一种围岩裂缝信息提取及完整性系数快速测定方法技术

本发明专利技术公开了一种围岩裂缝信息提取及完整性系数快速测定方法，包括：获得目标围岩的三维空间点云数据；对点云数据进行归一化配准处理、降噪处理、抽稀处理和曲面修补处理；提取裂缝信息；通过裂缝信息进行聚类划分识别，确定完整性系数；本发明专利技术的围岩裂缝信息提取及完整性系数快速测定方法可以及时有效的获取岩体体积节理数，为围岩分级快速判定提供相关指标参数，使得围岩分级过程更加高效，降低了施工成本，提高工作效率，缩短工作周期；还使分级克服可复杂环境造成的阻力，使其适应性更强；同时，在高效的分级过程中，还可以保证分级的精度高，误差小。误差小。误差小。

【技术实现步骤摘要】
一种围岩裂缝信息提取及完整性系数快速测定方法


[0001]本专利技术涉及隧道工程
，尤其是一种围岩裂缝信息提取及完整性系数快速测定方法。

技术介绍

[0002]隧道围岩快速分级是实现合理准确支护设计、保障现场施工安全的前提。根据《工程岩体分级标准》，围岩基本分级可由岩石坚硬程度和岩体完整程度确定。岩石的完整程度则是根据完整性指数来进行划分。显然，传统划分方法需要根据室内岩石试验实现，判定周期长、效率不高。
[0003]随着三维形貌、三维激光等扫描技术的发展，其设备的效率、便携性、准确度不断提升。该类技术可以获取扫描对象的空间点云数据信息，智能识别目标体的物理外形特征。将该类扫描设备及技术可应用到地质工作当中，可以有效减少外业工作的时间和工作量。
[0004]传统的围岩分级方法需要在工程现场投入大量时间以及精力，且分级结果受现场施工员的主观意识影响程度较大，不仅如此，在个别环境条件特殊的工程段内，人为分级面临的环境阻力较大，严重影响工作进度及精度。

