一種巖石結(jié)構(gòu)面表面基準面的確定方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種巖石結(jié)構(gòu)面表面基準面的確定方法，屬于巖土力學【技術(shù)領域】。本發(fā)明采用三維白光掃描儀掃描巖石結(jié)構(gòu)面表面，獲得巖石結(jié)構(gòu)面表面的點云數(shù)據(jù)；然后用MATLAB軟件讀入巖石結(jié)構(gòu)面表面的點云數(shù)據(jù)，根據(jù)中位基準面的確定原理，識別并確定巖石結(jié)構(gòu)面表面的中位基準面；最后根據(jù)基準面方程，確定中位基準面的中心點O’、構(gòu)造平移矩陣M、旋轉(zhuǎn)矩陣R，進一步利用MATLAB軟件得到在中位基準面基準下巖石結(jié)構(gòu)面表面的點云數(shù)據(jù)。本發(fā)明可以識別并確定巖石結(jié)構(gòu)面的中位基準面，得到在中位基準面基準下巖石結(jié)構(gòu)面表面的點云數(shù)據(jù)，有效地解決了三維白光掃描獲得的點云數(shù)據(jù)無法直接對巖石結(jié)構(gòu)面表面進行定量描述的問題。
【專利說明】一種巖石結(jié)構(gòu)面表面基準面的確定方法

【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種巖石結(jié)構(gòu)面表面形態(tài)描述，更具體涉及一種巖石結(jié)構(gòu)面表面基準 面的確定方法，屬于巖土力學【技術(shù)領域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 巖石的物理和力學性質(zhì)主要受巖石結(jié)構(gòu)面的控制，因此對巖石試件結(jié)構(gòu)面表面形 態(tài)進行精確測定是研究結(jié)構(gòu)面的表面形態(tài)與力學性質(zhì)的關(guān)系的先決條件。但由于巖石結(jié)構(gòu) 面的表面形態(tài)起伏大、變化范圍廣、形態(tài)十分復雜，給精確測量帶來很大難度?，F(xiàn)在測量巖 石結(jié)構(gòu)面三維表面形態(tài)的主要測量測試手段是非接觸式的光學方法，尤其是三維光學掃描 技術(shù)近幾年的迅速發(fā)展，已經(jīng)成為巖石試件結(jié)構(gòu)面三維表面測量的主要手段。但是利用三 維白光掃描技術(shù)掃描結(jié)構(gòu)面表面時，我們只能獲得在標志點全局坐標系下的結(jié)構(gòu)面表面三 維點云數(shù)據(jù)。但是，現(xiàn)有描述巖石三維結(jié)構(gòu)面參數(shù)（如波峰、波谷等）大多數(shù)是基于基準面 進行的，故掃描獲取的點云數(shù)據(jù)無法直接對巖石結(jié)構(gòu)面表面進行定量描述，進而無法精確 地描述結(jié)構(gòu)面特征。因此，開發(fā)一種巖石結(jié)構(gòu)面表面基準面的確定方法對于克服三維掃描 數(shù)據(jù)處理難題、對于提高巖石結(jié)構(gòu)面表面特征的定量描述都十分必要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對上述存在問題，本發(fā)明的目的在于提供一種巖石結(jié)構(gòu)面表面基準面的確定方 法，并以中位基準面為巖石結(jié)構(gòu)面的基準面，對三維白光掃描儀所得到的掃描數(shù)據(jù)進行處 理，得到以中位基準面為基準的三維點云數(shù)據(jù)。
[0004] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
[0005] -種巖石結(jié)構(gòu)面基準面的確定方法，所述測量方法按以下步驟進行；
[0006] -種巖石結(jié)構(gòu)面基準面的確定方法，其特征在于，所述測量方法按以下步驟進 行：
[0007] ①對巖石試件的結(jié)構(gòu)面表面進行處理，利用三維白光掃描儀掃描巖石結(jié)構(gòu)面表 面，獲得在標志點全局坐標系下巖石結(jié)構(gòu)面表面的三維點云數(shù)據(jù)，三維點云數(shù)據(jù)以X、Y、Z 三維坐標的形式輸出；
[0008] ②利用計算機軟件將三維點云數(shù)據(jù)讀入，存入一個N行3列的矩陣A中，其中N為 點云數(shù)量，第一列、第二列、第三列分別存入每一點的X、Y、Z的值；
[0009] ③利用計算機軟件，識別確定巖石結(jié)構(gòu)面表面的中位基準面；中位基準面用一個 平面函數(shù)來表示被測量表面的基準面方程，函數(shù)形式為z = a+bx+cy，利用計算機軟件對函 數(shù)求偏導，自動求出函數(shù)中的a、b、c的值，從而在標志點全局坐標系X-Y-Z中確定結(jié)構(gòu)面表 面的中位基準面，并進行顯示；
