一种大跨度地下洞室的地质编录方法及终端和存储介质与流程

1.本发明涉及水电工程地质勘察技术领域，具体涉及一种大跨度地下洞室的地质编录方法及终端和存储介质。


背景技术：

2.我国水能资源丰富，水能资源蕴藏量和技术可开发装机容量均位于世界首位，而我国水能资源主要集中在西南地区。这些地区地质条件复杂，山高坡陡，地面场地布置受限，这就要求水力发电建筑物布置在地下洞室群中。目前一些水电站地下工程洞室规模巨大，地下厂房跨度接近或超过30m，高度达90m，长度达500m，地下厂房洞室与压力管洞、母线洞、尾水管洞及通向地面的出线洞(井)、通风洞(井)、交通洞、尾水洞、排水洞等附属洞室一起形成规模巨大、纵横交错的地下洞室群工程。
3.地下洞室群和坝基的开挖在各期勘探工作完成后进入技施阶段，随着各工作面的开挖，进一步揭示了工程区的地质条件，对前期勘探工作的验证。随着开挖的进行，会出现新的地质问题，前期各阶段的点、线勘探获得的地质信息有限，施工阶段的地质编录，除对各工程部位的开挖揭示验证前期勘探成果之外，其最终目的是获得不良地质体的空间位置，设计人员针对新揭示的地质问题进行复核、分析其对工程的安全稳定，及时对已有的建设措施进行修改或者补充。
4.洞室的稳定问题是建设的重中之重，这就要求地质工程师对新揭示的地质条件进行准确的分析，将分析的结果及时提交给结构设计工程师。
5.对开挖揭示的地下洞室各边墙及顶拱进行编录时，边墙的高陡是带给我们的编录误差的一个主要因素。目前的地质编录工作主要是人力作业，由于地质编录的特殊性，主要还是借助于罗盘、皮尺等工具进行，由于边墙的高陡，在两米以上范围的量测会产生误差，地质编录的误差会影响下一步的计算、分析。
6.上述问题中，地质测绘技术主要是通过罗盘、皮尺、经纬仪(全站仪)等进行测绘，高陡的地方往往是人不能到达的地方，虽说可以用经纬仪(全站仪)相关的测量技术对空间距离进行测量，但对高处的地质产状的量测一般采用远程“遥测”，这样就会带来一定的误差，对高度超过2m以上的地质量测由于条件的限制，不可能时时有专业测量人员的辅助。并且全息摄影技术虽说可以形成地质编录图像，但其拍出的地质图像不具有地质体的空间位置坐标等相关属性，无法在三维地质模型上进行不良地质体的空间信息的读取。


技术实现要素：

7.本发明为解决现有技术的不足，目的在于提供一种大跨度地下洞室的地质编录方法及终端和存储介质，采用本方案，利用无人机进行拍摄，并利用已有的控制点，做出地下洞室开挖后的三维地质模型，在三维模型上读取地质点的空间坐标，通过计算得出断层、裂隙的空间位置，对开挖揭示的地下洞室各边墙上的不良地质体进行精确定位，从而将误差控制的较小或者接近于零误差。
8.本发明通过下述技术方案实现：
9.一种大跨度地下洞室的地质编录方法，所述方法包括以下步骤：
10.获取地下洞室开挖后的编录范围；
11.根据编录范围内已有的控制点坐标，控制所述无人机在所述编录范围内进行拍摄；
12.提取拍摄的图像，并生成三维地质模型；
13.基于所述三维地质模型，导出三维地质模型上，裂隙或断层出露面上标记的不同高程且不在同一条直线上的3个坐标点，基于三个坐标点，得到3个坐标点的空间坐标；
14.通过对3个空间坐标进行分析计算，得出断层或裂隙的产状；
15.将所述产状导入到三维地质模型中，得到地质编录图层。
16.相对于现有技术中，目前的地质编录工作主要是人力作业，由于地质编录的特殊性，主要还是借助于罗盘、皮尺等工具进行，由于边墙的高陡，在两米以上范围的量测会产生误差，地质编录的误差会影响下一步的计算、分析的问题，本发明提供了一种大跨度地下洞室的地质编录方法，具体方案中，由于地下洞室空间较大，可以利用无人机进行拍摄，并利用已有的控制点，做出地下洞室开挖后的三维地质模型，在三维模型上读取地质点的空间坐标，通过计算得出断层、裂隙的空间位置，随后分别选取出裂隙或断层出露面上标记出不同高程且不在同一直线上的3个点，通过对这3个点的空间坐标进行分析计算，从而精确得出断层或裂隙的产状，从而将所得结果添加到三维地质模型中，此编录方法对开挖揭示的地下洞室各边墙上的不良地质体进行精确定位，从而将误差控制的较小或者接近于零误差。
