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摘要：岩土工程实践中，，，由于岩体结构面的保存，，，极大地影响了岩体的力学性能。。深入开展对结构面的研究，，，为改善岩体的稳固性提供参考依据，，，具有重大意义。。古板要领接纳罗盘、尺子等对结构面举行研究，，，保存效率低、误差大等诸多弱点。。本文先容了一种新的要领，，，接纳非接触式三维成像手艺，，，对岩体的结构面举行丈量、统计、剖析，，，解决了古板丈量要领的缺乏，，，供工程手艺职员参考。。
岩体，，，是指一定工程规模内的自然地质体。。岩体包括两个基本要素，，，即岩石和结构面。。由于结构面的保存，，，使得岩体和岩石的力学性子保存很大的差别。。许多工程实践中，，，在岩石强度很高的洞室内，，，仍有大宗的变形破损爆发，，，导致岩体稳固性降低。。究其缘故原由，，，就是由于大宗的不整合、褶皱、断层、层理、片理、劈理、节理等结构面的保存。。结构面又叫“软弱面”，，，结构面的保存弱化了岩体的力学性能，，，决议了岩体工程的稳固性，，，导致了岩体的各向异性。。因此，，，对结构面举行深入研究，，，关于提高岩体的稳固性具有很主要的意义。。
古板上，，，通常接纳罗盘、锤子、放大镜以及尺子等，，，对结构面举行丈量。。丈量竣事后，，，再返回室内人工绘图，，，举行数据统计剖析。。古板要领效率低下，，，耗时耗力，，，误差大。。丈量的工具都是局部测点，，，而不是宏观的大规模丈量。。并且关于一些悬崖峭壁、无法抵达的园地，，，无法举行现实丈量，，，造成数据缺失，，，甚至保存岩石坠落伤人的危害。。
鉴于古板要领保存的诸多问题，，，工程科技职员一直地实验，，，研发新的要领，，，对岩体结构面举行研究。。本文先容了一种新型的岩体三维成像及统计剖析系统，，，可用于岩土工程的勘探和岩体结构的统计剖析。 ？？？？？？梢宰魑恢中碌氖忠帐侄，，，供工程手艺职员、科研职员使用，，，深入对岩体结构举行研究，，，为岩土工程设计职员提供科学的参考依据。。
ShapeMetriX 3D 系统
ShapeMetriX 3D是奥地利3GSM公司研发的一套全新的系统。。通过手工照相，，，天生三维图形，，，可以对岩体外貌举行丈量和统计剖析，，，可用于对岩体外貌举行地质学、岩土力学评价剖析。。ShapeMetriX 3D不是一款摄影丈量软件，，，而是为相识决工程地质、岩土工程、几何结构等问题而开发的一套系统。。
关于数据收罗，，，接纳的是一台经由3GSM软件标定的数码相机来举行的。。通过一台经由标定的相机，，，从两个差别角度对目的区域举行照相。。照相前，，，要提前在目的规模内安排一个标杆(如图1) 。。整个数据收罗的历程约莫几分钟(安排标杆，，，拍两张照片) 。。
图1 隧道掌子面三维图像(圆圈中是标杆)
ShapeMetriX 3D常用于隧道工程、矿业工程、岩土工程等。。ShapeMetriX 3D的一个主要特点是，，，包括3D评价剖析软件。。ShapeMetriX 3D是一整套系统，，，包括标定的成像系统和3D处置惩罚软件。。
拍摄照片以后，，，将照片拷贝到盘算机上，，，输入到SMX Reconstructor软件中合成一幅三维图像。。接纳的原理是由盘算机视觉而衍生出的立体摄影丈量手艺。。该手艺不需要显示参考标记，，，就可以确定各个照片之间的相对偏向。。
ShapeMetriX 3D所用的基来源理是可扩展的，，，这就意味着种种尺寸的外貌都可以照相并且天生三维图像。。可是，，，一个基本的要求就是外貌必需是不规则的结构（不平整的）。。
ShapeMetriX 3D的效果是一幅三维图像，，，它展现的是所纪录外貌的形状。 ？？？？？？梢杂米源3D软件对这幅三维图像举行种种丈量，，，也可以举行种种评价剖析。。
与通例纪录要领的主要区别有：
与通例勘探要领的主要区别有：
ShapeMetriX 3D系统接纳手持式照相，，，无需三脚架，，，支持变焦镜头，，，可对差别距离的待测目的举行三维成像。。
