一种结构面制备方法及系统技术方案

本公开提供了一种结构面制备方法及系统，涉及工程地质和岩土工程领域。其中，一种结构面制备方法，包括：获取目标区域的点云数据和目标区域图像；利用目标区域的点云数据的明暗度和颜色信息与目标区域图像进行对比，判断出目标区域中所有潜在结构面；测量所有潜在结构面的相关参数，并建立结构面三维数字化模型；将结构面三维数字化模型导入3D打印机，完成结构面模型打印。其解决了传统技术中结构面取样困难问题，实现了虚拟数据实物化，具有较好的操作性和实用性。同时本发明专利技术无需野外结构面取样，保证了岩体结构的完整性。

【技术实现步骤摘要】
一种结构面制备方法及系统
本公开属于工程地质和岩土工程领域，尤其涉及一种结构面制备方法及系统。
技术介绍
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。结构面是指具有极低的或没有抗拉强度的不连续面。结构面包括一切地质分离面。不同的结构面，其力学性质不同、规模大小不一。结构面的存在，使岩体显示构造上的不连续性和不均匀性。岩体的力学性质不仅取决于岩石本身力学性质，在很大程度上取决于结构面力学性质和结构面的空间组合情况。结构面最重要的力学性质之一是抗剪强度，在研究结构面抗剪强度的尺寸效应时，由于原岩结构面取样困难，通常需制作不同尺寸的结构面模型代替原岩结构面进行抗剪强度试验研究。目前国内外学者通过相似表面制作结构面模型，但专利技术人发现由于原岩结构面成因的复杂性和结构面表面形态的不确定性，使得结构面模型难以完全模拟真实的原岩结构面，导致结构面模型的力学实验结果不完全可信。
技术实现思路
根据本公开的一个或多个实施例的一个方面，提供了一种结构面制备方法，其实现了虚拟数据实物化，具有较好的操作性和实用性。本公开的一种结构面制备方法，包括：获取目标区域的点云数据和目标区域图像；利用目标区域的点云数据的明暗度和颜色信息与目标区域图像进行对比，判断出目标区域中所有潜在结构面；获取所有潜在结构面的相关参数，并建立结构面三维数字化模型；将结构面三维数字化模型导入3D打印机，完成结构面模型打印。在一个或多个实施例中，在获取目标区域的点云数据和目标区域图像之前，还包括：在目标区域均匀摆设目标标靶，做监测特征点使用。在一个或多个实施例中，利用目标区域的点云数据的明暗度和颜色信息与目标区域图像进行对比之前，还包括：对获得的点云数据进行整体拼接、坐标转换以及剔除点云数据噪点，最终保留目标区域精密点云数据。在一个或多个实施例中，对获得的点云数据进行坐标转换的过程包括：在目标区域选取至少6个稳定控制点，找出这6个稳定控制点在点云扫描坐标系下的坐标；测量6个稳定控制点大地坐标系下的坐标并导入点云数据系统作为参考基准；将每个测量点的点云数据统一转换成大地坐标系，用于实现目标区域的三维空间形体重建。在一个或多个实施例中，利用三维激光扫描系统对目标区域进行整体扫描，获得点云数据。在一个或多个实施例中，三维激光扫描系统扫描目标区域时，前后两次扫描的重叠部分占整个图像的20～30％。如果前后两次扫描的重叠部分占整个图像的比例过大，则采用三维激光扫描系统的数量会增多，浪费三维激光扫描系统资源；若前后两次扫描的重叠部分占整个图像的比例过小，则会出现扫描盲区，从而影响判断目标区域中潜在结构面的准确性，不能获取所有潜在结构面。在一个或多个实施例中，将点云数据导入CAD软件，进而测量出所有潜在结构面的相关参数。在一个或多个实施例中，结构面的相关参数包括产状、长度、间距和连通率。本公开还提供了一种结构面制备系统，其实现了虚拟数据实物化，具有较好的操作性和实用性，同时无需野外结构面取样，保证了岩体结构的完整性。本公开的一种结构面制备系统，包括：处理器，其被配置为以下步骤：获取目标区域的点云数据和目标区域图像；利用目标区域的点云数据的明暗度和颜色信息与目标区域图像进行对比，判断出目标区域中所有潜在结构面；获取所有潜在结构面的相关参数，并建立结构面三维数字化模型；3D打印机，其被配置为：接收结构面三维数字化模型数据，打印出结构面模型。在一个或多个实施例中，一种结构面制备系统，还包括：三维激光扫描系统，其与处理器相连，被配置为对目标区域进行整体扫描来获得点云数据。在一个或多个实施例中，所述处理器，还被配置为：获取目标区域的点云数据和目标区域图像之前，在目标区域均匀摆设目标标靶，做监测特征点使用。在一个或多个实施例中，所述处理器，还被配置为：利用目标区域的点云数据的明暗度和颜色信息与目标区域图像进行对比之前，对获得的点云数据进行整体拼接、坐标转换以及剔除点云数据噪点，最终保留目标区域精密点云数据。与现有技术相比，本公开的有益效果是：(1)本公开通过获取目标区域的点云数据，直接导入相应的软件处理，具有较好的操作性和实用，解决了现有岩土模型结构面制作需野外结构面采样、取样困难、室内试验周期长且贵等不足的问题。(2)本公开还利用了三维激光扫描技术获取目标区域的点云数据，进而结合3D打印技术，实现了虚拟数据实物化，同时不需进行原位结构面取样，保证了岩体结构的完整性，具有较强的科学研究价值和工程实践意义。附图说明构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。图1是本公开的一种结构面制备方法的一实施例流程图。图2是本公开的一种结构面制备方法的另一实施例流程图。图3是本公开的一种结构面制备系统的实施例结构示意图。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。图1是本公开的一种结构面制备方法的一实施例流程图。如图1所示，本实施例的提供的一种结构面制备方法，包括：S110：获取目标区域的点云数据和目标区域图像。在目标区域的预设区域安置三维激光扫描系统，避免出现扫描盲区，且适合安置仪器，对目标区域整体精细扫描，获得目标区域的点云数据。在具体实施中，为了提高数据采集的精度和效率，三维激光扫描系统可选用FAROFocus3Dx330三维激光扫描仪。该三维激光扫描仪的主要特点有：扫描速度快，扫描范围大，扫描最远距离可达330m；扫描精度高，产生的噪点少；可通过无线局域网远程控制启动、停止、查看或下载扫描。需要说明的是，根据实际需求，三维激光扫描系统也可采用其他型号的三维激光扫描仪。在具体实施中，三维激光扫描系统扫描目标区域时，前后两次扫描的重叠部分占整个图像的20～30％。如果前后两次扫描的重叠部分占整个图像的比例过大，则采用三维激光扫描系统的数量会增多，浪费三维激光扫描系统资源；若前后两次扫描的重叠部分占整个图像的比例过小，则会出现扫描盲区，从而影响判断目标区域中潜在结构面的准确性，不能获取所有潜在结构面。具体地，利用数码相机拍摄目标区域，可获得目标区域图像。S120：利用目标区域的点云数据的明暗度和颜色信息与目标区域图像进行对比，判断出目标区域中所有潜在结构面。具体地，根据目标区域图像中出露的结构面，找到相应位置的点云数据，根据相应位置点云数据的明暗度和颜色，判断出目标区域中所有的潜在结构面。S130：获取所有潜在结构面的相关参数，并建立结构面三维数字化模型。将点云数据导入CAD软件，进而测量出所有潜在结构面的相关参数。其中，结构面的相关参数包括产状、长度、间距和连通率。S140：将结构面三维数字化模型导入3D打印机，完成结构面模型打印。根据目标区域精密本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种结构面制备方法，其特征在于，包括：获取目标区域的点云数据和目标区域图像；利用目标区域的点云数据的明暗度和颜色信息与目标区域图像进行对比，判断出目标区域中所有潜在结构面；获取所有潜在结构面的相关参数，并建立结构面三维数字化模型；将结构面三维数字化模型导入3D打印机，完成结构面模型打印。