[0010] ④根據(jù)求出的基準面方程，確定中位基準面的中心點〇'為[0,0, a]，構(gòu)造平移矩 陣M、旋轉(zhuǎn)矩陣R ;

【權(quán)利要求】
1. 一種巖石結(jié)構(gòu)面基準面的確定方法，其特征在于，所述測量方法按以下步驟進行： ① 對巖石試件的結(jié)構(gòu)面表面進行處理，利用三維白光掃描儀掃描巖石結(jié)構(gòu)面表面，獲 得在標志點全局坐標系下巖石結(jié)構(gòu)面表面的三維點云數(shù)據(jù)，三維點云數(shù)據(jù)以X、Y、Z三維坐 標的形式輸出； ② 利用計算機軟件將三維點云數(shù)據(jù)讀入，存入一個N行3列的矩陣A中，其中N為點云 數(shù)量，第一列、第二列、第三列分別存入每一點的X、Y、Z的值； ③ 利用計算機軟件，識別確定巖石結(jié)構(gòu)面表面的中位基準面；中位基準面用一個平面 函數(shù)來表示被測量表面的基準面方程，函數(shù)形式為z = a+bx+cy，利用計算機軟件對函數(shù)求 偏導，自動求出函數(shù)中的a、b、c的值，從而在標志點全局坐標系X-Y-Z中確定結(jié)構(gòu)面表面的 中位基準面,并進行顯示； ④ 根據(jù)求出的基準面方程，確定中位基準面的中心點〇'為[〇,〇, a]，構(gòu)造平移矩陣M、 旋轉(zhuǎn)矩陣R ; Γ1 0 0 〇1 0 1 0 0 AC = 公^式]1 0 0 10 [0 0 -a 1J I g2+l ' 〇 b 〇 |A2 +c2 +1 be 1 c (\ R = ^](c2 + \)(b2 +c2 +1) y/c2 +1 押 +c2 +?) 公式 2 h c 1 〇 i/(c2 +1)(62 +c2 +1) -s/c2 +1 yj(b2 +c2 -f 1) - 0 0 0 ^ ⑤ 利用平移矩陣和旋轉(zhuǎn)矩陣，輸出巖石結(jié)構(gòu)面中位基準面基準下的巖石結(jié)構(gòu)面表面 的數(shù)據(jù)，構(gòu)造 N行4列的矩陣B，N為點云數(shù)量，矩陣的第一列、第二列、第三列分別為X、Y、 Z的值，第四列為元素全為數(shù)值"1";利用平移矩陣和旋轉(zhuǎn)矩陣，在計算機上的軟件中進行 BXMXR運算，對運算結(jié)果進行處理后，得到巖石結(jié)構(gòu)面中位基準面基準下的結(jié)構(gòu)面表面的 數(shù)據(jù)，并輸出其數(shù)據(jù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種巖石結(jié)構(gòu)面基準面的確定方法，其特征在于：所述的對 巖石試件的結(jié)構(gòu)面表面進行處理，是指先將巖石結(jié)構(gòu)面的表面清掃干凈，然后噴上一層薄 薄的表面反差增強劑，待其干燥后，再貼上掃描標志點。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種巖石結(jié)構(gòu)面基準面的確定方法，其特征在于：所述的計 算機軟件為MATLAB軟件。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種巖石結(jié)構(gòu)面基準面的確定方法，其特征在于：所述的步 驟五中輸出巖石結(jié)構(gòu)面中位基準面基準下的巖石結(jié)構(gòu)面表面的數(shù)據(jù)的具體步驟為： ①構(gòu)造 N行4列的矩陣B，N為點云數(shù)量，矩陣的第一列、第二列、第三列分別為X、Y、Z 的值，第四列為元素全為1，其中，其中X、Y值表示各點在巖石結(jié)構(gòu)面的位置，Z表示在標志 點全局坐標系下結(jié)構(gòu)面的高度值； ② 利用平移矩陣和旋轉(zhuǎn)矩陣，在MATLAB軟件中進行BXMX R運算，運算得到一個N行 4列的矩陣C，其中N為點云數(shù)量，第一列、第二列為點在巖石結(jié)構(gòu)面中位基準面下的位置， 第三列表示在中位基準面下結(jié)構(gòu)面的高度值； ③ 利用MATLAB軟件，將矩陣C的第一列、第二列、第三列存入一個N行3列的矩陣D中， 其中N為點云數(shù)量，將矩陣D轉(zhuǎn)化文本數(shù)據(jù)并輸出，從而得到了巖石結(jié)構(gòu)面中位基準面基準 下結(jié)構(gòu)面表面的數(shù)據(jù)。
【文檔編號】G01B11/00GK104279956SQ201410532744
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年10月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月9日
【發(fā)明者】江權(quán), 宋磊博, 龔彥華, 楊成祥, 崔潔 申請人:中國科學院武漢巖土力學研究所