一種非接觸式結構面產(chǎn)狀測量方法
【專利摘要】一種非接觸式結構面產(chǎn)狀測量方法，包括如下步驟：利用激光或紅外測距儀的空間測距功能，以測距儀安置點為原點，以磁北方向為x軸正方向，建立右手空間笛卡爾直角坐標系；旋轉測距儀使測量光束射至待測結構面的三個非共線點，分別記錄每支測量光束的垂直旋轉角、水平旋轉角及測量距離；利用空間向量和幾何投影關系定量描述待測結構面傾斜狀態(tài)，計算出結構面的傾角、傾向和走向。本發(fā)明突破了傳統(tǒng)地質羅盤儀接觸式測量的應用限制，實現(xiàn)了遠距離或難以接觸的結構面產(chǎn)狀的測量，有效避免了礦物磁性對測量產(chǎn)生的誤差。
【專利說明】一種非接觸式結構面產(chǎn)狀測量方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種結構面產(chǎn)狀測量方法，具體是一種非接觸式結構面產(chǎn)狀測量方法，可以在不接觸結構面的情況下遠距離對結構面進行產(chǎn)狀測量。
【背景技術】
[0002]結構面產(chǎn)狀包括三個要素:走向、傾向和傾角。傳統(tǒng)的結構面產(chǎn)狀測量是使用地質羅盤儀，該儀器通常有以下不足之處:
[0003](I)測量結果準確性差
[0004]在工程現(xiàn)場，通常是對結構面的某一出露處進行測量，對結構面的整體性重視不夠，難以確保測量值與客觀真值一致；對于較小的巖層露頭，或采用地質錘也難以鑿出足夠大小的接觸面，則傳統(tǒng)的地質羅盤難以與巖層面有效接觸，測量值難免有誤差；另外，由于人手的抖動、觀測視線習慣及光線環(huán)境等問題，也有可能帶來人工誤差。
[0005]( 2 )受礦物磁性干擾大
[0006]在測量含有磁性礦物的巖層時，地質羅盤受磁性干擾大，難以準確測量結構面產(chǎn)狀。
[0007](3)不能適用于一些遠距離或難以接觸的結構面測量
[0008]傳統(tǒng)的地質羅盤儀測量方式為接觸式測量，對于復雜條件下的結構面，如懸崖峭壁、河流阻塞、礦山高空結構頂板，測量人員難以直接接觸測量，采用結構面虛擬延展的方法，受測量距離因素的影響嚴重，難以避免測量值與客觀真值之間的較大偏差。
[0009]為克服機械式地質羅盤儀接觸式測量的局限性，William C.Haneberg應用數(shù)字近景攝影測量技術建立了巖質邊坡三維模型并進行了結構面測圖工作，劉子俠開展了基于數(shù)字近景攝影測量的巖體結構面信息快速采集的應用研究，S.Slob研究了基于三維激光掃描技術測量巖體結構面的方法，張文提出了基于三維激光掃描技術的巖體結構信息化處理方法并開展了工程應用，Berger等利用SPOT衛(wèi)星立體像對進行了地表地層產(chǎn)狀提取的研究，劉華國等人開展了利用遙感影像技術進行近地表地層產(chǎn)狀的提取的研究工作，王彪將GPS技術應用到近水平地層產(chǎn)狀精確測量中，這些技術在測量精度和速度上有了很大提高，但儀器操作過程或復雜，或設備笨重或昂貴，很難進行大規(guī)模推廣應用。馬慶勛根據(jù)激光直線傳輸原理發(fā)明了一種地質羅盤儀，但該羅盤仍然是接觸式的，難以避免礦物磁性的干擾，且特殊產(chǎn)狀結構面沒有給予考慮。有關巖層產(chǎn)狀的數(shù)學求解方法方面，劉洪濤介紹分別利用向量代數(shù)、空間解析幾何原理求解巖層產(chǎn)狀的兩種方法。

【發(fā)明內容】

[0010]本發(fā)明提供一種非接觸的結構面產(chǎn)狀測量方法，能夠對遠距離或難以接觸的結構面進行產(chǎn)狀測量，可以有效克服礦物磁性對產(chǎn)狀測量帶來的誤差，為地質測量提供更為便利的測量條件和更高的精度，其測量適用范圍廣，易實現(xiàn)。
