婁國川, 魏 斌, 郭衛(wèi)新, 黃培杰

(黃河勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司,河南 鄭州 450003)

Egoinfo攝影地質(zhì)編錄系統(tǒng)在水電站施工地質(zhì)編錄中的應(yīng)用及研究

婁國川, 魏 斌, 郭衛(wèi)新, 黃培杰

(黃河勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司,河南 鄭州 450003)

Egoinfo攝影地質(zhì)編錄技術(shù)作為一種以攝影測量理論為基礎(chǔ),以數(shù)字近景攝影測量、數(shù)字圖像處理和GIS技術(shù)為手段的新型地質(zhì)編錄技術(shù),實(shí)現(xiàn)了施工地質(zhì)編錄方法的手工作業(yè)向計(jì)算機(jī)輔助作業(yè)與信息管理的轉(zhuǎn)換。在對Egoinfo攝影地質(zhì)編錄技術(shù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作步驟介紹的基礎(chǔ)上,以河口村水庫洞室和邊坡為例,對該系統(tǒng)成果與傳統(tǒng)地質(zhì)編錄成果進(jìn)行對比分析,指出Egoinfo數(shù)碼地質(zhì)編錄系統(tǒng)在水電站施工地質(zhì)編錄過程中的優(yōu)缺點(diǎn),并對系統(tǒng)的改進(jìn)提出建議。

攝影地質(zhì)編錄系統(tǒng);攝影測量;圖像處理;施工地質(zhì)編錄

隨著中國水電事業(yè)的飛速發(fā)展,一些在建、擬建的大型水利水電樞紐工程規(guī)模越來越大,工程邊坡的“山高坡陡”成為突出特性。在水利水電工程施工過程中,常常需要在壩基、洞室、邊坡等部位開挖后、混凝土澆筑之前進(jìn)行地質(zhì)素描編錄工作,傳統(tǒng)的施工地質(zhì)素描編錄工作采用的是“羅盤+皮尺+肉眼觀察+手工記錄”的作業(yè)模式,這種傳統(tǒng)的施工地質(zhì)素描編錄作業(yè)模式存在明顯限制,例如作業(yè)時(shí)間受限、人身安全受限、技術(shù)成果精度受限等,而且手工素描編錄圖件與計(jì)算機(jī)程序計(jì)算軟件之間缺乏直接聯(lián)系,大大降低了施工設(shè)計(jì)變更計(jì)算的效率,這些問題一直是困擾專業(yè)技術(shù)人員的一大難題[1-4]。

在信息化高速發(fā)展的今天,高新技術(shù)在工程建設(shè)中發(fā)揮的作用將愈來愈大,數(shù)據(jù)庫技術(shù)、CAD技術(shù)、GIS技術(shù)和數(shù)碼影像技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用水平已成為衡量工程勘測設(shè)計(jì)單位信息化建設(shè)和現(xiàn)代化管理水平的重要標(biāo)志[5]。傳統(tǒng)的施工地質(zhì)編錄工作強(qiáng)度高、任務(wù)重,力求在信息技術(shù)運(yùn)用方面尋找新的突破口,從而降低勞動(dòng)強(qiáng)度,提高工作質(zhì)量和生產(chǎn)效率。同時(shí),純機(jī)械化作業(yè)的高速施工過程中,勢必要求地質(zhì)專業(yè)工程師對現(xiàn)場做出快速反應(yīng),以便協(xié)同設(shè)計(jì)、施工方等及時(shí)處理若干潛在的特殊地質(zhì)問題,確保工程安全和正常施工。

1 Egoinfo攝影地質(zhì)編錄系統(tǒng)介紹

河海大學(xué)研發(fā)的Egoinfo攝影地質(zhì)編錄系統(tǒng)是以攝影測量理論為基礎(chǔ),以數(shù)字近景攝影測量、數(shù)字圖像處理和GIS技術(shù)為手段,以地質(zhì)編錄數(shù)據(jù)的采集、管理、分析處理和圖表輸出為基本功能,以多技術(shù)集成應(yīng)用為特色,構(gòu)建的攝影地質(zhì)編錄的技術(shù)方法體系。它實(shí)現(xiàn)施工地質(zhì)編錄的手工作業(yè)向計(jì)算機(jī)輔助作業(yè)與信息管理的轉(zhuǎn)換,在實(shí)際應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)了在計(jì)算機(jī)上完成地質(zhì)編錄的構(gòu)造線素描、產(chǎn)狀量測、巖層產(chǎn)狀屬性數(shù)據(jù)和圖形圖像數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫查詢、AutoCAD成圖等等功能,全面提高了施工地質(zhì)編錄在數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理與管理方面的工作效率。

