出不同方法的主要区别是测量范围和适用范围的差异,其中百分表测量法适用于测量小区域变形;测量内部变形可选择电阻式应变片法及光纤类传感器法;较大区域的变形可选择位移计法及光纤类传感器法;指定点位移可选择经纬仪观测法;全场观测可选择数字图像相关法、云纹干涉法以及光弹性贴片法。该成果可为相关地质力学模型实验的变形测量提供实验参考。     

高拱坝地质力学模型试验方法及其应用（简明土木工程系列专集）

本书首先概述了地质力学模型试验的意义、特点、要求和方法及分类,然后介绍了拱坝整体地质力学模型试验理论方法、加载技术、测量技术,并进行了拱坝地质力学模型试验实例分析,与国内外主要拱坝的整体稳定试验比较。     

基于无人机倾斜摄影的三维数字露头表征技术

随着地质研究目标精细化和复杂化,地质体表征的尺度越来越小,难度越来越大,已有储层分布及预测的方法亟待改进。基于此,在分析传统野外地质考察局限性的基础上,介绍了无人机装置与倾斜摄影的技术特点,提出了基于无人机倾斜摄影的三维数字露头表征技术,利用无人机采集野外露头模型进行了储层构型分析。研究表明:1）传统野外地质考察至少有七方面的局限性;2）无人机倾斜摄影有明显的创新性和技术优势。采集处理后的数据模型带有三维坐标信息（经度、纬度、海拔）与图像信息,可以准确表征模型中任意位置点坐标和图像,因此,三维野外露头构型分析有了良好的资料基础;3）通过实例分析发现,采集处理后的模型精度高（分辨率约3~5 cm）,对砂体内部结构认识的定量化与精细化程度增高。无人机倾斜摄影技术不仅使数字露头成为现实,也是辅助地质学家进行高效野外考察的可靠技术。     

全站仪用于隧道三维变形测量的实施方法

叙述了全站仪用于隧道开挖施工中对围岩进行三维收敛变形测量的实施方法，其中包括：测量坐标系和基准点的建立；测点的布设要求；观测方法；观测精度以及空间边角网平差方法的介绍。结合北京地铁复线某车站地下施工现场所作的初步试验，进行了实际应用分析。     

洞群模型试验中微型多点位移计的设计及应用

地质力学模型试验是研究大型地下洞室群围岩稳定性状况的重要方法,但是,许多制约因素使得这类试验难以达到预期效果,其中包括试验过程中物理量的量测问题。以双江口水电站地下洞群稳定性为研究对象,开展了模型试验为准确量测三维应力状态下洞群模型试验中围岩内部的微小位移,设计、制作和安装了高精度微型多点位移计,获得了围岩在开挖全过程中的位移变化规律曲线,同时,还开展了与模型试验相对应的数值模拟。将试验结果与数值模拟结果进行了对比分析。研究结果表明,设计成功的微型多点位移计能够广泛应用在各类岩土工程模型试验之中。     

基于三维地理信息系统的岩层产状测量方法

利用三维地理信息系统技术和多比例尺的国家基础地理信息数据,在计算机软硬件平台支持下,进行浅层岩层产状的测量和计算,可以用来替代传统的野外测量.该方法利用数字地面高程和高分辨率的数字正射影像图数据,建立研究区域的三维场景,在计算机辅助下实现动态实时测量各种浅层岩层产状.通过选取和测量岩层上10个以上点的三维空间坐标,并利...     

基于数码影像的边坡三维可视化

研究实现了边坡的三维可视化,把对边坡的一部分研究工作搬到了计算机的三维模拟环境中;首先提出了用数码相机来获取边坡的原始影像,通过对原始立体影像的一系列处理,最终得到DSM三维格网数据,并完成了边坡三维模型的构造;其次探讨了边坡的一些三维可视化分析功能,加深了对边坡的研究;同时用VC 6.0和Open GL设计实现了软件系统3D Slope.     

Moving faults and building fracture models in a digital world—an example from Glen Coe,Scotland

It is now very easy to create realistic 3D models of rock outcrops from digital photographs. Using images captured on a smartphone or a standard digital camera, a series of overlapping photographs of the outcrop can be merged together and draped over a 3D mesh that accurately represents the topography of the real rock face. The information required to generate the 3D model is all contained within the 2D digital photographs and no other sophisticated surveying equipment is required. There are several freely available software applications that can be used to generate and then interrogate this type of 3D model. This article uses an example from Glen Coe in the SW Highlands of Scotland to demonstrate how best to capture the 3D aspects of an outcrop using a digital camera and then illustrates some of the structural features that can be analysed in more detail.     

岩体裂隙三维可视化新方法及其应用

快速准确地识别岩体裂隙的三维分布特征是西南山区铁路防灾减灾的关键.本研究提出了一套岩体裂隙可视化新方法,基于测窗调查的裂隙数据,依托球坐标及极射赤平投影进行数字化处理及降维,利用K-Means++聚类算法、Fisher分布模型和蒙特卡洛模拟,完成裂隙产状数据的自动分组和模拟,最后运用Python及圆盘模型实现岩体裂隙三维可视化.本研究采用坐标变换和三角网格曲面的方式,更有利于与其他三维建模软件嵌套分析.水电站工程的先行应用研究表明产状数据服从Fisher分布,本文的模型相对于传统玫瑰花图和施密特图有着一定的优势.因此,本文建立的岩体裂隙模型具有直观快速反映区域裂隙网络三维分布特征的优点,研究成果可以直接服务于西南山区铁路施工阶段隧道掌子面及洞壁的节理裂隙三维识别以及防灾减灾研究.      