[0011]本發(fā)明通過以下技術方案實現(xiàn)上述目的:一種非接觸式結構面產(chǎn)狀測量方法，利用激光或紅外等測距儀的空間測距離功能來測量結構面的三個非共線點到儀器安置點的距離，同時記錄儀器測量光線偏離磁北方向的水平角度和偏離水平面的垂直角度，再利用空間向量和幾何投影關系模擬出結構面傾斜狀態(tài)，進而計算出結構面的傾角、傾向和走向。具體步驟如下:
[0012]1、將激光或紅外測距儀隨測量儀器安置在測站點上，在不影響光線發(fā)射和接收的情況下，測站點可以隨意選取。
[0013]2、以儀器安置點為原點，以磁北方向為X軸的正方向，再根據(jù)右手定則確定y軸和z軸，建立空間笛卡爾直角坐標系。
[0014]3、旋轉測距儀使測量光束射至結構面的三個非共線點上，并分別記錄測量光束的水平旋轉角、垂直旋轉角及測量距離。
[0015]4、計算出三個非共線點所在平面的法向量，并求出該平面的法向量與坐標xy平面法向量的夾角，根據(jù)傾角的取值范圍來確定傾角的取值。
[0016]5、將結構面的法向量f與xy水平面的法向量g叉乘，得到一個與結構面走向平
行的向量/7由得到一個在結構面上與走向垂直的向量石 ?在xy水平面上的投
影向量記為75，根據(jù)g^啲值判斷傾向的方向向量；最后根據(jù)傾向方向向量與X軸單位向量的夾角計算出傾向。
[0017]6、根據(jù)傾向與走向的關系，將傾向±90°得出結構面的走向。
[0018]所述測量光束的垂直旋轉角為GiQ=I, 2，3)、水平旋轉角P U = l23>及測量距離
lk(k=l，2，3)，利用空間向量和幾何投影關系計算出結構面的傾角α、傾向β和走向Y，其代表性公式有:
[0019]傾角α:
[0020]
【權利要求】
1.一種非接觸式結構面產(chǎn)狀測量方法，其特征在于，利用激光或紅外等測距儀的空間測距離功能來測量結構面的三個非共線點到儀器安置點的距離，同時記錄儀器測量光線偏離磁北方向的水平角度和偏離水平面的垂直角度，再利用空間向量和幾何投影關系模擬出結構面傾斜狀態(tài)，進而計算出結構面的傾角、傾向和走向，具體步驟如下: (1)將激光或紅外測距儀隨測量儀器安置在測站點上，在不影響光線發(fā)射和接收的情況下，測站點可以隨意選?。? (2)以儀器安置點為原點，以磁北方向為X軸的正方向，再根據(jù)右手定則確定I軸和z軸，建立空間笛卡爾直角坐標系； (3)旋轉測距儀使測量光束射至結構面的三個非共線點上，并分別記錄測量光束的水平旋轉角、垂直旋轉角及測量距離； (4)計算出三個非共線點所在平面的法向量，并求出該平面的法向量與坐標xy平面法向量的夾角，根據(jù)傾角的取值范圍來確定傾角的取值； (5)將結構面的法向量;?與xy水平面的法向量$叉乘，得到一個與結構面走向平行的向量由石xf得到一個在結構面上與走向垂直的向量^ ; ?在xy水平面上的投影向量記為廠根據(jù)的值判斷傾向的方向向量；最后根據(jù)傾向方向向量與X軸單位向量的夾角計異傾向； (6)根據(jù)傾向與走向的關系，將傾向±90°得出結構面的走向。
2.如權利要求1所述的非接觸式結構面產(chǎn)狀測量方法，其特征在于，所述測量光束的垂直旋轉角為Θ i (i=l, 2，3)、水平旋轉角= I二3)及測量距離lk(k=1，2，3)，利用空間向量和幾何投影關系計算出結構面的傾角α、傾向β和走向Y，其代表性公式有: 傾角α:
【文檔編號】G01C1/00GK103697854SQ201310669599
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月10日 優(yōu)先權日:2013年12月10日
【發(fā)明者】吳樂文, 陳慶發(fā), 張亞南, 莫載斌 申請人:廣西華錫集團股份有限公司