钻孔孔壁三维几何形态测量系统及方法技术方案

本发明专利技术公开一种钻孔孔壁三维几何形态测量系统及方法，所述系统构造有升降装置、测量装置及上位机；所述升降装置构造为调制所述测量装置的水平高度；所述测量装置构造为在当前所述水平高度获取钻孔孔壁的一孔壁成像点对应的至少两个孔壁投影点；所述上位机配置为创建所述测量装置的第一极坐标系，根据所述测量装置的参数及至少两个所述孔壁投影点解算所述孔壁成像点在所述第一极坐标系的第一空间位置；所述上位机配置有创建钻孔孔壁的第二极坐标，根据所述测量装置与钻孔空间的位置关系建立所述第一极坐标及第二极坐标的坐标转换关系，根据所述第一空间位置及坐标转换关系，获取孔壁成像点在所述第二极坐标中的第二空间位置，根据至少两个连续所述水平高度的所述孔壁成像点的所述第二空间位置获取钻孔孔壁全部或部分的三维几何形态。全部或部分的三维几何形态。全部或部分的三维几何形态。

【技术实现步骤摘要】
钻孔孔壁三维几何形态测量系统及方法


[0001]本专利技术涉及地质测量
，具体而言，涉及一种钻孔孔壁三维几何形态测量系统及方法。

技术介绍

[0002]随着经济及国防建设的开展，大型基础设施工程陆续展开，尤其涉及水电开发、交通运输、能源储存、资源开采、核废料贮存以及重要国防工事等领域，这些重大工程绝大多数都以岩体为建设基础，本领域技术人员技术人员不可避免地涉及到对岩体结构、地应力等问题的关注。
[0003]岩体结构由结构面和结构体两个基本单元组成，结构面和结构体的形状、规模、性质及其组合方式、连接特性决定有岩体内在特征，通常根据岩体的地质类别、完整性和结构面的类型、级别、组合、发育程度等，将岩体划分为整体块状结构、层状结构、碎裂结构、散体结构等。探测岩体结构类型，对判定在工程荷载作用下岩体的稳定性有重要意义，有关结构面的研究一直是国内外岩体力学与工程地质领域所关注的重要方向。
[0004]地应力是由于岩石形变而引起的介质内部单位面积上的作用力，是岩体的基本赋存环境之一，主要由自重应力、构造应力等组成。地应力的存在影响着岩体的承载能力、变形、破坏机制等，测量岩体中的地应力对地质构造研究、地震预报和矿山、水利、国防等工程中有关问题的解决具有理论和实际意义，是地质力学研究的重要内容之一。

