[发明专利]一种基于智能手机的岩体结构面产状非接触测量方法

说明书

本发明公开了一种基于智能手机的岩体结构面产状非接触测量方法，包括：在岩体露头或岩体开挖面上布置一个标靶，使用手机内置电子罗盘测量其产状；利用智能手机对待测量的岩体进行人工移动拍照；将获取的手机照片导入专业摄影测量软件生成三维岩体点云模型；基于标靶产状进行标定，得到相机坐标系与世界坐标系的转换矩阵；采用RANSAC算法提取岩体结构面，获取相机坐标系下结构面单位法向矢量；采用转换矩阵得到世界坐标系下结构面的单位法向矢量，从而计算得到结构面的产状。本发明方法适用于天然岩体露头及边坡、地下隧洞开挖面的岩体结构面测量，其优点是：现场操作简便易行，对复杂场地的适应性强。

技术领域

本发明属于工程地质测量技术领域，具体涉及一种基于智能手机的岩体结构面产状非接触测量方法。

背景技术

岩体工程的稳定性主要受结构面控制，正确测量岩体的结构面产状对于建立岩体工程地质模型、开展岩体工程稳定性评价与指导支护设计具有重要意义。

传统岩体结构面产状的测量主要有三类方法。

第一类方法是接触式人工测量，这种方法是利用地质罗盘近距离直接测量结构面的产状。由于岩体露头范围大，特别是对于高位岩体，测量人员往往很难到达测量位置，另一方面，对于一些危岩体，对人身危险性较大，不宜近距离开展接触测量。此外，人工接触测量耗时长，效率低，受主观影响大。

第二类方法是非接触式摄影测量技术，采用相机按照一定的要求对被测对象连续拍摄图像，同时使用全站仪或GPS测量一定数量的控制点(3个以上)，通过控制点坐标来标定摄影测量得到的点云坐标，测量过程中需要使用照相机和全站仪等多个仪器配合，从而导致现场测量操作复杂，效率低下。

第三类方法是使用三维激光扫描技术，利用激光扫描仪获取测量岩体的三维点云数据，由于测量得到的点云数据是相对坐标，该方法同样需要使用全站仪或GPS测量一定的控制点，再实现点云数据从相对坐标到世界坐标的转换。由于激光扫描仪造价比较高，仪器笨重，还需要配合全站仪使用，从而导致现场测量操作复杂，实施困难。

结合上述三类方法存在的不足之处，寻求一种简易、轻便的岩体结构面产状测量方法就显得很有必要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于智能手机的岩体结构面产状非接触测量方法，能够测量难以近距离接触的结构面产状，克服了传统方法仪器笨重、需要多个仪器配合、高位岩体接触困难的弊端，为正确认识地质构造提供依据。

本发明的原理在于：在边坡岩体露头面或开挖面上放置一个矩形标靶，使得标靶一条边保持水平，采用手机进行非接触移动拍摄，将获取的照片导入摄影测量软件中建立岩体三维点云模型；采用RANSAC算法提取岩体结构面，获取相机坐标系下结构面单位法向矢量；同时利用标靶产状得到相机坐标系与世界坐标系的转换矩阵；基于转换矩阵得到世界坐标系下结构面的单位法向矢量，从而计算得到结构面的产状。

一种边坡岩体结构面产状测量方法，包括如下步骤：

1)在待测量岩体露头或开挖面上布设一个标靶，使得标靶的一条边保持水平，利用手机内置的电子罗盘测量标靶面的产状，记录其倾向和倾角；

2)对待测量岩体进行拍照，并确保两幅照片之间达到一定的重叠率，且拍摄的照片中含有标靶；

3)将拍摄获取的照片导入专业的摄影测量软件，生成基于相机坐标系的三维岩体点云模型；

4)在三维岩体点云模型中找到标靶，提取标靶面三个角点A，B，C的坐标，运用关系式1计算向量AB与向量AC的单位矢量ab和ac，运用关系式2计算标靶面单位法向矢量ad；

关系式1为：

关系式2为：

ad＝ab×ac