TLS技术获取岩体结构面信息的应用前景

2020-01-01侯宇徽宋德坤李建宇郭秋志

四川建材 2020年11期

侯宇徽，宋德坤，李建宇，郭秋志

(吉林建筑大学测绘与勘查工程学院，吉林长春 130118)

0 前言

岩质边坡的稳定性主要受坡体内部发育的结构面控制，分析边坡岩体内部结构面的分布组合规律是研究边坡岩体变形破坏机制的基础。因此，准确、高效获取岩体结构面信息，对评价边坡的稳定性有着重要意义。传统的罗盘测量方法不仅工作效率低，而且面对高陡边坡以及危险边坡的时候，该方法存在很大的局限。三维激光扫描技术(TLS)作为一种新兴的测绘方法，具有非接触、快速、高精度等特点，通过向被测物体发射激光点来获取目标对象表面真实的三维坐标信息。基于此，众多学者开展了应用三维激光(TLS)扫描点云数据获取岩体结构面信息方面的研究，取得了丰硕的成果。

1 TLS技术获取岩体结构面信息的应用现状

董秀军等[1]在介绍了三维激光扫描系统的基础上，探讨了三维激光扫描技术在高陡边坡地质调查中的应用，包括工程中的定位问题、地质结构面产状测量、高陡边坡地表节理裂隙调查和辅助地质编录，最后讨论了该项技术的适用性和不足[1]。施星波[2]介绍了三维激光扫描技术的工作原理及特点，提出了一种结合人工选取和计算机辅助颜色识别的方法，实现了单个结构面的识别，解决了识别过程中的大地坐标与模型坐标的转换方法、颜色识别中颜色距离阈值ΔE取值范围的选择等问题，采用图像分割技术实现了岩体结构面的全自动识别[2]。刘昌军等[3]对高精度激光点云数据进行三角网重构，计算重构的三角网平面方程的法向向量及产状，利用模糊C平均群聚方法对结构面产状进行群聚分类。应用IDL语言编制了基于海量激光点云数据的岩体结构面自动统计分析软件FSS[3]。张文[4]提出了利用三维激光扫描仪采集岩体结构信息获取点云数据的流程及处理方法，设计了基于Polyworks、Cyclone软件的产状计算程序，研究了基于三维激光扫描数据的地质编录图生成方法，并开发了岩体结构信息管理系统[4]。朱云福[5]在海量点云数据的表面重建和扫描空洞与植被噪音滤波基础上，采用区域生长法实现了岩体结构面的识别，以Visual Studio C++6.0为开发环境，研制了基于三维激光扫描数据的岩体结构面识别系统，实现了结构面识别及其几何参数统计的功能[5]。

万宏华[6]通过截取空间点云数据字段对点云进行精简，采用体素化分析和欧式距离判断准则对点云数据进行滤波和离群点移除，然后采用改进的区域生长算法识别岩体结构面，并拟合结构面法向量进而计算产状。以Visual Studio 2010C++为开发环境，结合点云库平台，设计开发了岩体点云数据分析系统[6]。张小越[7]对点云数据进行拼接、去噪、坐标转换等预处理后，编制Excel VBA宏程序，实现根据连续3个点的空间坐标计算结构面产状的计算，通过区域增长法进行危岩体的结构面识别，基于Microsoft Visual C++6.0程序开发环境，实现结构面识别和产状计算全自动统计系统的研发[7]。葛云峰等[8]根据三维激光扫描点云数据，利用改进的区域生长法与解析几何理论，实现了岩体结构面智能识别与信息提取[8]。吴泽坤等[9]首先介绍了危岩体调查的意义以及危岩落石调查数据的获取原理，分析了三维激光技术的运用原理和特点，并结合具体的实例阐述了三维激光技术在危岩体调查中的运用[9]。陈娜[10]分析了基于三维激光扫描技术提取岩体结构信息的优势，详细介绍了三维激光扫描技术的数据获取与处理流程。基于改进的Ransac算法对Cloud Compare的形状提取插件RSD(Ransac Shape Detection)做了二次开发，将之改编成可以适用于岩体结构面提取的插件RDD(Ransac Discontinuity Detection)，使用Concave算法描绘出了结构面的真实边界，从而计算出结构面的真实面积[10]。

2 方法应用前景分析

应用三维激光扫描点云数据提取岩体结构面信息可以避免传统测量方法的不足，具有显著优势。同时也存在一些问题，例如三维激光扫描容易受到地表植被和湿度的影响，使得点云数据受到干扰存在大量噪音；基于点云数据人工提取结构面信息工作量仍然较大；现有的自动化获取结构面信息的方法精度不高，存在部分误识别现象。如何提高点云数据精度以及开发更高效、更可靠的岩体结构面计算机识别程序,是今后的研究方向。