17.进一步优化，所述3个坐标点的空间坐标分别为高点、中间点和低点的坐标。
18.进一步优化，通过对3个空间坐标进行分析计算时，还包括以下步骤：
19.计算高点和中间点之间的倾伏向基本值ω1和倾伏角θ1，并计算高点和地点之间的倾伏向基本值ω2和倾伏角θ2；
20.基于高点、中间点和低点的空间坐标及所在象限，对倾伏向基本值进行修正，得到二倾伏线产状；
21.基于所述二倾伏线产状，通过真倾角换算，得到所求平面的倾向ω和倾角θ，所述倾向ω和倾角θ为所述断层或裂隙的产状。
22.进一步优化，所述倾伏向基本值ω1的计算公式为：
[0023][0024]
所述倾伏向基本值ω2的计算公式为：
[0025][0026]
所述高点、中间点和低点的坐标记为：高点h(xh、yh、hh)，中间点m(xm、ym、hm)，低点l(x
l
、y
l
、h
l
)。
[0027]
进一步优化，所述倾伏角θ1的计算公式为：
[0028]
[0029]
所述倾伏角θ2的计算公式为：
[0030][0031]
进一步优化，对倾伏向基本值的修正方法包括：
[0032]
当ω1或ω2处于第一象限时，倾伏向ω1ˊ
＝90-ω1或ω2ˊ
＝90-ω2；
[0033]
当ω1或ω2处于第二象限时，倾伏向ω1ˊ
＝270+ω1或ω2ˊ
＝270+ω2；
[0034]
当ω1或ω2处于第三象限时，倾伏向ω1ˊ
＝270-ω1或ω2ˊ
＝270-ω2；
[0035]
当ω1或ω2处于第四象限时，倾伏向ω1ˊ
＝90+ω1或ω2ˊ
＝90+ω2；
[0036]
基于上述对倾伏向基本值的修正，得到二倾伏线产状，记为：h—m(ω1ˊ
，θ1)；h—l(ω2ˊ
，θ2)。
[0037]
进一步优化，所述真倾角换算的公式为：
[0038]
tgθ
ˊ
＝cos(ω-ω1ˊ
)tgθ。
[0039]
进一步优化，将所述产状导入到三维地质模型中前，需在三维地质模型中关闭水工地下建筑物图层。
[0040]
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
[0041]
1、本发明提出了一套关于大跨度地下洞室施工地质的现场编录方法，增加了传统地质编录的方法，使用现场编录对各地质结构面、不良地质体的定位更准确，减少了凭肉眼定位的误差。
[0042]
2、对于地下洞室群的交叉施工，减少了现场工作时间，减少了现场工作所带来的危险性，减少了一定的劳动强度。
[0043]
3、由于拍摄距离较近，拍摄范围相对来说较小，拍摄出来的图像精度高，有利于查看地下洞室开挖后的直观地质信息。
[0044]
4、三维地质图与三维设计图合并在同一个三维图形中，便于查看对应工程部位地质条件。
附图说明
[0045]
为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。在附图中：
[0046]
图1为本发明提供的一种实施例的步骤流程图。
具体实施方式
[0047]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
[0048]
实施例1
[0049]
本实施例1提供了一种大跨度地下洞室的地质编录方法，如图1所示，所述方法包括以下步骤：
[0050]
s1：首先确定地下洞室开挖后的编录范围，编录范围即无人机的拍摄范围，获取地下洞室开挖后的编录范围；
[0051]
s2：随后根据编录范围内，即工程区已有的控制点坐标，控制所述无人机在所述编录范围内进行拍摄，而在拍摄过程中，由于地下洞室是分层开挖，地下空间相对较小，无人机虽说操作有一定的难度，但拍摄时距离工作面近，为了拍摄图像的完整性，每一个循环拍摄时，竖直方向高度不超过5m，从而提高了拍摄精度，更精确的对不良地质体的定位及分析。
[0052]
s3：在拍摄完毕后，服务器提取拍摄的图像，并生成三维地质模型。
