本发明专利技术公开了一种古地震探槽的三维建模方法，所述古地震探槽的三维建模方法包括：S1：获取古地震探槽的结构光数据、RGB数据、IMU姿态数据和GPS数据；S2：对所述结构光数据和所述IMU姿态数据进行坐标匹配，得到局部坐标系下的古地震三维模型；S3：利用所述RGB数据对所述局部坐标系下的古地震三维模型进行三维点云着色，得到带有颜色的三维模型；S4：利用所述GPS数据对所述带有颜色的三维模型进行坐标转换，得到全球大地坐标系下的三维模型；S5：输出所述全球大地坐标系下的三维模型为所述古地震探槽的最终三维模型。本发明专利技术能够更客观、全面地保留古地震探槽地质构造三维信息。面地保留古地震探槽地质构造三维信息。面地保留古地震探槽地质构造三维信息。
【技术实现步骤摘要】
一种古地震探槽的三维建模方法及其系统
[0001]本专利技术涉及古地震探槽建模
，具体涉及一种古地震探槽的三维建模方法及其系统。
技术介绍
[0002]我国的活动断层分布广，地震活动多并且地震灾害严重。科学工作者对国内外大地震现场考察及灾害现象分析研究表明，活动断层为地震的根源，查明地震活动断层的准确位置及断层属性和地震危险性做出科学评估，是地震灾害风险评估和震害防御的基础。大地震在时间和空间上具有一定的间隔性和重复性，研究古地震断层属性对防震减灾工作具有很强的指导作用，研究古地震的重要手段就是古地震探槽，古地震探槽能够深入揭示断层活动的复发周期及同震位移，并以此预测中长时间尺度的危险性。
[0003]古地震探槽是一种在横跨活动断层区域挖掘近地表浅部10m以内的开挖工程，其目的在于揭示和识别地表破裂型古地震事件相关的地层和构造信息，但因受困于实际地质环境复杂、出露地层受自然环境影响等因素，开挖后的探槽无法长久保留，因此如何在探槽开挖后，第一时间快速、完整、客观、精确地记录探槽揭示的地质构造信息是研究古地震探槽的重点工作之一。古地震探槽三维建模技术是精细探槽分析的重要手段，是推动古地震学研究发展的重要内容。
[0004]目前古地震探槽三维建模技术主要是采用手工素描建模、图像建模和激光雷达建模。基于手工素描的三维建模很大程度上受限于地质工作者的素描熟练程度，素描人员的主观认知会造成地质现象素描细节的偏差，同时缺乏地质剖面的色彩信息，影响客观地保留真实古地震探槽的地质构造信息。基于图像的建模技术相比手工素描而言，照片能够快速更贴近实际的记录古地震探槽信息，相对素描能够客观地详细地记录探槽情况。但，其二义性(前后)和部分性(不能顾及整体和部分)会给解释人员带来不便，探槽解释时需要不时地对应相关照片地拍摄位置及镜头朝向，在后期的图像拼接过程中，难以克服图像扭曲变形和接边不协调的问题。基于激光雷达的三维建模技术是近几年的发展新趋势，该方法通过计算激光脉冲的行程时差构建探槽岩墙的三维空间位置，然而该技术造价成本高，基于光束旅行时间计算的三维空间位置对于小尺度古地震遗迹(例如沉积物质组分、古裂缝、古断层等)的识别能力有限、误差大，同时在后期数据工作繁琐，点云数据拼接过程中可能造成局部信息丢失。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的在于提供一种古地震探槽的三维建模方法及其系统，以能够更客观、全面地保留古地震探槽地质构造三维信息。
[0006]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：
[0007]本专利技术提供一种古地震探槽的三维建模方法，所述古地震探槽的三维建模方法包括：
[0008]S1：获取古地震探槽的结构光数据、RGB数据、IMU姿态数据和GPS数据；
[0009]S2：对所述结构光数据和所述IMU姿态数据进行坐标匹配，得到局部坐标系下的古地震三维模型；
[0010]S3：利用所述RGB数据对所述局部坐标系下的古地震三维模型进行三维点云着色，得到带有颜色的三维模型；
[0011]S4：利用所述GPS数据对所述带有颜色的三维模型进行坐标转换，得到全球大地坐标系下的三维模型；
[0012]S5：输出所述全球大地坐标系下的三维模型为所述古地震探槽的最终三维模型。
[0013]可选择地，所述步骤S1和所述步骤S2之间，所述古地震探槽的三维建模方法还包括：利用坐标转化公式获取所述结构光数据中的古地震探槽点云坐标，所述坐标转化公式为：
[0014]X0＝(tanα
·
L
·
x)/(f+x
·
tanα)
[0015]Y0＝(tanα
·
L
·
y)/(f+x
·
tanα)
[0016]Z0＝(tanα
·
L
·
f)/(f+x
·
tanα)
[0017]其中，(X0，Y0，Z0)表示局部坐标系的古地震探槽点云坐标，(x，y)表示当前帧的像素坐标，L表示基线长度，f表示焦距，α表示当前帧的像素偏离结构光发射器的中轴线的角度。
[0018]可选择地，所述步骤S3包括：
[0019]S31：获取结构光数据和RGB数据中的第i帧和第i+1帧；
[0020]S32：对所述第i帧和所述第i+1帧进行匹配，得到第i帧重叠区域和第i+1帧的重叠区域；
