[发明专利]用于掌子面结构面的信息采集与分析方法及装置

说明书

本发明提供一种用于掌子面结构面的信息采集与分析方法，其包含：通过三维激光扫描方式，对掌子面进行全覆盖式的扫描，获取掌子面的三维数据；对采集到的三维数据进行预处理，通过三维表面重建技术将经过预处理后的三维数据转换为掌子面的面模型；依据结构面基本特征，识别出面模型中的结构面，并对识别到的结构面进行产状计算，得到掌子面的走向信息以实现掌子面短距离地质预报。本发明能够全面的采集掌子面的三维数据，能够获得全面的结构面信息，实现掌子面结构面识别及结构面产状计算，进而通过结构面的走向自动延伸，实现掌子面短距离地质播报。本发明为非接触式测量，能够保证测量人员的安全作业，测量结果受作业环境影响较小，适应性强。

技术领域

本发明涉及隧道施工领域，具体地说，涉及一种用于掌子面结构面的信息采集与分析方法及装置。

背景技术

在隧道施工过程中，通常需要提前采集掌子面的结构面信息，进一步掌握隧道施工处的地质状态，从而保证施工人员的安全性以及隧道施工的合理性。目前，最常用的结构面信息采集方法为人工量测法，通过地质罗盘采集到的岩体数据来分析隧道衬砌的受力状态。同时，记录隧道掌子面及周围开挖面的节理、裂隙等地质特征，采集掌子面的可见光图像，经资料综合整理，最后形成地质编录。地质编录的方法一般是通过工程技术人员直接肉眼观察并进行相应的记录，是针对目标岩体的整体概况进行统计记录，而不能反映出结构面的全部特征信息，故而无法对隧道施工做出指导性意见。

因此，本发明提供了一种用于掌子面结构面的信息采集与分析方法及装置。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种用于掌子面结构面的信息采集与分析方法，所述方法包含以下步骤：

通过三维激光扫描方式，对掌子面进行全覆盖式的扫描，获取所述掌子面的三维数据；

对采集到的所述三维数据进行预处理，通过三维表面重建技术将经过预处理后的三维数据转换为所述掌子面的面模型；

依据结构面基本特征，识别出所述面模型中的结构面，并对识别到的结构面进行产状计算，得到所述掌子面的走向信息以实现掌子面短距离地质预报。

根据本发明的一个实施例，通过三维激光扫描方式，对掌子面进行全覆盖式的扫描，获取所述掌子面的三维数据的步骤中，还包含以下步骤：

在预设位置处，将具备三维激光功能的扫描仪放置在稳定装置上，对所述掌子面进行扫描；

通过所述扫描仪接收到的红外光波的相移来确定所述扫描仪与所述掌子面上被测点的三维坐标；

通过所述扫描仪接收到的激光束的强度来确定所述掌子面上被测点的反射率，以通过所述反射率确定所述被测点的颜色坐标。

根据本发明的一个实施例，对采集到的所述三维数据进行预处理的步骤中，还包含以下步骤：

将所述三维坐标以及所述颜色坐标放置在同一个不带模板参数的类里，用预设三维点同时描述所述三维坐标以及所述颜色坐标；

将所述预设三维点进行平移，使得所述预设三维点的形心与原点重合；

对所述预设三维点进行缩放操作，使得各三维点到原点的平均距离为预设固定值。

根据本发明的一个实施例，通过三维表面重建技术将经过预处理后的三维数据转换为所述掌子面的面模型的步骤中，还包含以下步骤：

利用三角剖分算法，将经过预处理后的三维数据剖分成曲面三角形网格，对所述曲面三角形网格进行边缘优化，剔除不均匀的三角，得到所述面模型。

根据本发明的一个实施例，依据结构面基本特征，识别出所述面模型中的结构面的步骤中，还包含以下步骤：