基于数字近景摄影测量的岩体结构面几何信息解算模型

为了快速、全面地获取岩体随机结构面信息而提高稳定性评价工作,在数字近景摄影测量测取结构面空间坐标的基础上,应用立体几何、方位概念和投影变换理论,提出并建立了基于空间坐标的结构面迹线三维模型、任一投影展示面的迹线二维模型和详细判据的产状解算模型。迹线三维模型数据更加详实展示迹线分布状况,迹线二维模型数据又能获得任一重要投影面的迹线信息并突显迹线物理意义;应用误差理论,探讨了基于数字近景摄影测量的产状解算模型获取产状的精度。实验表明,在数字近景摄影测量建立边坡三维模型点位测量精度≤2 cm时,能够解决近似线状结构面的产状获取问题。因此,岩体结构面几何信息解算模型与数字近景摄影测量相结合,可采集到更为全面的结构面几何信息并用于岩体稳定性评价。     

基于图像相关分析的土体剪切带识别方法

提出了一种基于数字照相量测和图像相关性分析技术的土体剪切带识别方法。首先,在模型试验中,用数码相机采集土体全程变形图像序列;接着,在图像全局观测范围内粗略搜索到剪切带发生的大致区域;然后,布置跨越剪切区域的多对测点线,进行局部范围精密搜索,识别出剪切带的准确位置与形状, 并确定剪切带的边界点。与在模型上描画网格线等传统方法相比,该法操作简单,量测准确,适用于模型试验中岩土材料的剪切带识别及其厚度、倾角、带内变形和演变过程等特性的试验研究;最后,给出了一个大型砂土剪切试验中的应用实例。结果表明,基于图像相关分析的识别土体剪切带的方法是可行而有效的。     

Pareto optimality solution of the multi-objective photogrammetric resection-intersection problem

Reconstruction of architectural structures from photographs has recently experienced intensive efforts in computer vision research. This is achieved through the solution of nonlinear least squares (NLS) problems to obtain accurate structure and motion estimates. In Photogrammetry, NLS contribute to the determination of the 3-dimensional (3D) terrain models from the images taken from photographs. The traditional NLS approach for solving the resection-intersection problem based on implicit formulation on the one hand suffers from the lack of provision by which the involved variables can be weighted. On the other hand, incorporation of explicit formulation expresses the objectives to be minimized in different forms, thus resulting in different parametric values for the estimated parameters at non-zero residuals. Sometimes, these objectives may conflict in a Pareto sense, namely, a small change in the parameters results in the increase of one objective and a decrease of the other, as is often the case in multi-objective problems. Such is often the case with error-in-all-variable (EIV) models, e.g., in the resection-intersection problem where such change in the parameters could be caused by errors in both image and reference coordinates. This study proposes the Pareto optimal approach as a possible improvement to the solution of the resection-intersection problem, where it provides simultaneous estimation of the coordinates and orientation parameters of the cameras in a two or multistation camera system on the basis of a properly weighted multi-objective function. This objective represents the weighted sum of the square of the direct explicit differences of the measured and computed ground as well as the image coordinates. The effectiveness of the proposed method is demonstrated by two camera calibration problems, where the internal and external orientation parameters are estimated on the basis of the collinearity equations, employing the data of a Manhattan-type test field as well as the data of an outdoor, real case experiment. In addition, an architectural structural reconstruction of the Merton college court in Oxford (UK) via estimation of camera matrices is also presented. Although these two problems are different, where the first case considers the error reduction of the image and spatial coordinates, while the second case considers the precision of the space coordinates, the Pareto optimality can handle both problems in a general and flexible way.     

根据试验视频确定石灰岩中的位移场

根据室内石灰岩抗压强度试验拍摄得到的彩色视频图像与试验数据,使用数字图像相关分析技术,在对原始彩色视频图像进行可读格式转换、灰度变换、傅里叶变换基础上,利用最大相关匹配技术与小变形假设实现了石灰岩视频图像中不同位置相对位移的计算,通过循环计算得到整个石灰岩试样中的位移场与试样中各点位置的变化过程。本文方法对分析岩石变形和破坏机理具有一定的参考价值。     

Photogrammetric techniques for monitoring tunnel deformation

This paper presents two innovative methods for tunnel monitoring that are based on digital photogrammetry. Both have been conceived to speed up operations that are currently accomplished by using engineering geodesy techniques and instruments. On the same time, proposed solutions are cheap and affordable. The first one is aimed at measuring relative deformations of transversal cross-section of tunnels. Some special targets are placed on the tunnel vault and their coordinates are measured by means of a small photogrammetric block made up of four images. A wire is used to setup the scale and to make all measurements comparable overtime. The second method can be applied for the measurement of vertical deformations along the longitudinal profile of tunnels. A new image-based approach called ‘photogrammetric levelling’ is discussed here, which is based on the metric rectification of each single image depicting a couple of special rods to be hung on levelling benchmarks. This technique can be used to replace traditional optical and digital level instruments. Both applications can be carried out by using a calibrated amateur camera. Some experiments in controlled and real environments allowed assessing performances and limitations of these techniques for operational surveys in tunnel monitoring.