膨胀土开挖边坡裂隙面产状数字量测方法研究.pdf

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1、第45卷第11期人民长江Vo1．45．No．112014年6月YangtzeRiverJune，2014文章编号：1001—4179(2014)11—0056—04膨胀土开挖边坡裂隙面产状数字量测方法研究黄超，练操，胡瑞华(水利部长江勘测技术研究所，湖北武汉430011)摘要：由于南水北调中线膨胀土开挖边坡裂隙结构面具有不易分辨且纹理模糊的特殊性，采用现有的数字地质编录技术费时费力，且增加人工选点误差，导致量测不准确。提出通过在膨胀土开挖边坡裂隙结构面上摆放L形标定板，结合基于SIFT的图像匹配技术与椭圆拟合的标志点检测技术自动获

2、取同名点．最后利用空间垂直关系得到裂隙结构面的产状。南水北调中线的两段工程实验表明，该方法能够快速准确地量测裂隙结构面产状。关键词：地质产状；SIFT；椭圆拟合；标定板；数字地质编录中图法分类号：P642文献标志码：A数字地质编录技术是基于数字摄影测量原理，利延伸数十米的裂隙，也有肉眼不易分辨的微裂隙，用非量测普通数码相机对工程如边坡等进行摄影，根即便出露明显的裂隙结构面也色调单一，纹理模糊，人据现场上布置的一定数量的控制点对图像进行校正，工目视选取同名点不仅费时费力，而且会增加人工选得到边坡的正射图像，在正射图像中对现场出露的裂

3、点误差。因此，制作了一种L形标定板，标定板由两隙结构面等地质内容进行解译，完成对工程现场的地个垂直面组成，在一个面上绘制一些标记，如编号、上质编录，为后续的分析治理提供地质资料。由于其下规则排列4个相同大小的圆形标定图案等，另一个快捷、效率及自动化程度高，受到了水利水电地质勘测面放置在结构面上，有标志的一面朝向数码相机。标行业的关注研究。长江勘测技术研究所早在国家“七定板尺寸有l5em×15cm和30cm×30cm两种，根五”科技攻关项目研究中，就率先开展了这方面的技据摄像距离与裂隙结构面大小选择标定板的尺寸。通术研究并开发了Ge

4、omapc系统，其经过在三峡、水过基于SIFT的图像匹配算法快速匹配L形标志板板布垭等工程中不断试验应用，取得了较好效果。此外，面的同名点，计算这些同名点的物方坐标，进而计算标还有河海大学开发的EgoInfo系统等。在这些系统中，志板面的产状，然后基于椭圆拟合的检测算法快速检计算岩体结构面产状的方法基本相同，即采用人工交测圆形标定图案的圆心标识点，利用标识点及裂隙结互的办法在同名像对中选取结构面上3个以上同名构面与L形标定板板面的空间垂直关系，得到裂隙结点，计算这些点的物方坐标，再通过这些物方坐标计算构面的产状。本文首先简要阐述这

5、两种算法基本原出结构面的产状。这种方法用于解决岩质边坡的地质理，然后通过南水北调工程两段实践数据说明该方法编录是可行的，因为岩质边坡结构面在图像上通常十是可行的，且能够快速准确地量测裂隙结构面产状。分清晰，目视寻找同名点也比较容易。然而这种方法1SIFT算法用在膨胀土开挖边坡的裂隙结构面产状量测中会遇到很大困难，原因在于膨胀土的裂隙形成和发育受控于尺度不变特征SIFT(ScaleInvariantFeatureTrans—膨胀土的原始沉积环境和后期的自然环境改造，既有form)具有旋转、光照、仿射和尺度等不变性，是目前图收稿日期：

6、2014—03—20基金项目：“十二五”国家科技支撑计划项目“施工期膨胀土开挖边坡稳定性预测技术”(2011BABIOB01)作者简介：黄超，男，助理工程师，主要从事摄影测量与遥感解译及地理信息系统工作。E—mail：306609403@qq．~om第11期黄超，等：膨胀土开挖边坡裂隙面产状数字量测方法研究57像特征检测和匹配算法中最为有效成熟的算法。基于特征点检测与描述完成后，就需要进行特征点匹SIFT的图像匹配算法首先利用尺度空间的概念建立配，采用最近邻距离算法进行匹配，即采用和样本特征图像的尺度空间，在尺度空间中搜索出图像的

7、局部极点最近邻的特征点的欧式距离与次近邻特征点的欧氏值点作为候选关键点，去除对比度低的关键点和不稳距离的比值与所设定阈值比较，若比值小于阈值，则认定的边缘响应点，确定关键点的主方向，生成关键点特为特征点对匹配。另外，可以使用随机抽样一致性征描述子，使每个关键点具有位置、尺度和方向信息，RANSAC(RandomSampleConsensus)算法对匹配后的最后采用特征描述符向量之间的欧式距离度量两个特特征点进行筛选，剔除匹配错误的特征点。征点之间的匹配程度。2椭圆拟合算法为了利用空间垂直关系将标定板平面信息传递给结构面，还需要一条

8、平行于结构面的直线坐标，因此在L形标定板的板面上下规则排列了4个相同大小的圆形标定图案，然而由于图像变形使其在图像中呈现为趋近椭圆的不规则形状，为此，可用椭圆方程去参数化不规则形状，获得的椭圆中心点就是最趋近物方原始图1L形标定板在膨胀土裂隙结构面