技术实现思路

[0005]本专利技术的专利技术目的在于：针对上述存在的问题，提供一种围岩裂缝信息提取及完整性系数快速测定方法；本专利技术解决了围岩分级受主观影响大的问题；解决了分级受环境阻力大的问题；还解决了分级工作效率低且精度低的问题。
[0006]本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一种围岩裂缝信息提取及完整性系数快速测定方法，包括：获得目标围岩的三维空间点云数据；对点云数据进行归一化配准处理、降噪处理、抽稀处理和曲面修补处理；提取裂缝信息；通过裂缝信息进行聚类划分识别，确定完整性系数。
[0008]进一步的，所述获得三维空间点云数据通过若干激光扫描仪进行扫描采集。
[0009]进一步的，所述归一化处理方法为：以首个扫描点A
i
为基准点，用下一扫描点A
i+1
的坐标减去基准点坐标A
i
得到基准坐标差值Δ
i+1
；对下一扫描点下得到的点云数据坐标a
i+1
全部减去基准坐标差值Δ
i+1
，得到新的点云数据[a
i+1
]normal
；令i＝1,2,3,
…
,n，直到第n个扫描点下的点云数据完成归一化处理。
[0010]进一步的，所述降噪处理方法为：采用k
‑
means点云去噪算法进行散乱点云的处理，分层后的点云根据k
‑
means聚类形成k类，彼此拓扑，其中聚类出的k类中既含有所需点云，也包含了噪声点云；因此，设置一个加权欧式距离作为阈值d
r
，判断该类内的点云到聚类中心的距离l
i
，如果l
i
的距离大于d
r
，则可以认为该点是噪声点并且予以删除，如果l
i
的距离小于d
r
，则该点予以保留。
[0011]进一步的，所述抽稀处理方法为：获得点云数据三个坐标最大值X，Y，Z，构造大包围盒，设定小包围盒边长为L，则包围盒的个数为再将每一个小单元包围进行编
号处理，即W＝{W1,W2,W3,
…
,W4}；再计算每一个散点所属的包围盒并进行标记；从第一个包围盒开始计算每一个包围盒的中心m＝{x
m
,y
m
,z
m
}；最后计算单元包围盒中每一个点到中心的距离，并找到距离最近的点，将其作为采样点，替代包围盒中其他点。
[0012]进一步的，所述曲面修补方法为：空洞边界提取；边界点曲率计算；三角形重心加权；重心曲率赋值；边长检测。
[0013]进一步的，所述提取裂缝信息方法包括：利用曲面拟合算法对围岩表面点云拟合曲面；再对裂缝内部点云移除并将点云向拟合曲面投影并展开；获得裂缝几何信息提取所需要的局部有效点云；将隧道围岩点云数据向拟合曲面进行正交投影，再依照拟合曲面的顶部进行二维展开，形成一个新的平面坐标系；再利用Delaunay三角剖分改进的Alpha Shapes算法提取裂缝轮廓。
[0014]进一步的，提取裂缝轮廓方法为：建立点集的Delaunay三角网；判断对三角网边长是否符合Alpha Shape模型；所有符合Alpha Shapes要求的边，构成的轮廓线即为点集的边缘线。
[0015]进一步的，聚类划分识别，确定完整性系数方法为：将各裂隙依据其偏转角划并成组，进而识别1m测线上的成组节理条数S
i
和非成组节理条数S0，再依据下式计算得到岩体的体积节理数，其公式为：其中，J
v
为岩体体积节理数，S
i
为组节理在1m测线上的条数，S0为1m3岩体非成组节理条数。
[0016]综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：
[0017]1、本专利技术的围岩裂缝信息提取及完整性系数快速测定方法可以及时有效的获取岩体体积节理数，为围岩分级快速判定提供相关指标参数，使得围岩分级过程更加高效，降低了施工成本，提高工作效率，缩短工作周期。
[0018]2、本专利技术还使分级克服可复杂环境造成的阻力，使其适应性更强。
[0019]3、本专利技术在高效的分级过程中，还可以保证分级的精度高，误差小。
附图说明
[0020]本专利技术将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
[0021]图1是快速测定方法流程图。
[0022]图2是扫描点位分布示意图。
[0023]图3是降噪流程图。
[0024]图4是抽稀流程图。
[0025]图5是裂隙信息提取流程图。
具体实施方式
[0026]本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
[0027]本说明书(包括任何附加权利要求、摘要)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
[0028]实施例1
[0029]一种围岩裂缝信息提取及完整性系数快速测定方法，如图1所示，包括：
[0030]S1：获得目标围岩的三维空间点云数据。
[0031]上述步骤中，获得三维空间点云数据通过若干激光扫描仪进行扫描采集；由于设备投射范围、视场范围、物体自身遮挡的限制以及扫描设备一次采样只能获得被测物体一个侧面的信息，故对于大型物体需要从不同的角度进行多次采样，然后再通过多视点云拼接与融合，形成整体的三维点云。
[0032]为保证扫描区域内每个点都能够从不同角度扫描两次，对三维扫描仪控制点作出如下规定：重叠扫描宽度L0≥0.5d
i
m，即放置点A、B间的垂直间距需满足L3≥(L1+L2)tanα
‑
0.5d
i
；如图2所示，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种围岩裂缝信息提取及完整性系数快速测定方法，其特征在于，包括：获得目标围岩的三维空间点云数据；对点云数据进行归一化配准处理、降噪处理、抽稀处理和曲面修补处理；提取裂缝信息；通过裂缝信息进行聚类划分识别，确定完整性系数。2.如权利要求1所述的围岩裂缝信息提取及完整性系数快速测定方法，其特征在于，所述获得三维空间点云数据通过若干激光扫描仪进行扫描采集。3.如权利要求1所述的围岩裂缝信息提取及完整性系数快速测定方法，其特征在于，所述归一化处理方法为：以首个扫描点A
i
为基准点，用下一扫描点A
i+1
的坐标减去基准点坐标A
i
得到基准坐标差值Δ
i+1
；对下一扫描点下得到的点云数据坐标a
i+1
全部减去基准坐标差值Δ
i+1
，得到新的点云数据[a
i+1
]
normal
；令i＝1,2,3,
…
,n，直到第n个扫描点下的点云数据完成归一化处理。4.如权利要求1所述的围岩裂缝信息提取及完整性系数快速测定方法，其特征在于，所述降噪处理方法为：采用k
‑
means点云去噪算法进行散乱点云的处理，分层后的点云根据k
‑
means聚类形成k类，彼此拓扑，其中聚类出的k类中既含有所需点云，也包含了噪声点云；因此，设置一个加权欧式距离作为阈值d
r
，判断该类内的点云到聚类中心的距离l
i
，如果l
i
的距离大于d
r
，则可以认为该点是噪声点并且予以删除，如果l
i
的距离小于d
r
，则该点予以保留。5.如权利要求1所述的围岩裂缝信息提取及完整性系数快速测定方法，其特征在于，所述抽稀处理方法为：获得点云数据...

【专利技术属性】
技术研发人员：李曙光，吕游，申艳军，谢江胜，马文，杨星智，王存宝，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：