[0021]S33：分别将所述第i帧的重叠区域和所述第i+1帧的重叠区域转换至HSV颜色空间，得到亮度均值和饱和度均值；
[0022]S34：根据所述亮度均值和所述饱和度均值，以所述第i帧的重叠区域为基础，对所述第i+1帧进行调节，得到调节后的第i+1帧；
[0023]S35：判断所述调节后的第i+1帧的亮度是否超过阈值；若是，根据所述第i+1帧的亮度对前i帧进行校正，得到校正后的帧的亮度；否则，将第i+1帧作为第i帧并返回步骤A1，直至采集结束；
[0024]S36：将所有所述校正后的帧的亮度的RGB数据着色至所述古地震三维模型，得到带有颜色的三维模型。
[0025]可选择地，所述步骤S2包括：
[0026]利用所述IMU姿态数据中的RPY数据，对所述结构光数据中的每一帧点云数据进行校正，得到各帧点云数据对应的磁北及水准平面的坐标系下的点云数据；
[0027]将所有磁北及水准平面的坐标系下的点云数据汇总，得到局部坐标系下的三维模型。
[0028]可选择地，所述步骤S4中，所述GPS数据包括GPS测量时间和GPS测量位置。
[0029]可选择地，所述步骤S4包括：
[0030]S41：根据所述GPS测量时间，利用IGRF国标地磁参考系统，得到磁偏角；
[0031]S42：根据所述磁偏角对所述点云匹配数据进行旋转，得到所述古地震探槽在真北
方位下的局部坐标；
[0032]S43：根据所述GPS测量位置，对所述古地震探槽的局部坐标进行平移，得到所述全球大地坐标系下的三维模型。
[0033]本专利技术还提供一种基于上述的古地震探槽的三维建模方法的三维建模系统，所述三维建模系统包括：
[0034]数据获取装置，所述数据获取装置用于获取所述古地震探槽的结构光数据、RGB数据、IMU姿态数据和GPS数据；
[0035]点云匹配装置，所述点云匹配装置用于对所述结构光数据和所述IMU姿态数据进行坐标匹配，得到局部坐标系下的古地震三维模型；
[0036]点云着色装置，所述点云着色装置用于利用所述RGB数据对所述局部坐标系下的古地震三维模型进行三维点云着色，得到带有颜色的三维模型；
[0037]坐标转换装置，所述坐标转换装置用于利用所述GPS数据对所述带有颜色的三维模型进行坐标转换，得到全球大地坐标系下的三维模型；
[0038]三维显示装置，所述三维显示装置用于输出所述全球大地坐标系下的三维模型为所述古地震探槽的最本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种古地震探槽的三维建模方法，其特征在于，所述古地震探槽的三维建模方法包括：S1：获取古地震探槽的结构光数据、RGB数据、IMU姿态数据和GPS数据；S2：对所述结构光数据和所述IMU姿态数据进行坐标匹配，得到局部坐标系下的古地震三维模型；S3：利用所述RGB数据对所述局部坐标系下的古地震三维模型进行三维点云着色，得到带有颜色的三维模型；S4：利用所述GPS数据对所述带有颜色的三维模型进行坐标转换，得到全球大地坐标系下的三维模型；S5：输出所述全球大地坐标系下的三维模型为所述古地震探槽的最终三维模型。2.根据权利要求1所述的古地震探槽的三维建模方法，其特征在于，所述步骤S1和所述步骤S2之间，所述古地震探槽的三维建模方法还包括：利用坐标转化公式获取所述结构光数据中的古地震探槽点云坐标，所述坐标转化公式为：X0＝(tanα
·
L
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x)/(f+x
·
tanα)Y0＝(tanα
·
L
·
y)/(f+x
·
tanα)Z0＝(tanα
·
L
·
f)/(f+x
·
tanα)其中，(X0，Y0，Z0)表示局部坐标系的古地震探槽点云坐标，(x，y)表示当前帧的像素坐标，L表示基线长度，f表示焦距，α表示当前帧的像素偏离结构光发射器的中轴线的角度。3.根据权利要求1所述的古地震探槽的三维建模方法，其特征在于，所述步骤S3包括：S31：获取结构光数据和RGB数据中的第i帧和第i+1帧；S32：对所述第i帧和所述第i+1帧进行匹配，得到第i帧重叠区域和第i+1帧的重叠区域；S33：分别将所述第i帧的重叠区域和所述第i+1帧的重叠区域转换至HSV颜色空间，得到亮度均值和饱和度均值；S34：根据所述亮度均值和所述饱和度均值，以所述第i帧的重叠区域为基础，对所述第i+1帧进行调节，得到调节后的第i+1帧；S35：判断所述调节后的第i+1帧的亮度是否超过阈值；若是，根据所述第i+1帧的亮度对前i帧进行校正，得到校正后的帧的亮度；否则，将第i+1帧作为第i帧并返回步骤A1，直至采集结束；S36：将所有所述校正后的帧的亮度的RGB数据着色至所述古地震三维模型，得到带有颜色的三...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴萍萍，李振，
申请(专利权)人：中国地震局地球物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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