基于数字近景摄影测量岩体节理迹长和密度的测量方法与流程

本发明属于地质测绘技术领域，尤其涉及一种基于数字近景摄影测量岩体节理迹长和密度的快速测量方法。

背景技术：

节理的分布形态是影响工程岩体质量的最主要的因素。迹长和密度作为节理几何参数，是进行工程岩体质量评价的主要参数。目前，传统节理迹长和密度统计主要依靠皮尺测量迹长，然后通过对测量节理数据软件处理来利用圆形窗口法计算密度，但该方法无法快速准确获取节理迹长和密度。

传统皮尺统计节理几何参数，需要至少两个分米精度皮尺，一个作为测线来确定节理位置，一个作为测量节理迹长且必须两个人来控制皮尺移动测量，因此传统依靠皮尺统计节理几何参数精度只能达到分米级，同时频繁移动皮尺也导致测量效率低。

随着摄影测量技术的发展，其在各行各业使用广泛。在地质测量中，通过摄影测量可以记录下地表节理发育的整体形态特征，但是无法直接获取和统计节理几何特征。

现有通过摄影测量可以记录下地表节理发育的整体形态特征，但是无法直接获取和统计节理几何参数，因此有必要提出相应的节理几何参数统计方法来为工程岩体质量评价提供数据支持。

综上所述，现有技术存在的问题是：

现有通过摄影测量可以记录下地表节理发育的整体形态特征，但是无法直接获取和统计节理几何参数。

解决上述技术问题的难度和意义：通过本发明可以高效率、高精度地获取节理迹长和密度，提高地质调查效率。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于数字近景摄影测量岩体节理迹长和密度的快速测量方法。

本发明是这样实现的，一种基于数字近景摄影测量岩体节理迹长和密度的快速测量方法，所述基于数字近景摄影测量岩体节理迹长和密度的快速测量方法，采用数字近景摄影测量工具和节理迹长和密度计算程序，将软件和硬件相结合。利用普通数码相机进行拍摄，对数码相机构像畸变进行检校，校正畸变图像使实际像点坐标与理论像点的位置坐标达到一致。对校正后图像利用嵌入圆形窗口法程序的matlab软件进行岩体节理迹长和密度的快速统计。

所述基于数字近景摄影测量岩体节理迹长和密度的快速测量方法包括以下步骤：

步骤一，控制点布置：在露头表面找到中心点，布置“十”字型测线，并延伸到露头边界，将四个端点和中心点人工标志其为控制点，分别统计中心点距四个端点距离；

步骤二，根据控制点建立直角坐标系，利用直接线性变换解法，将数字近景摄影图像进行畸变检校处理，获得露头表面节理的真实分布特征；

步骤三，通过对检校后图像识别和解译，提取出露头图像上节理迹线轨迹，绘制迹线图；

步骤四，编制圆形窗口法程序原理，在轨迹图上布置不同直径圆，统计节理迹长和密度变化规律，从而得出节理迹长和密度数值；

步骤五，利用圆形窗口法程序对迹线图进行节理迹长和密度统计，从而快速准确获取节理几何特征。

进一步，所述步骤二的具体流程为：

(1)、建立控制点坐标文件；

(2)、利用photoshop将原始图像转换成virtuozo认可的tif格式；

(3)、把tif格式图像转换成vz格式；

(4)、建立模型并设置模型参数；

(5)、通过模型的相对和绝对定向，生成检校后图像。

进一步，所述步骤四具体包括：

根据圆形窗口法原理利用matlab编制计算程序，然后在节理迹线图上布置圆形取样窗口。根据测量数据的情况，以中心点为圆心，自动调整圆形取样窗口半径的大小，同时判断并记录各种端点类型迹线的数量，计算出节理的平均迹线长度和迹线中点面密度。同时，分析节理平均迹线长度和迹线中点面密度随着圆形取样窗口半径的变化，采用半径逐渐减小的同心圆方法对节理迹线进行取样。

进一步，所述步骤四的编制圆形窗口法程序原理为：

将节理迹线与圆形窗口相交分为三种类型，第一种贯穿型用n0表示、第二种相交型用n1表示、第三种包容型用n2表示，故节理总条数为n＝n0+n1+n2。

n＝λ(2cυ+πc²)n0-n2＝λ(2cυ-πc²)

式中：ν为节理迹长，c为圆形窗口的半径，λ为节理迹线中点面密度。在假设节理迹线中点服从均匀分布的条件下，对上述两个公式分别消去λ和ν，可得：

综上所述，本发明的优点及积极效果为：提高野外地质测量效率，基于数字近景摄影测量技术和利用圆形窗口法计算节理迹长和密度程序相结合从而快速准确获取节理迹长和密度。

本发明为重庆工商大学高层次人才科研启动项目(950318066)和岩土力学与工程国家重点实验室资助课题(z017010)资助。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于数字近景摄影测量岩体节理迹长和密度的快速测量方法流程图。