技术实现思路

[0005]基于此，本专利技术实施例一方面公开一种钻孔孔壁三维几何形态测量系统。所述系统构造有升降装置、测量装置及上位机；所述升降装置构造为调制所述测量装置的水平高度；所述测量装置构造为在当前所述水平高度获取钻孔孔壁的一孔壁成像点对应的至少两个孔壁投影点；所述上位机配置为创建所述测量装置的第一极坐标系，根据所述测量装置的参数及至少两个所述孔壁投影点解算所述孔壁成像点在所述第一极坐标系的第一空间位置；所述上位机配置有创建钻孔孔壁的第二极坐标，根据所述测量装置与钻孔空间的位置关系建立所述第一极坐标及第二极坐标的坐标转换关系，根据所述第一空间位置及坐标转换关系，获取孔壁成像点在所述第二极坐标中的第二空间位置，根据至少两个连续所述水平高度的所述孔壁成像点的所述第二空间位置获取钻孔孔壁全部或部分的三维几何形态。
[0006]本专利技术实施例再一方面公开一种钻孔孔壁三维几何形态测量方法，所述方法应用所述的钻孔孔壁三维几何形态测量系统，所述方法包括：所述测量装置获取钻孔孔壁在当前所述水平高度的孔壁投影点；所述升降装置调制所述测量装置的水平高度；所述系统构造有升降装置、测量装置及上位机；所述上位机配置为创建所述测量装置的第一极坐标系，根据所述测量装置的参数及至少两个所述孔壁投影点解算所述孔壁成像点在所述第一极坐标系的第一空间位置；所述上位机配置有创建钻孔孔壁的第二极坐标，根据所述测量装
置与钻孔空间的位置关系建立所述第一极坐标及第二极坐标的坐标转换关系，根据所述第一空间位置及坐标转换关系，获取孔壁成像点在所述第二极坐标中的第二空间位置，根据至少两个连续所述水平高度的所述孔壁成像点的所述第二空间位置获取钻孔孔壁全部或部分的三维几何形态。针对上述方案，本专利技术通过以下参照附图对公开的示例性实施例作详细描述，亦使本专利技术实施例的其它特征及其优点清楚。
附图说明
[0007]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0008]图1为实施例中系统的拓扑结构图；
[0009]图2为实施例中装置的结构剖视图；
[0010]图3为实施例中装置的零件图；
[0011]图4为实施例中壳体组件的结构剖视图；
[0012]图5为实施例中锥面镜组件的结构剖视图；
[0013]图6为实施例中锥面镜组件的零件图；
[0014]图7(a)为实施例中上锥面截头镜的结构示图；
[0015]图7(b)为实施例中上锥面截头镜的A面剖视图；
[0016]图8为实施例中下锥面截头镜的结构示图；
[0017]图9为实施例中激光器组件的结构剖视图；
[0018]图10(a)为实施例中激光器锥面镜的结构示图；
[0019]图10(b)为实施例中激光器锥面镜的工作示意图；
[0020]图11为实施例中采集组件的结构示图；
[0021]图12为实施例中系统图像采集模式的工作主视图；
[0022]图13(a)为实施例中系统激光采集模式的工作主视图；
[0023]图13(b)为实施例中系统激光采集模式的工作俯视图；
[0024]图14为实施例中系统的结构视图；
[0025]图15为实施例中装置的安装结构图；
[0026]图16为实施例中装置的线缆安装图。
具体实施方式
[0027]下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。
[0028]本专利技术实施例公开有基于光学反射原理的钻孔孔壁三维几何形态测量系统，所述系统至少被应用在对地质钻孔的孔壁投影成像。
[0029]图1示出的本实施例系统至少包括测量装置100、升降装置300及上位机400。
[0030]所述测量装置100用于获取当前所在水平高度和/或以水平高度为基准的一定深度范围的钻孔孔壁530的孔壁投影图像。升降装置300用于驱动测量装置100沿钻孔在竖直
方向发生移动。上位机400用于接收测量装置100在不同水平高度采集的孔壁投影图像，并且通过图像拼接的方式使连续的若干孔壁投影图像形成为地质钻孔的孔壁投影成像。
[0031]参考图2示出的，本实施例中测量装置100包括壳体组件110、锥面镜组件120、激光器组件130及采集组件140。
[0032]图3及图4示出，壳体组件110的整体呈圆柱形态，并且从深入钻孔的远端到靠近地层表面的近端依次包括有外壳底盖111、玻璃筒上部连接件113、透明玻璃筒112、玻璃筒下部连接件116、外壳后盖114及内支架115。其中外壳底盖111、玻璃筒上部连接件113、透明玻璃筒112、玻璃筒下部连接件116及外壳后盖114均为截面半径接近的圆柱结构。外壳底盖111、玻璃筒上部连接件113、透明玻璃筒112、玻璃筒下部连接件116、外壳后盖114沿轴向依次连接。外壳底盖111与玻璃筒上部连接件113连接，玻璃筒下部连接件116与外壳后盖114螺纹连接。
[0033]具体的，玻璃筒下部连接件116朝向玻璃筒上部连接件113的端部在侧壁形成有向内凹陷的下环形台阶面。玻璃筒上部连接件113朝向玻璃筒下部连接件116的端部在侧壁形成有向内凹陷的上环形台阶面。透明玻璃筒112的两端部分别的套合下环形台阶面及上环形台阶面，透明玻璃筒112与上环形台阶面、下环形台阶面套接后，在透明玻璃筒112与上环形台阶面、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钻孔孔壁三维几何形态测量系统，其特征在于，所述系统构造有升降装置、测量装置及上位机；所述升降装置构造为调制所述测量装置的水平高度；所述测量装置构造为在当前所述水平高度获取钻孔孔壁的一孔壁成像点对应的至少两个孔壁投影点；所述上位机配置为创建所述测量装置的第一极坐标系，根据所述测量装置的参数及至少两个所述孔壁投影点解算所述孔壁成像点在所述第一极坐标系的第一空间位置；所述上位机配置有创建钻孔孔壁的第二极坐标，根据所述测量装置与钻孔空间的位置关系建立所述第一极坐标及第二极坐标的坐标转换关系，根据所述第一空间位置及坐标转换关系，获取孔壁成像点在所述第二极坐标中的第二空间位置，根据至少两个连续所述水平高度的所述孔壁成像点的所述第二空间位置获取钻孔孔壁全部或部分的三维几何形态。2.根据权利要求1所述的钻孔孔壁三维几何形态测量系统，其特征在于，所述升降装置构造有拉线机构、传输电线及至少一滚轮；所述传输电线的远端向下与所述测量装置连接，近端通过至少一所述滚轮转向后与所述上位机连接；所述拉线机构调制所述传输电线远端的水平高度。至少一所述滚轮配置有同步转动的转角编码器；所述转角编码器获取所述滚轮的转动角度，并且发送所述转动角度的角度信号及方向信号到所述上位机；所述上位机根据所述测量装置的初始高度、所述角度信号及所述方向信号实时的获取当前所述水平高度。3.根据权利要求1所述的钻孔孔壁三维几何形态测量系统，其特征在于，所述测量装置构造有壳体组件及部署在所述壳体组件的激光器组件及摄像设备；所述升降装置构造为调制所述壳体组件在钻孔轴向的所述水平高度；所述激光器组件构造为至少照射在当前所述水平高度的所述钻孔孔壁；所述摄像设备配置为在获取被照射的所述孔壁成像点的所述孔壁投影点。4.根据权利要求3所述的钻孔孔壁三维几何形态测量系统，其特征在于，所述测量装置构造有部署在所述壳体组件的至少一反射体；所述摄像设备通过至少一所述反射体获取两个不同的所述孔壁投影点。5.根据权利要求4所述的钻孔孔壁三维几何形态测量系统，其特征在于，所述反射体构造为锥面镜；所述摄像设备的镜头与所述锥面镜保持轴线平行，并且至少的覆盖所述锥面镜部分；所述摄像设...

【专利技术属性】
技术研发人员：王益腾，陈双源，韩增强，焦玉勇，汪进超，王川婴，许丹，王超，魏幸雅，李姝慧，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：发明
国别省市：