【技术特征摘要】
1.一种结构面制备方法，其特征在于，包括：获取目标区域的点云数据和目标区域图像；利用目标区域的点云数据的明暗度和颜色信息与目标区域图像进行对比，判断出目标区域中所有潜在结构面；获取所有潜在结构面的相关参数，并建立结构面三维数字化模型；将结构面三维数字化模型导入3D打印机，完成结构面模型打印。2.如权利要求1所述的一种结构面制备方法，其特征在于，在获取目标区域的点云数据和目标区域图像之前，还包括：在目标区域均匀摆设目标标靶，做监测特征点使用。3.如权利要求1所述的一种结构面制备方法，其特征在于，利用目标区域的点云数据的明暗度和颜色信息与目标区域图像进行对比之前，还包括：对获得的点云数据进行整体拼接、坐标转换以及剔除点云数据噪点，最终保留目标区域精密点云数据。4.如权利要求3所述的一种结构面制备方法，其特征在于，对获得的点云数据进行坐标转换的过程包括：在目标区域选取至少6个稳定控制点，找出这6个稳定控制点在点云扫描坐标系下的坐标；测量6个稳定控制点大地坐标系下的坐标并导入点云数据系统作为参考基准；将每个测量点的点云数据统一转换成大地坐标系，用于实现目标区域的三维空间形体重建。5.如权利要求1所述的一种结构面制备方法，其特征在于，利用三维激光扫描系统对目标区域进行整体扫描，获得点云数据。6.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：李树忱，王曼灵，周慧颖，李阳，支斌，赵世森，王鹏程，万泽恩，马鹏飞，段壮，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37