該系統(tǒng)包括洞室、邊坡、基坑、高山峽谷和鉆孔巖芯等5個(gè)模塊,施工地質(zhì)工作過程中主要以洞室編錄、邊坡編錄和基坑編錄為主,數(shù)碼地質(zhì)編錄系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示[6]?。

2 工程應(yīng)用實(shí)例

沁河河口村水庫位于沁河中游太行山峽谷段的南端,距峽谷出口——五龍口約9.1 km,隸屬河南省濟(jì)源市。河口村水庫的開發(fā)任務(wù)以防洪、供水為主,兼顧灌溉、發(fā)電、改善生態(tài),并進(jìn)一步完成黃河下游調(diào)水調(diào)沙運(yùn)行條件。水庫設(shè)計(jì)洪水位285.43 m,校核水位285.43 m,正常蓄水位275.00 m,壩頂高程288.5 m,堆石壩最大壩高122.5 m(趾板處壩高),壩頂長度530.0 m,總庫容2.64億m3,電站總裝機(jī)11.6 MW。河口村水庫主要由混凝土面板堆石壩、泄洪(導(dǎo)流)洞、引水發(fā)電洞、電站廠房等建筑物組成。

圖1 Egoinfo攝影地質(zhì)編錄系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Total structure diagram of Egoinfo photography geologic catalogue system

Egoinfo攝影地質(zhì)編錄系統(tǒng)在河口村水庫的建設(shè)過程中得到廣泛應(yīng)用和推廣,此處以河口村水庫右岸2#灌漿洞和1#泄洪洞進(jìn)口引渠右側(cè)邊坡的地質(zhì)編錄為例,簡要闡述Egoinfo數(shù)碼攝影地質(zhì)編錄系統(tǒng)中洞室編錄模塊和邊坡模塊在工程建設(shè)中的應(yīng)用。

2.1 洞室編錄模塊的應(yīng)用

河口村水庫右岸2#灌漿洞為單拱城門型洞,洞底高程242～244 m,邊墻高度3.4 m,跨度3.6 m,拱高1.09 m,洞向202°。

外業(yè)工作時(shí),沿洞軸線方向設(shè)站拍攝洞壁影像,使用系統(tǒng)自帶相機(jī)Canon D600進(jìn)行拍攝,相機(jī)采用M模式,焦距18 mm,分辨率5 184×3 456像素,拍攝之前先采用自動(dòng)對焦模式讓相機(jī)鏡頭朝著遠(yuǎn)方自動(dòng)對焦,然后調(diào)到手動(dòng)對焦模式,確保整個(gè)拍攝過程中焦距保持不變。根據(jù)洞型參數(shù),設(shè)站步長采用2 m,拍攝換擋角采用30°,拍攝曝光采用外置閃光燈和內(nèi)置閃光燈相結(jié)合的方式,根據(jù)拍攝效果及時(shí)調(diào)整曝光參數(shù)。此處展示的為右岸2#灌漿洞0+100～0+120洞段地質(zhì)編錄結(jié)果,共10個(gè)條帶。

內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理時(shí),嚴(yán)格按照洞室模塊的系統(tǒng)輸入、圖形處理、洞室編錄、成果輸出程序進(jìn)行,具體的相機(jī)參數(shù)如表1所示。對該洞段處采集的外業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理,成果如圖2和圖3所示。

表1 洞室編錄相機(jī)參數(shù)表Table 1 Camera parameters for chamber logging

圖3 右岸2#灌漿洞0+100～0+120洞段地質(zhì)編錄成果圖Fig.3 The geological logging graph of 0+100～0+120 grouting borehole at 2# rightside

圖2 洞室多條帶鑲嵌成果圖Fig.2 Chamber multiple-band mosaic graph

2.2 邊坡編錄模塊的應(yīng)用

河口村水庫1#泄洪洞進(jìn)口引渠右側(cè)邊坡底部高程約190 m左右,長約100 m,坡高約15 m,坡向45°,邊坡完整,出露巖性主要為中元古界汝陽群白草坪組(Pt2b)紫紅色硅質(zhì)頁巖及灰白色石英砂巖,巖層面緩傾角發(fā)育。