使用ShapeMetriX 3D系统照相获得了两幅照片，，，这两幅照片的偏向是确定的。。两幅照片上均有一个相同的点P(u,v)，，，确定了两个偏向和两个点，，，就可以获得两条射线（如图2中红色射线）。。这两条射线在三维空间相交于一点P(X,Y,Z)，，，这个点就确定了。。与此类推，，，两幅照片上的所有点在三维空间都可以都可以确定响应的三维点，，，所有的三维点就形成了一个三维面。。将一幅照片附在三维面上，，，就获得了三维图像。。两次照相的距离以及相机的位置都是无需知道的。。
图2 三维外貌成像的原理
这种三维图像获得的是局部坐标系统，，，没有其它信息。。也可以加入现有的目的信息，，，例如关于隧道，，，可以加入弧度信息。。若是输入指南针偏向数据，，，模子就可以大致瞄准真北偏向。。
模子若是需要加入地理坐标信息，，，最少需要知道图像区域内三个控制点的坐标信息，，，这三个点的坐标可以通过全站仪或者更准确的GPS 测得( 见图3) 。。最终的效果，，，就会凭证这几个控制点的坐标转换成响应的坐标系统。。
图3 一座采石场的岩质边坡三维图像
图4 一座采石场的岩质边坡三维图像
图4中(a)为一座采石场的岩质边坡三维图像。。这个三维图像是由许多三维点(b)加上照片组成的。。用自带的三维评价剖析软件，，，可以便捷地举行地质制图(d)，，，也可以绘制岩体结构球形图(e)，，，并且确定结构面间距(f)，，，可以快速地对岩体结构面举行评价剖析。。
输出效果
通常，，，可以从三维图像中获得几何数据。。接纳系统自带的JMX Analyst 软件可以对三维图像举行审查，，，也可以举行一些评价剖析，，，如图5～6。。
图5 某露天矿坑岩质边坡的三维图像系统自动绘制节理面
图6 软件盘算及审查
几何丈量与岩土工程丈量
①长度( 距离，，，距离) ，，，m；；；；
②面积，，，m2；；；；
③不一连面或整个岩质边坡( 倾向、倾角) 的空间偏向；；；；
④不一连迹和地层( 倾向、倾角) 的空间偏向。。
盘算获得的参数
①间距( 平均间距、法向间距、簇间距、总间距）；；；；
②沿轮廓线的间距；；；；
③迹的不一连性，，，单位/m
④不一连簇的空间差别；；；；
⑤体积，，，单位m2。。
输出的数据
①三维图像数据，，，VRML文件和OBJ文件；；；；
②几何数据，，，DXF文件，，，可用于CAD；；；；
③丈量的数据，，，CSV文件( 可用于Excel) 和DXF 文件( 可用于CAD)；；；；
④三维图像截图，，，JPG文件。。
应用领域
ShapeMetriX 3D可以在多种工程领域获得应用，，，包括：
隧道开挖
隧道掌子面三维制图，，，岩土数据收罗，，，工程治理，，，地质资料生涯；；；；
地下采矿
变形监测，，，岩土数据收罗，，，支护结构剖析；；；；
露天采矿
矿区图的更新，，，确定开挖的体积，，，稳固性评价( 例如岩质边坡)；；；；
岩土工程
大致相关性简直定，，，室内剖析和原位剖析。。
# 结语 #
关于岩土工程而言，，，研究岩体的结构面是很是主要的。。岩体开挖、支护设计计划都是凭证岩体结构面的参数来制订的。。古板的岩体结构面丈量要领效率低，，，保存许多问题。。ShapeMetriX 3D系统的泛起，，，解决了这些问题。。与古板的丈量要领相比，，，ShapeMetriX 3D 接纳移动非接触式岩体丈量，，，不需要专业的勘探手艺，，，使用简朴、无邪，，，使用变焦照相机手动照相，，，快速、清静地举行数据收罗。。ShapeMetriX 3D系统按一定的规则形貌岩体结构状态，，，整套系统不但仅只是一台丈量装备，，，并且带有软件，，，可以举行剖析评价。。该系统提高了地质丈量的效率、质量和清静性，，，可供岩土工程手艺职员参考。。
- End -
参考文献：郑江. 岩体三维成像系统在岩土工程中的应用[J]. 四川建材, 2021, 47(3):93-95.
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