一种岩石结构面表面基准面的确定方法
【专利摘要】本发明涉及一种岩石结构面表面基准面的确定方法，属于岩土力学【技术领域】。本发明采用三维白光扫描仪扫描岩石结构面表面，获得岩石结构面表面的点云数据；然后用MATLAB软件读入岩石结构面表面的点云数据，根据中位基准面的确定原理，识别并确定岩石结构面表面的中位基准面；最后根据基准面方程，确定中位基准面的中心点O’、构造平移矩阵M、旋转矩阵R，进一步利用MATLAB软件得到在中位基准面基准下岩石结构面表面的点云数据。本发明可以识别并确定岩石结构面的中位基准面，得到在中位基准面基准下岩石结构面表面的点云数据，有效地解决了三维白光扫描获得的点云数据无法直接对岩石结构面表面进行定量描述的问题。
【专利说明】一种岩石结构面表面基准面的确定方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种岩石结构面表面形态描述，更具体涉及一种岩石结构面表面基准 面的确定方法，属于岩土力学【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 岩石的物理和力学性质主要受岩石结构面的控制，因此对岩石试件结构面表面形 态进行精确测定是研究结构面的表面形态与力学性质的关系的先决条件。但由于岩石结构 面的表面形态起伏大、变化范围广、形态十分复杂，给精确测量带来很大难度。现在测量岩 石结构面三维表面形态的主要测量测试手段是非接触式的光学方法，尤其是三维光学扫描 技术近几年的迅速发展，已经成为岩石试件结构面三维表面测量的主要手段。但是利用三 维白光扫描技术扫描结构面表面时，我们只能获得在标志点全局坐标系下的结构面表面三 维点云数据。但是，现有描述岩石三维结构面参数（如波峰、波谷等）大多数是基于基准面 进行的，故扫描获取的点云数据无法直接对岩石结构面表面进行定量描述，进而无法精确 地描述结构面特征。因此，开发一种岩石结构面表面基准面的确定方法对于克服三维扫描 数据处理难题、对于提高岩石结构面表面特征的定量描述都十分必要。
【发明内容】
[0003] 针对上述存在问题，本发明的目的在于提供一种岩石结构面表面基准面的确定方 法，并以中位基准面为岩石结构面的基准面，对三维白光扫描仪所得到的扫描数据进行处 理，得到以中位基准面为基准的三维点云数据。
[0004] 为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
[0005] -种岩石结构面基准面的确定方法，所述测量方法按以下步骤进行；
[0006] -种岩石结构面基准面的确定方法，其特征在于，所述测量方法按以下步骤进 行：
[0007] ①对岩石试件的结构面表面进行处理，利用三维白光扫描仪扫描岩石结构面表 面，获得在标志点全局坐标系下岩石结构面表面的三维点云数据，三维点云数据以X、Y、Z 三维坐标的形式输出；
[0008] ②利用计算机软件将三维点云数据读入，存入一个N行3列的矩阵A中，其中N为 点云数量，第一列、第二列、第三列分别存入每一点的X、Y、Z的值；
[0009] ③利用计算机软件，识别确定岩石结构面表面的中位基准面；中位基准面用一个 平面函数来表示被测量表面的基准面方程，函数形式为z = a+bx+cy，利用计算机软件对函 数求偏导，自动求出函数中的a、b、c的值，从而在标志点全局坐标系X-Y-Z中确定结构面表 面的中位基准面，并进行显示；
[0010] ④根据求出的基准面方程，确定中位基准面的中心点〇'为[0,0, a]，构造平移矩 阵M、旋转矩阵R ;
【权利要求】
1. 一种岩石结构面基准面的确定方法，其特征在于，所述测量方法按以下步骤进行： ① 对岩石试件的结构面表面进行处理，利用三维白光扫描仪扫描岩石结构面表面，获 得在标志点全局坐标系下岩石结构面表面的三维点云数据，三维点云数据以X、Y、Z三维坐 标的形式输出； ② 利用计算机软件将三维点云数据读入，存入一个N行3列的矩阵A中，其中N为点云 数量，第一列、第二列、第三列分别存入每一点的X、Y、Z的值； ③ 利用计算机软件，识别确定岩石结构面表面的中位基准面；中位基准面用一个平面 函数来表示被测量表面的基准面方程，函数形式为z = a+bx+cy，利用计算机软件对函数求 偏导，自动求出函数中的a、b、c的值，从而在标志点全局坐标系X-Y-Z中确定结构面表面的 中位基准面,并进行显示； ④ 根据求出的基准面方程，确定中位基准面的中心点〇'为[〇,〇, a]，构造平移矩阵M、 旋转矩阵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 利用平移矩阵和旋转矩阵，输出岩石结构面中位基准面基准下的岩石结构面表面 的数据，构造 N行4列的矩阵B，N为点云数量，矩阵的第一列、第二列、第三列分别为X、Y、 Z的值，第四列为元素全为数值"1";利用平移矩阵和旋转矩阵，在计算机上的软件中进行 BXMXR运算，对运算结果进行处理后，得到岩石结构面中位基准面基准下的结构面表面的 数据，并输出其数据。
2. 根据权利要求1所述的一种岩石结构面基准面的确定方法，其特征在于：所述的对 岩石试件的结构面表面进行处理，是指先将岩石结构面的表面清扫干净，然后喷上一层薄 薄的表面反差增强剂，待其干燥后，再贴上扫描标志点。
3. 根据权利要求1所述的一种岩石结构面基准面的确定方法，其特征在于：所述的计 算机软件为MATLAB软件。
4. 根据权利要求1所述的一种岩石结构面基准面的确定方法，其特征在于：所述的步 骤五中输出岩石结构面中位基准面基准下的岩石结构面表面的数据的具体步骤为： ①构造 N行4列的矩阵B，N为点云数量，矩阵的第一列、第二列、第三列分别为X、Y、Z 的值，第四列为元素全为1，其中，其中X、Y值表示各点在岩石结构面的位置，Z表示在标志 点全局坐标系下结构面的高度值； ② 利用平移矩阵和旋转矩阵，在MATLAB软件中进行BXMX R运算，运算得到一个N行 4列的矩阵C，其中N为点云数量，第一列、第二列为点在岩石结构面中位基准面下的位置， 第三列表示在中位基准面下结构面的高度值； ③ 利用MATLAB软件，将矩阵C的第一列、第二列、第三列存入一个N行3列的矩阵D中， 其中N为点云数量，将矩阵D转化文本数据并输出，从而得到了岩石结构面中位基准面基准 下结构面表面的数据。
【文档编号】G01B11/00GK104279956SQ201410532744
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年10月9日 优先权日:2014年10月9日
【发明者】江权, 宋磊博, 龚彦华, 杨成祥, 崔洁 申请人:中国科学院武汉岩土力学研究所