外業(yè)工作過程中,使用系統(tǒng)自帶相機(jī)Canon D600進(jìn)行拍攝,相機(jī)采用AV模式,焦距18 mm,分辨率5 184×3 456像素。根據(jù)拍攝位置與邊坡的距離,拍攝時(shí)選取兩個(gè)坡段進(jìn)行攝影;為了保證每張相片至少包含4個(gè)控制點(diǎn),以便于后期相片的工程外方位計(jì)算,在該邊坡段共布設(shè)了8個(gè)控制點(diǎn),具體控制點(diǎn)坐標(biāo)如表2所示,控制點(diǎn)坐標(biāo)均為工程坐標(biāo),但并不影響對邊坡方位的解算;拍攝相對基線長度B值約(1/10)Y,即2.5 m左右,保證拍攝覆蓋范圍的相互銜接。

內(nèi)業(yè)處理時(shí),按照系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、影像錄入與編碼、工程坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換、像片外方位計(jì)算、影像校正、影像糾正、影像鑲嵌、地質(zhì)編錄的程序進(jìn)行。對邊坡影像進(jìn)行糾正鑲嵌處理后邊坡影像成果如圖4所示,地質(zhì)編錄成果圖如圖5所示。

圖4 鑲嵌后邊坡影像成果圖Fig.4 Slope images after mosaic management

圖5 1#泄洪洞右岸引渠邊坡編錄成果圖Fig.5 Logging chart on the 1# right bank diversion canal spillway tunnel

3 成果分析研究

通過對工程中采用傳統(tǒng)地質(zhì)編錄方法獲取的地質(zhì)素描圖與Egoinfo攝影地質(zhì)編錄技術(shù)解譯的地質(zhì)素描圖進(jìn)行如下對比分析。

(1) 對編錄結(jié)果的結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀對比分析:洞室編錄模塊中Egoinfo數(shù)碼攝影編錄系統(tǒng)自動(dòng)量測獲取的結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀總體與人工測量結(jié)果一致,部分結(jié)構(gòu)面受洞型和操作的人為因素控制,量測結(jié)果有所偏差,但差值整體在10°范圍左右,結(jié)果可以利用;邊坡編錄模塊中彎曲或以面的形式出露的結(jié)構(gòu)面,其產(chǎn)狀量測成果與人工測量成果相似,對于順直發(fā)育的結(jié)構(gòu)面,系統(tǒng)無法獲取結(jié)構(gòu)面上不在同一條直線的三個(gè)點(diǎn),故產(chǎn)狀量測結(jié)果失真。

(2) 對編錄結(jié)果結(jié)構(gòu)面的出露位置進(jìn)行對比分析:Egoinfo攝影地質(zhì)編錄系統(tǒng)是根據(jù)操作者賦予軟件的洞型參數(shù)或者現(xiàn)場控制點(diǎn)測量坐標(biāo)及相關(guān)參數(shù),對野外采集的影像資料進(jìn)行外方位計(jì)算、圖形糾正、拼接鑲嵌等處理,在規(guī)則洞室和邊坡中,其處理成果的結(jié)構(gòu)面出露位置與人工測量位置基本吻合;尤其是在邊坡編錄工作中,僅僅需要對圖像范圍內(nèi)幾個(gè)控制點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行量測即可計(jì)算出其他各點(diǎn)的坐標(biāo),大大節(jié)省了外業(yè)工作時(shí)間,并且避免了一些不必要的安全風(fēng)險(xiǎn)。

(3) 對編錄結(jié)果的結(jié)構(gòu)面發(fā)育程度進(jìn)行分析:Egoinfo攝影地質(zhì)編錄系統(tǒng)工作過程主要是將野外采集數(shù)據(jù)進(jìn)行室內(nèi)分析的過程,有充分時(shí)間對采集到的結(jié)構(gòu)面進(jìn)行解譯,能夠避免傳統(tǒng)編錄時(shí)因野外工作時(shí)間倉促所引起的結(jié)構(gòu)面漏掉的現(xiàn)象,所獲取的結(jié)構(gòu)面數(shù)據(jù)更加詳細(xì)。

