钻孔数字虚拟岩芯的地层结构三维成像构建设备及方法与流程

本发明涉及岩土工程勘察施工技术领域，具体涉及一种钻孔数字虚拟岩芯的地层结构三维成像构建设备及方法。

背景技术：

建设部在“工程勘察技术进步与技术政策要点(建质函〔2003〕202号文)”中提倡加快用高新技术和先进适用技术改造传统产业，并重点推广高清晰度数字式全景钻孔成像系统在水文、地质勘察工作中的应用。

国土资源部在《国土资厅发[2005]41号文件》“关于开展地质勘查资质注册登记工作的通知”中决定在全国开展地质勘查资质注册登记工作，并具体规定了不同资质所应配备的仪器设备。根据文件精神，水文地质、工程地质、环境地质调查、液体矿产勘查和地球物理勘查等几大类的甲级资质和乙级资质必须配备钻孔电视仪，以提高地质勘查技术水平和成果资料的数字化及可视化程度。

传统的钻孔电视大多数是钻孔录像，不能生成数字虚拟钻孔岩芯图，也无法对钻孔地层结构进行量测，随着地质勘查要求的提高，钻孔录像越来越满足不了地质勘查的技术要求。在电子及计算机技术的发展带动下，研发了一些能生成钻孔二维岩芯图像的钻孔电视成像仪，满足了一些地质勘查的要求对一些地层结构可以量测成图。但一些钻孔勘探中，钻孔经常容易钻斜，钻孔轨迹发生变化，使得地质结构量测经常出现与实际有差异。

参考文献：

[1]建设部在“工程勘察技术进步与技术政策要点(建质函〔2003〕202号文)”

[2]国土资源部在《国土资厅发[2005]41号文件》“关于开展地质勘查资质注册登记工作的通知”

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种钻孔数字虚拟岩芯的地层结构三维成像构建设备及方法，本发明摒弃现有的视频采集卡、控制器、笔记本电脑与探头组合的系统结构模式和剖面图人工编辑模式，采用先进的图像采集与处理技术和钻孔轨迹三维测量传感技术，系统高度集成，探头全景摄像，能实时自动生成钻孔录像图、钻孔数字虚拟岩芯二维图像和钻孔三维轨迹图，图像清晰逼真，方位、倾角及深度自动准确校准，适用于所有的全方位、全倾角钻孔进行全柱面观测成像(垂直孔\水平孔\斜孔\俯、仰角孔)，并可对勘查区域内所有钻孔一起进行三维区域地层结构成像。

为解决上述技术问题，本发明公开的一种钻孔数字虚拟岩芯的地层结构三维成像构建设备，其特征在于：它包括现场成像主机、升降线架、钻孔成像轨迹测量探头、电缆、探头深度计数滑轮、电机、收放线盘，所述探头深度计数滑轮安装在升降线架上，电机的输出轴用于驱动收放线盘转动，电缆的一端接入收放线盘的电缆转节点，现场成像主机的钻孔成像轨迹测量探头信号输入端通过收放线盘的电缆转节点与电缆的一端电连接，电缆缠绕在收放线盘上由收放线盘控制收放线，所述电缆在深度计数滑轮上进行收放，深度计数滑轮对电缆的收放线长度进行记录，所述深度计数滑轮的深度反馈信号输出端连接现场成像主机的深度反馈信号输入端，现场成像主机的电机控制信号输出端连接电机的控制信号输入端，所述钻孔成像轨迹测量探头与钻孔同轴放置，所述钻孔成像轨迹测量探头包括摄像机和三维姿态传感器，所述摄像机和三维姿态传感器的信号输出端连接电缆的另一端，所述摄像机用于得到钻孔中岩层的成像数据，三维姿态传感器用于得到钻孔成像轨迹测量探头在钻孔中运行的轨迹数据。

一种利用上述装置的钻孔数字虚拟岩芯的地层结构三维成像构建方法，其特征在于，它包括如下步骤：

步骤1：将升降线架放置在钻孔的孔口区域，在升降线架上安装深度计数滑轮，将电缆置于深度计数滑轮上；

步骤2：操作现场成像主机控制电机使钻孔成像轨迹测量探头在钻孔内匀速下放至孔底，钻孔成像轨迹测量探头下放的过程中摄像机实时探测钻孔中岩层的成像数据，三维姿态传感器实时得到钻孔成像轨迹测量探头在钻孔中运行的轨迹数据，并将钻孔中岩层的成像数据和钻孔成像轨迹测量探头在钻孔中运行的轨迹数据通过电缆传输给现场成像主机，同时探头深度计数滑轮将钻孔成像轨迹测量探头在钻孔中的深度数据传输给现场成像主机，现场成像主机将钻孔中岩层的成像数据和钻孔成像轨迹测量探头在钻孔中的深度数据进行时间上的匹配，并生成数字虚拟岩芯二维整体图像，该数字虚拟岩芯二维整体图像包含了钻孔孔口至孔底每个深度位置的数字虚拟岩芯二维图像；

