一种基于三维激光扫描的工程地质测绘方法
【专利摘要】本发明涉及地质测绘技术，其公开了一种基于三维激光扫描的工程地质测绘方法，解决传统地质测绘过程中对于地质体空间位置的测量方案存在的效率低下、精度低、后期工作量大的缺陷。该方法包括:a.三维激光扫描获取点云数据和地质对象真彩信息；b.将点云数据和地质对象真彩信息输入计算机，建立含有真彩信息的三维地质模型；c.在三维地质模型上根据地质体特征，描述地质特征点、地质特征线、地质特征面，并计算地质体属性；d.将获取的地质特征点、地质特征线、地质特征面及地质体属性输入管理数据库；e.根据管理数据库中的数据完成地质信息录入、查询和地质图件的生成功能。本发明适用于工程地质体的测绘。
【专利说明】一种基于三维激光扫描的工程地质测绘方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及地质测绘技术，特别涉及一种基于三维激光扫描的工程地质测绘方法。
【背景技术】
[0002]工程地质测绘是工程地质勘察中一项最重要最基本的勘察方法，它是运用地质、工程地质理论对与工程建设有关的各种地质现象进行详细观察和描述，以查明拟定建筑区内工程地质条件的空间分布和各要素之间的内在联系，并按照精度要求将它们如实地反映在一定比例尺的地形图上，配合工程地质勘探、试验等所取得的资料编制成工程地质图。
[0003]工程地质测绘及施工地质编录现场工作主要有两部分工作，即地质体空间位置的测量与地质体地质特性的专业描述。其中地质体地质特性的专业描述主要依赖于地质人员的专业知识和现场观察，在相对长一段时间内，很难由设备或其它技术取代；而地质体空间位置的测量则随着测量技术的更新能够不断进步，现有的测量方式有两种:
[0004]一、利用全站仪确定控制性的坐标，然后利用皮尺、罗盘对地质对象进行测量，这是一种较传统也较为常用的测量方法，该方式测量效率低下、测量精度低，而且需要工作人员在开挖面下工作，危险程度高；
[0005]二、摄影测量:由高质量的摄影机，配合GPS或全站仪，获取对象数码照片，利用计算机对数字影像进行处理，用计算机视觉(其核心是影像匹配与影像识别)完成影像几何与物理信息的自动提取；由于该方式并非直接获取地质对象坐标，而是通过几何计算利用二维数码影像反算地质对象空间坐标，因此测量精度差；而且对相机的参数的确定还需要专门的检测装置，对现场光线条件的要求也较高，后期对图像的拼接和矫正工作量大。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是:提出一种基于三维激光扫描的工程地质测绘方法，解决传统地质测绘过程中对于地质体空间位置的测量方案存在的效率低下、精度低、后期工作量大的缺陷。
[0007]本发明解决上述技术问题所采用的方案是:一种基于三维激光扫描的工程地质测绘方法，包括以下步骤:
[0008]a.三维激光扫描获取点云数据和地质对象真彩信息；
[0009]b.将点云数据和地质对象真彩信息输入计算机，建立含有真彩信息的三维地质模型；
[0010]c.在三维地质模型上根据地质体特征，描述地质特征点、地质特征线、地质特征面，并计算地质体属性；
[0011]d.将获取的地质特征点、地质特征线、地质特征面及地质体属性输入管理数据库；
[0012]e.根据管理数据库中的数据完成地质信息录入、查询和地质图件的生成功能。[0013]具体的，步骤a具体包括:
[0014]al.根据扫描对象选用相应扫描仪:在场地开阔的地面或边坡采用摄影扫描式扫描仪，在洞室或地形狭窄的边坡采用全景式扫描仪；
[0015]a2.根据扫描对象所在的地形条件确定扫描仪的安装位置；
[0016]a3.在每个站点扫描一幅点云；
[0017]a4.利用扫描仪内置相机获取地质对象的真彩信息。
[0018]进一步，步骤a3还包括:
[0019]相邻站点的点云之间有重叠，且重叠部分为单幅点云面积的30%以上。
[0020]本发明的有益效果是:利用三维激光扫描技术，直接获取地质对象海量的高精度坐标点云，精度高，速度快，且后期工作量小。
【具体实施方式】
[0021]本发明旨在提出一种基于三维激光扫描的工程地质测绘方法，解决传统地质测绘过程中对于地质体空间位置的测量方案存在的效率低下、精度低、后期工作量大的缺陷。本发明中所述的三维激光扫描是指:利用三维激光扫描仪快速扫描被测物体，不需反射棱镜即可直接获得高精度的扫描点云数据，高效地对真实世界进行三维建模和虚拟重现。
[0022]在具体实施上，本发明中的基于三维激光扫描的工程地质测绘方法包括以下步骤:
[0023]1、三维激光扫描步骤:
[0024]A、首先根据扫描对象确定扫描模式，在场地开阔的地面或边坡采用摄影扫描式扫描仪，在洞室或地形狭窄的边坡采用全景式扫描仪。
[0025]B、根据地形条件确定扫描仪机器位置。
[0026]C、在每个站点扫描一幅点云，相邻站点的点云之间重叠部分应为单幅点云的30%以上，若减少重叠部分则应在每幅扫描范围内设置不少于3个控制点。
[0027]D、利用扫描仪内置相机获取地质对象真彩信息，若利用外置相机，则需利用点云公共点进行匹配。
[0028]2、三维真彩模型建立的步骤:
[0029]将点云数据和真彩信息输入计算机，建立含有真彩信息的地质三维模型。
[0030]3、地质体几何信息获取的步骤:
[0031]由地质专业人员在三维模型上根据地质体特征，描绘地质特征点、地质特征线、地质特征面，并利用在绘图软件Polyworks上自主研发的插件计算地质体“产状”、“连通率“等地质体属性。
[0032]4、建立地质对象数据库的步骤:
[0033]将地质专业人员解译的地质特征点、地质特征线、地质特征面及其它地质体属性输入管理数据库。
[0034]5、地质信息的应用步骤:
[0035]利用数据库储存的数据完成地质信息录入、查询及地质图件生成。
[0036]相对于传统技术中对地质体的测量方式，本发明具备以下优势:
[0037]①精度高:[0038]激光扫描仪获取的点云数据，其单点精度一般可达mm?cm级精度，其精度远高于皮尺，三维扫描技术在单点精度上虽还无法与全站仪相比，但全站仪测量点密度小，点间的测量靠皮尺或拟合完成，因此从整个模型而言，本方案精度更高；对于产状的测量本方案是通过对结构面的点云进行整体计算得到，其代表性高于罗盘的单点量测。
[0039]②速度快:
[0040]激光扫描的方式能够快速获得大面积目标的空间信息，对于施工编录、抢险等需要快速完成的测量工作尤其重要；另外相对于传统地质测绘方式而言，大量的现场工作已转为室内，并由计算机辅助完成，整体的工作效率进一步提高。
[0041]③无接触测量:
[0042]由于激光扫描是免棱镜的测量方式，所以不需要接触被测目标，即可快速确定目标点的三维信息，解决了危险目标的测量、不宜接触目标的测量和人员无法达到目标的测量等问题。
[0043]④穿透性:
[0044]可改变激光束的波长，激光可以穿透某些特殊的物质，比如水、玻璃和稀疏的植被等，这样可以透过玻璃、穿透水面、穿过植被进行扫描，这是传统全站仪加皮尺或摄影测量无法完成的。
[0045]⑤主动性:
[0046]激光扫描仪主动发射光源，不需要外部光线，接收器通过探测自身发射出的经过反射后的光线，这样，扫描不受光线和空间的限制，解决了摄影测量光线不足时解译效果差的问题。
[0047]⑥全数字化:
[0048]三维扫描仪得到的“点云”图为包含采集点的三维坐标和颜色属性的数字文件，不需要摄影测量的后期匹配校正，即快捷又便于移植到其它系统处理和使用。
【权利要求】
1.一种基于三维激光扫描的工程地质测绘方法，其特征在于，包括以下步骤: a.三维激光扫描获取点云数据和地质对象真彩信息； b.将点云数据和地质对象真彩信息输入计算机，建立含有真彩信息的三维地质模型； c.在三维地质模型上根据地质体特征,描述地质特征点、地质特征线、地质特征面,并计算地质体属性； d.将获取的地质特征点、地质特征线、地质特征面及地质体属性输入管理数据库； e.根据管理数据库中的数据完成地质信息录入、查询和地质图件的生成功能。
2.如权利要求1所述的一种基于三维激光扫描的工程地质测绘方法，其特征在于，步骤a具体包括: al.根据扫描对象选用相应扫描仪:在场地开阔的地面或边坡采用摄影扫描式扫描仪，在洞室或地形狭窄的边坡采用全景式扫描仪； a2.根据扫描对象所在的地形条件确定扫描仪的安装位置； a3.在每个站点扫描一幅点云； a4.利用扫描仪内置相机获取地质对象的真彩信息。
3.如权利要求2所述的一种基于三维激光扫描的工程地质测绘方法，其特征在于，步骤a3还包括: 相邻站点的点云之间有重叠，且重叠部分为单幅点云面积的30%以上。
【文档编号】G01C11/00GK103644896SQ201310746175
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年12月30日 优先权日:2013年12月30日
【发明者】陈卫东, 王刚, 黄润秋, 郑汉淮, 巨能攀, 杨静熙, 董秀军, 刘忠绪 申请人:中国水电顾问集团成都勘测设计研究院有限公司