[0053]
s4：再生成三维地质模型后，基于三维地质模型，导出三维地质模型上的标记点，即裂隙或断层出露面上标记的不同高程且不在同一条直线上的3个坐标点，基于三个坐标点，得到3个坐标点的空间坐标。
[0054]
s5：上述的3个坐标点的空间坐标分别为高点、中间点和低点的坐标，再对3个坐标点进行分析计算时，包括以下详细步骤：
[0055]
s51：首先需计算高点和中间点之间的倾伏向基本值ω1和倾伏角θ1，并计算高点和地点之间的倾伏向基本值ω2和倾伏角θ2；
[0056]
其中所述倾伏向基本值ω1的计算公式为：
[0057][0058]
所述倾伏向基本值ω2的计算公式为：
[0059][0060]
所述高点、中间点和低点的坐标记为：高点h(xh、yh、hh)，中间点m(xm、ym、hm)，低点l(x
l
、y
l
、h
l
)。
[0061]
所述倾伏角θ1的计算公式为：
[0062][0063]
所述倾伏角θ2的计算公式为：
[0064][0065]
s52：通过上述计算公式，计算得到3个坐标点的倾伏向基本值和倾伏角后，由于得出的倾伏向基本值可能不在一个象限，因此需对倾伏向基本值进行修正，从而得到二倾伏线产状；
[0066]
即对以上计算得出的x
m-yh、y
m-yh或x
l-xh、y
l-yh的代数和之符号，决定倾伏向所在的象限；
[0067]
通过下表进行修正：
[0068]
xm(或x
l
)-xhym(或y
l
)-yh象限倾伏向++iω1ˊ
(或ω2ˊ
)＝90-ω1(或ω2)+-iiω1ˊ
(或ω2ˊ
)＝270+ω1(或ω2)
‑‑
iiiω1ˊ
(或ω2ˊ
)＝270-ω1(或ω2)-+ivω1ˊ
(或ω2ˊ
)＝90+ω1(或ω2)
[0069]
从而可得二倾伏线产状，记为：h—m(ω1ˊ
，θ1)；h—l(ω2ˊ
，θ2)。
[0070]
s53：最后再通过真倾角换算公式：tgθ
ˊ
＝cos(ω-ω1ˊ
)tgθ；从而得到所求平面的倾向与倾角，即产状。上述公式中，ω—倾向；θ—倾角；ω1ˊ
—剖面前进方向，倾伏向；θ
ˊ
—视倾角，倾伏角；
[0071]
通过上式计算出倾角θ，为了可靠起见，将ω、θ值代入进行检验，若满足方程，则ω、θ值为所求平面的倾向与倾角，即产状。最后将其转换为水电工程地质产状书写方式。
[0072]
s6：再计算得出断层或裂隙的产状后，即可将已测得的结果添加到三维地质模型中，而由于地下洞室以主厂房空间较大，248.6m
×
30m
×
66.04m(长
×
宽
×
高)的工程区三维设计图只有水工建筑物相关信息，查看或核对对应工程部位时要同时打开地质三维图和水工建筑物三维图形，带来了不方便，因此，在即在已有的包括水工建筑物的三维模型中，需关闭对应的水工地下建筑物图层，然后再把测出来的地下洞室模型图(断层和裂隙信息)按坐标导入，从而将测绘得出的地下洞室开挖后的三维地质图与三维设计图合并在同一个三维图形中，便于查看对应工程部位地质条件；最后将测出的地下洞室边墙三维地质图导入cad中，然后对断层及裂隙进行画线，即可生成需要的二维平面图形。
[0073]
上述步骤中，是由于地下洞室空间较大，从而利用无人机进行拍摄，并利用已有的控制点，做出地下洞室开挖后的三维地质模型，在三维模型上读取地质点的空间坐标，通过计算得出断层、裂隙的空间位置，随后分别选取出裂隙或断层出露面上标记出不同高程且不在同一直线上的3个点，通过对这3个点的空间坐标进行分析计算，从而精确得出断层或裂隙的产状，从而将所得结果添加到三维地质模型中，此编录方法对开挖揭示的地下洞室各边墙上的不良地质体进行精确定位，从而将误差控制的较小或者接近于零误差。
[0074]
实施例2
[0075]
本实施例2在实施例1的基础上进一步优化，提供了一种具体实施方式。
[0076]
本发明编录方法，已应用于金沙江流域叶巴滩水电站技施地下厂房的开挖编录工作。叶巴滩水电站位于四川白玉县与西藏贡觉县境内的金沙江干流上，电站的开发任务为以发电为主。电站枢纽建筑物由混凝土双曲拱坝、泄洪消能建筑物及引水发电三大系统组成。混凝土双曲拱坝高217m，引水发电系统采用右岸首部式厂房接长尾水的布置方案。