(4) 對編錄結(jié)果的結(jié)構(gòu)面發(fā)育形態(tài)進(jìn)行分析:Egoinfo攝影地質(zhì)編錄系統(tǒng)野外資料采集的過程中,由于洞室內(nèi)光線條件和通風(fēng)條件限制,給拍照環(huán)境和拍照質(zhì)量帶來不利影響,解譯過程中有時(shí)對結(jié)構(gòu)面的張開度、充填物或起伏粗糙程度無法精確判別,因此對于發(fā)育規(guī)模較大,對洞室穩(wěn)定有較大影響的結(jié)構(gòu)面還需要在外業(yè)影像采集的同時(shí)對其性狀進(jìn)行描述。

4 結(jié)論與建議

Egoinfo攝影地質(zhì)編錄系統(tǒng)具有操作簡單、適用范圍廣、節(jié)省人力資源等優(yōu)點(diǎn),但是受成像、工作環(huán)境、局部地質(zhì)條件的限制,對結(jié)構(gòu)面的空間幾何特征量測會產(chǎn)生偏差,局部需人工編錄進(jìn)行校核補(bǔ)充。在地質(zhì)技術(shù)人員對現(xiàn)場地質(zhì)情況綜合把握的前提下,依靠該系統(tǒng)進(jìn)行地質(zhì)編錄野外作業(yè),將會大大提高對裂隙的編錄、素描效率。

建議在系統(tǒng)的進(jìn)一步升級和開發(fā)過程中,充分考慮對于不規(guī)則洞室影像糾正過程中的失真現(xiàn)象,使得系統(tǒng)能夠更加適用于施工地質(zhì)編錄過程的不同工況。

[1] 李冬田,滕紅燕,李青禾.隧洞攝影施工地質(zhì)編錄的DTI方法[J].水利水電科技進(jìn)展,2000,20(1):39-40.

[2] 李冬田,朱文勝,陳云長,等.隧洞攝影施工地質(zhì)編錄方法[J].工程地質(zhì),1996(1):80-83.

[3] 李冬田,滕紅燕,金誠銘,等.用數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行隧洞施工地質(zhì)編錄[J].工程地質(zhì)計(jì)算機(jī)應(yīng)用,1996(1):17-18.

[4] 婁國川,趙其華.基于三維激光掃描技術(shù)的高邊坡巖體結(jié)構(gòu)調(diào)查[J].長江科學(xué)院院報(bào),2009,26(9):58-61.

[5] 劉新中,李浩.施工地質(zhì)數(shù)碼影像編錄系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用[J].工程地質(zhì)計(jì)算機(jī)應(yīng)用,2004,36(4):1-6.

[6] 侯寧,楊彪.影像編錄技術(shù)在緬甸DAPEIN(Ⅰ)水電站項(xiàng)目中的應(yīng)用[J].江西水利科技,2014,40(4):298-301.

(責(zé)任編輯：陳姣霞)

Application and Research of Egoinfo Photography Geologic CatalogueSystem in the Hydroelectric Station Projects

LUO Guochuan, WEI Bin, GUO Weixin, HUANG Peijie

(YellowRiverEngineeringConsultingCo.,Ltd.,Zhengzhou,Henan450003)

Based on photogrammetry theory,Egoinfo photography geologic catalogue system is developed as a new kind of geological logging technology with digital close range photogrammetry,digital image processing and GIS technology. This method implemented the transformation from manual work to computer assistance and information management for the geological logging projects. In this research,the system structure and work steps of this Egoinfo technology are firstly introduced. Then,taken the reservoir tunnel and slope locate in Hekou village for example,comparative analyses of the results derived from the Egoinfo system and those of traditional geological logging process are carried out. Finally,this paper further discusses the merits and faults of the Egoinfo technology and provides some advisements to improve the system.

photography geologic catalogue system; photogrammetry measurement; image processing; construction geology logging

2017-06-09;改回日期:2017-07-05

婁國川(1985-),男,工程師,碩士,地質(zhì)工程專業(yè),從事工程地質(zhì)勘察工作。E-mail:lgc1023@qq.com

P642; P234

A

1671-1211(2017)04-0506-04

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2017.04.033

數(shù)字出版網(wǎng)址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20170620.1349.024.html 數(shù)字出版日期:2017-06-20 13:49

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