图2是本发明实施例提供的节理与圆形窗口的位置关系图。

图3是本发明实施例提供的控制点布置图。

图4是本发明实施例提供绘制迹线图。

图5是本发明实施例提供的基于数字近景摄影测量岩体节理迹长和密度的快速测量方法实现流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明是这样实现的一种基于数字近景摄影测量岩体节理迹长和密度的快速测量方法，所述基于数字近景摄影测量岩体节理迹长和密度的快速测量方法，采用数字近景摄影测量工具和节理迹长和密度计算程序，将软件和硬件相结合。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的基于数字近景摄影测量岩体节理迹长和密度的快速测量方法包括以下步骤：

s101：控制点布置：在露头表面找到中心点，布置“十”字型测线，并延伸到露头边界，将四个端点和中心点人工标志其为控制点，分别统计中心点距四个端点距离；

s102：根据控制点建立直角坐标系，利用直接线性变换解法，将数字近景摄影图像进行畸变检校处理，获得露头表面节理的真实分布特征；

s103：通过对检校后图像识别和解译，提取出露头图像上节理迹线轨迹，绘制迹线图；

s104：编制圆形窗口法程序原理，在轨迹图上布置不同直径圆，统计节理迹长和密度变化规律，从而得出节理迹长和密度数值；

s105：利用圆形窗口法程序对迹线图进行节理迹长和密度统计，从而快速准确获取节理几何特征。

进一步，所述步骤二的具体流程为：

(1)、建立控制点坐标文件；

(2)、利用photoshop将原始图像转换成virtuozo认可的tif格式；

(3)、把tif格式图像转换成vz格式；

(4)、建立模型并设置模型参数；

(5)、通过模型的相对和绝对定向，生成检校后图像。

进一步，所述步骤四具体包括：

根据圆形窗口法原理利用matlab编制计算程序，然后在节理迹线图上布置圆形取样窗口。根据测量数据的情况，以中心点为圆心，自动调整圆形取样窗口半径的大小，同时判断并记录各种端点类型迹线的数量，计算出节理的平均迹线长度和迹线中点面密度。同时，分析节理平均迹线长度和迹线中点面密度随着圆形取样窗口半径的变化，采用半径逐渐减小的同心圆方法对节理迹线进行取样。

进一步，所述步骤四的编制圆形窗口法程序原理为：

将节理迹线与圆形窗口相交分为三种类型，节理与圆形窗口的位置关系，如图2所示。第一种贯穿型用n0表示、第二种相交型用n1表示、第三种包容型用n2表示，故节理总条数为n＝n0+n1+n2。

n＝λ(2cυ+πc²)n0-n2＝λ(2cυ-πc²)

式中：ν为节理迹长，c为圆形窗口的半径，λ为节理迹线中点面密度。在假设节理迹线中点服从均匀分布的条件下，对上述两个公式分别消去λ和ν，可得：

下面结合具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。

实施例：

步骤一，控制点布置：在露头表面找到中心点，布置“十”字型测线，并延伸到露头边界，将四个端点和中心点人工标志其为控制点，分别统计中心点距四个端点距离，如图3所示。

步骤二，根据控制点建立直角坐标系，利用直接线性变换解法，将数字近景摄影图像进行畸变检校处理，获得露头表面节理的真实分布特征。具体流程为：

(1)、建立控制点坐标文件；

(2)、利用photoshop将原始图像转换成virtuozo认可的tif格式；

(3)、把tif格式图像转换成vz格式；

(4)、建立模型并设置模型参数；

(5)、通过模型的相对和绝对定向，生成检校后图像。

步骤三，通过对检校后图像识别和解译，提取出露头图像上节理迹线轨迹，绘制迹线图，如图4所示。

步骤四，编制圆形窗口法程序原理，在轨迹图上布置不同直径圆，统计节理迹长和密度变化规律，从而得出节理迹长和密度数值；

根据圆形窗口法原理利用matlab编制计算程序，然后在节理迹线图上布置圆形取样窗口。根据测量数据的情况，以中心点为圆心，自动调整圆形取样窗口半径的大小，同时判断并记录各种端点类型迹线的数量，计算出节理的平均迹线长度和迹线中点面密度。同时，分析节理平均迹线长度和迹线中点面密度随着圆形取样窗口半径的变化，采用半径逐渐减小的同心圆方法对节理迹线进行取样。

步骤五，利用圆形窗口法程序对迹线图进行节理迹长和密度统计，从而快速准确获取节理几何特征。

1、数字摄影测量。

2、将软件和硬件相结合。

利用普通数码相机进行拍摄，对数码相机构像畸变进行检校，校正畸变图像使实际像点坐标与理论像点的位置坐标达到一致。对校正后图像利用嵌入圆形窗口法程序的matlab软件进行岩体节理迹长和密度的快速统计。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。