现场成像主机将钻孔成像轨迹测量探头在钻孔中运行的轨迹数据和钻孔成像轨迹测量探头在钻孔中的深度数据进行时间上的匹配，并生成钻孔轨迹图；

步骤3：现场成像主机将数字虚拟岩芯二维整体图像和钻孔轨迹图传输给计算机，计算机根据数字虚拟岩芯二维整体图像和钻孔轨迹图生成钻孔数字虚拟岩芯的地层结构三维成像图。

本发明的有益效果：

本发明能实时生成钻孔录像、钻孔数字虚拟岩芯二维图像及钻孔轨迹图，适用于所有的全方位、全倾角钻孔进行全柱面观测成像(垂直孔\水平孔\斜孔\俯、仰角孔)；结合钻孔孔口三维坐标数据与钻孔数字虚拟岩芯的地层结构三维成像数据融合，能生成区域勘查多钻孔的钻孔数字虚拟岩芯的地层结构三维成像，可对区域所有钻孔图像数据进行区域地层结构综合分析，提高地质勘查技术水平和成果资料的数字化及可视化程度。

附图说明

图1为本发明的使用状态下的结构示意图；

图2为本发明的电控部分的原理框图。

其中，1—现场成像主机、2—升降线架。3—钻孔成像轨迹测量探头、3.1—摄像机、3.2—三维姿态传感器、3.3—光源、4—电缆、5—探头深度计数滑轮、6—岩层、7—电机、8—钻孔、9—收放线盘、9.1—电缆转节点。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：

本发明的一种钻孔数字虚拟岩芯的地层结构三维成像构建设备，它包括现场成像主机1、升降线架2、钻孔成像轨迹测量探头3、电缆4、探头深度计数滑轮5、电机7、收放线盘9，所述探头深度计数滑轮5安装在升降线架2上，电机7的输出轴用于驱动收放线盘9转动，电缆4的一端接入收放线盘9的电缆转节点9.1，现场成像主机1的钻孔成像轨迹测量探头信号输入端通过收放线盘9的电缆转节点9.1与电缆4的一端电连接，电缆4缠绕在收放线盘9上由收放线盘9控制收放线，所述电缆4在深度计数滑轮5上进行收放，深度计数滑轮5对电缆4的收放线长度进行记录，所述深度计数滑轮5的深度反馈信号输出端连接现场成像主机1的深度反馈信号输入端，现场成像主机1的电机控制信号输出端连接电机7的控制信号输入端，所述钻孔成像轨迹测量探头3与钻孔8同轴放置(即探头3居于钻孔8中间，这样才能保证探头3成的钻孔孔壁图像是对称均匀，解释量测时没有偏差)，所述钻孔成像轨迹测量探头3包括摄像机3.1和三维姿态传感器3.2，所述摄像机3.1和三维姿态传感器3.2的信号输出端连接电缆4的另一端，所述摄像机3.1用于得到钻孔8中岩层6的成像数据，三维姿态传感器3.2用于得到钻孔成像轨迹测量探头3在钻孔8中运行的轨迹数据。

上述设计结构简单，方便对钻孔8地层结构三维成像构建。

上述技术方案中，深度计数滑轮5用于对信号电缆4进行导向，并记录信号电缆4的收放长度。

上述技术方案中，所述三维姿态传感器3.2还设有光源3.3。光源3.3用于照亮钻孔8，方便摄像机3.1得到清楚的图像数据。

上述技术方案中，所述升降线架2架设在钻孔8的孔口区域。

上述技术方案中，摄像机3.1为全景摄像机。

一种利用上述装置的钻孔数字虚拟岩芯的地层结构三维成像构建方法，其特征在于，它包括如下步骤：

步骤1：将升降线架2放置在钻孔8的孔口区域，在升降线架2上安装深度计数滑轮5，将电缆4置于深度计数滑轮5上；

步骤2：操作现场成像主机1控制电机7使钻孔成像轨迹测量探头3在钻孔8内匀速下放至孔底，钻孔成像轨迹测量探头3下放的过程中摄像机3.1实时探测钻孔8中岩层6的成像数据，三维姿态传感器3.2实时得到钻孔成像轨迹测量探头3在钻孔8中运行的轨迹数据，并将钻孔8中岩层6的成像数据和钻孔成像轨迹测量探头3在钻孔8中运行的轨迹数据通过电缆4传输给现场成像主机1，同时探头深度计数滑轮5将钻孔成像轨迹测量探头3在钻孔8中的深度数据传输给现场成像主机1，现场成像主机1将钻孔8中岩层6的成像数据和钻孔成像轨迹测量探头3在钻孔8中的深度数据进行时间上的匹配，并生成数字虚拟岩芯二维整体图像，该数字虚拟岩芯二维整体图像包含了钻孔8孔口至孔底每个深度位置的数字虚拟岩芯二维图像；

现场成像主机1将钻孔成像轨迹测量探头3在钻孔8中运行的轨迹数据和钻孔成像轨迹测量探头3在钻孔8中的深度数据进行时间上的匹配，并生成钻孔8轨迹图；

步骤3：现场成像主机1将数字虚拟岩芯二维整体图像和钻孔8轨迹图传输给计算机，计算机根据数字虚拟岩芯二维整体图像和钻孔8轨迹图生成钻孔8数字虚拟岩芯的地层结构三维成像图；

步骤4：在计算机内将钻孔8孔口三维坐标数据与钻孔8数字虚拟岩芯的地层结构三维成像图进行数据融合，生成区域勘查多钻孔的钻孔数字虚拟岩芯的地层结构三维成像。

上述技术方案的步骤2中，操作现场成像主机1控制电机7使钻孔成像轨迹测量探头3在钻孔8内沿钻孔8的轴向匀速下放至孔底。

本发明对钻孔数字虚拟岩芯的地层结构三维成像构建，提高了地质勘查技术水平和成果资料的数字化及可视化程度。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。