[发明专利]一种基于点云成像技术确定巷道岩体结构特征参数的方法

说明书

本发明的目的是针对现有岩体结构面调查方法存在的问题，提供了一种基于基于点云成像技术确定巷道岩体结构特征参数的方法。该方法的步骤：S1、基于点云成像技术采集岩体结构信息；S2、基于机器学习技术对点云数据再构模型的几何信息进行分组、分类和统计；S3、根据点云数据处理结果对巷道岩体结构特征进行分析。该方法快速获取被测对象表面节理裂隙，重建静态物体的空间3D模型，对岩体节理裂隙进行解译识别、对结构面进行拟合及产状的量测，然后基于点云数据提取的结构面特征对各水平优势节理组及结构发育特征进行分析，最终完成区域断层、优势节理组的产状、分布信息的获取，为后期采矿方案设计、采场结构参数及支护方式确定等提供依据。

技术领域

本发明属于矿山地质技术领域，尤其是涉及一种基于点云成像技术的矿岩节理构造调查统计方法。

背景技术

岩体是自然界中具有一定结构特征的地质体，由于遭受各种地质构造运动作用使其内部发育有各种各样具有一定方向、规模和形态的结构面，如层面、节理、断层、裂隙、不整合接触面等。结构面信息的获取是研究岩体结构特征的基础，岩体结构面信息直观、量化的描述一直是岩体力学和工程地质领域发展的一个重要方向，国内外学者通过多种有效的技术手段开展了岩体结构面调查。目前常用的岩体结构面调查方法，包括测线法、统计窗法、钻孔岩芯测定法和三维激光成像扫描方法；其中三维激光成像扫描方法较测线法、统计窗法及钻孔岩芯测定法具有效率高、工作量小，同时能够对人无法抵达的区域进行远程扫描实岩体结构特征的分析。但由于采用三维激光扫描仪扫描的点云数据量大，在进行数据处理过程，还需要采用人工的手段对结构面进行识别、统计和分析，耗时耗人工。

发明内容

本发明的目的是针对现有岩体结构面调查方法存在的问题，提供了一种基于点云成像技术确定巷道岩体结构特征参数的方法。该方法提供一种可大面积高分辨率地快速获取被测对象表面节理裂隙，进而方便、快速、准确地重建静态物体的空间3D模型，对岩体节理裂隙进行解译识别、对结构面进行拟合及产状的量测，快速进行现场岩体结构分布统计及特种识别，然后基于点云数据提取的结构面特征对各水平优势节理组及结构发育特征进行分析，最终完成区域断层、优势节理组的产状、分布等信息的获取，为后期采矿方案设计、采场结构参数及支护方式确定等提供依据。

一种基于点云成像技术确定巷道岩体结构特征参数的方法，包括如下步骤：

S1、基于点云成像技术采集巷道岩体结构信息；

在巷道内每隔8～12m设置一个点云数据采集站，采用三维激光扫描仪进行现场巷道扫描后，获取巷道表面形成的点云数据；

S2、基于机器学习技术对点云数据再构模型的几何信息进行分组、分类和统计；

S2.1、将点云数据由相对坐标转换为大地空间直角坐标；

S2.2、数据拼接与预处理：将相邻点云数据采集站扫描测得的点云数据的重叠部分进行数据拼接、剔除，进而获得巷道内点云构建三维效果图；

S2.3、结构面识别与特征数据统计；

S2.3.1、识别

对采集的点云数据，定义多于3个点能够形成的面为一个结构面，并对这个面进行标识，其流程如下：

S2.3.1.1、定义基点，设定扫描的起始点为基点；

S2.3.1.2、搜索基点邻近的2个点并形成面，将该面定义为基准面；

S2.3.1.3、以基准面为中心，搜索邻近的第4个点，判断该点是否与基准面处于同一平面，如果是，则与基准面合并后成为新基准面，并继续搜索第5个点，如此循环，直到无法找到可以再合并入该新基准面的点为止，将由这些点形成的新基准面定义为结构面并做标识；如果以基准面为中心找不到第4个点形成面，则以巷道方向为轴向，变更基点，重复S2.3.1.1；

S2.3.2、统计