基于TLS技术的岩体结构面识别方法研究

发布时间：2017-09-17 15:02

  本文关键词：基于TLS技术的岩体结构面识别方法研究

  更多相关文章： 地面三维激光扫描 Delaunay三角剖分 区域生长 表面重建 结构面识别

【摘要】：结构面产状的正确测量和分析是岩体稳定性评价的重要基础数据。传统地质边坡调查工作大多采用地质罗盘对结构面产状数据进行人工采集。该方法存在工作效率低下安全保障匮乏等技术瓶颈,在环境复杂恶劣人员难以到达的区域,很难有效的展开地质调查工作。本文以重庆市武隆县鸡冠岭危岩体为例,研究了三维激光扫描技术在高危边坡结构面识别中的应用。本文主要工作与成果如下:(1)介绍了地面三维激光扫描(TLS)技术在危岩体地质调查中的研究现状;阐述了三维激光扫描技术的基本原理、特点和应用领域。(2)介绍了基于点云空间对象表面重建的常用方法和理论。文章详细描述了一种基于Delaunay规则随机增量的空间无约束点云表面重建方法。针对重建的点云表面,通过区域增长法进行危岩体的结构面识别,并根据K均值模糊聚类算法对结构面的产状信息进行分组。根据Fisher分布对聚类结果进行边缘数据剔除,使优势组产状信息更加清晰直观。(3)通过人机交互的方式,在危岩体点云中以连续的三个点为一组拟合一个结构面的方法提取结构面。并编制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工作。(4)基于Microsoft Visual C++6.0程序开发环境,并且在OpenGL环境中实现可视化,编程实现结构面自动识别算法。(5)以重庆武隆县鸡冠岭的危岩体为实验对象,使用人机交互和全自动两种结构面识别方法,获得了该危岩体的结构面产状信息,并对两种方法测得的结构面产状信息进行统计和比较,得到三维激光扫描技术在岩体结构面识别过程中的可行性结论,为该领域的高效安全作业提供了有效的解决办法。
【关键词】：地面三维激光扫描 Delaunay三角剖分 区域生长 表面重建 结构面识别
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU45
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 研究意义11-12
• 1.3 国内外研究现状12-14
• 1.3.1 点云表面重建方法的研究现状12-13
• 1.3.2 结构面识别方法的研究现状13-14
• 1.4 本文研究的主要内容14-15
• 1.5 研究思路和技术路线15-17
• 第二章 地面三维激光扫描技术17-27
• 2.1 三维激光扫描技术17-20
• 2.1.1 三维激光扫描系统的组成18-19
• 2.1.2 三维激光扫描系统的工作原理19-20
• 2.2 三维激光扫描技术的应用20-24
• 2.3 Leica scanstation2型三维激光扫描仪简介24-27
• 2.3.1 Leica scanstation2型三维激光扫描仪的特点24-25
• 2.3.2 Leica scanstation2型三维激光扫描仪的组成25
• 2.3.3 扫描仪配套数据处理软件Cyclone的介绍25-27
• 第三章 基于点云的空间对象表面重建27-38
• 3.1 Delaunay三角剖分27-29
• 3.1.1 三角剖分的基本概念27-28
• 3.1.2 Delaunay三角剖分的准则和性质28-29
• 3.2 点云表面重建类型29-31
• 3.2.1 雕塑法30
• 3.2.2 隐函数法30-31
• 3.2.3 表面生长法31
• 3.2.4 收缩包装法31
• 3.3 随机增量无约束表面重建方法31-38
• 3.3.1 顶点类型划分32
• 3.3.2 k-近邻32-33
• 3.3.3 切平面计算33
• 3.3.4 法向一致化处理33-34
• 3.3.5 坐标系统转换34-35
• 3.3.6 顶点选择35-36
• 3.3.7 三角剖分的局部优化36-38
• 第四章 岩体结构面识别38-55
• 4.1 点云数据的坐标转换38-40
• 4.2 结构面产状的测量和统计40-44
• 4.2.1 倾角的计算41
• 4.2.2 倾向的计算41-42
• 4.2.3 产状的统计42-44
• 4.3 人机交互产状计算功能的实现44-45
• 4.4 岩体结构面的自动识别45-50
• 4.4.1 区域增长法识别似平面区域45-48
• 4.4.2 区域清理及合并48
• 4.4.3 结构面拟合48-50
• 4.5 模糊群聚方法及算法实现50-52
• 4.5.1 K均值聚类法50-51
• 4.5.2 异常数据的剔除方法51-52
• 4.6 结构面自动识别系统的实现52-55
• 4.6.1 开发工具和设计思路53
• 4.6.2 系统功能模块介绍53-55
• 第五章 工程实例55-68
• 5.1 工程概况55-56
• 5.2 数据的获取与预处理56-60
• 5.2.1 点云数据的采集56-57
• 5.2.2 点云数据的处理57-60
• 5.3 危岩体结构面自动识别和几何参数统计60-65
• 5.3.1 数据导入60
• 5.3.2 表面重建60-61
• 5.3.3 结构面识别61-62
• 5.3.4 结构面产状的计算62-65
• 5.4 危岩体结构面半自动识别和几何参数统计65-66
• 5.5 结构面全自动识别方法的精度评价66-68
• 总结与展望68-70
• 总结68-69
• 展望69-70
• 参考文献70-74
• 致谢74

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