[0077]
主机间顶拱跨度30m，岩锚吊车梁以下跨度27.4m，最大高度66.04m；安装间跨度与主机间相同，最大高度28.34m；副厂房跨度27.4m，最大高度约40m；主机间、安装间和副厂房长度分别为162.4m、61.2m、25m，总长度为248.60m。主变室、尾调室与主厂房平行布置，主变室尺寸为177.00m
×
19.40m
×
25.1m(长
×
宽
×
高)，顶拱高程2725.30m，底板高程2700.20m，主变室由五条母线洞与主机间相接，与主厂房之间岩墙厚度51.30m，与尾调室之间岩墙厚度45.00m。尾调室尺寸为195m
×
25m
×
80.5m(长
×
宽
×
高)，拱顶高程2743.50m，底板高程2663.0m，由四条尾水连接洞与主机间相接。泄放生态流量小机组尾水洞与右岸导流洞结合布置。
[0078]
目前电站三大洞室已进入全面开挖，目前正处于施工高峰期。地下洞室分层开挖，每层开挖高度为5m，根据开挖揭示的地质条件对边坡的稳定性进行复核，适时调整支护参数。
[0079]
生成三维地质模型后(只有已开挖完成的部分)，在裂隙或断层面上任意标记三个
点，计算得出结构面的产状，经现场比对，与罗盘现场测量的产状一致。
[0080]
利用无人机拍摄的三维地形图，对已开挖边墙的结构面进行地质编录及测绘，边墙开挖揭示的断层即有前期勘探推出的断层，也有新揭示的小断层，利用无人机测绘结果对已有断层进行复核，对新揭示的断层添加进三维地质模型。将最新地质成果提交给结构设计专业进行计算分析，调整、补充地下洞室施工及支护参数。通过对已开挖出来的地下洞室四个边墙编录结果可知，应用无人机测绘出来的三维地形图，提高了编录过程中对断层和长大裂隙的精准定位，对断层的产状及空间分布的定位也提高了准确性，对边墙上的局部不良地质体的分布定位也提高了其准确性。减少了现场编录工作时间，减少了编录时工作面施工的矛盾，减少了现场编录的劳动强度。
[0081]
将测绘得出的地下洞室边墙的三维地质图导入对应的三维设计图中，替换(隐藏)对应的水工建筑物轮廓图层，便于设计专业人员进行动态设计，实时调整不良地质体变化部位设计参数。地下洞室开挖完成后，将地下洞室开挖三维模型和水工建筑物三维模型图合在同一个三维模型图中，工程完工后能查看对应工程部位开挖时的地质条件。
[0082]
实施例3
[0083]
在一些示例性实施例中，本实施例还提供了一种大跨度地下洞室的地质编录设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现如实施例3中用于实现“通过计算得出断层、裂隙的空间位置，对开挖揭示的地下洞室各边墙上的不良地质体进行精确定位，从而将误差控制的较小或者接近于零误差。”目的的一种大跨度地下洞室的地质编录方法的最小技术方案。
[0084]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0085]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0086]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0087]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0088]
本领域普通技术人员可以理解实现上述事实和方法中的全部或部分步骤是可以
通过程序来指令相关的硬件来完成，涉及的程序或者所述的程序可以存储于一计算机所可读取存储介质中，该程序在执行时，包括如下步骤：此时引出相应的方法步骤，所述的存储介质可以是rom/ram、磁碟、光盘等等。
[0089]
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。