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三维激光扫描技术作为一种获取物体三维信息的技术手段得到了飞速的发展。由于它具有非接触测量、高分辨率、高采样率等优势,在各个领域有着非常广泛的应用。
目前,三维激光扫描仪的应用主要集中在危岩体的稳定性评估、采石场开采量的计算等方面,例如岩体分布位置的查询、节理裂隙的查询、岩体的变形查询、岩体几何尺寸的计算以及结构面产状的测量。早期的激光扫描仪获取的数据只是被测物体的空间三维坐标,因此对三维激光扫描仪数据的处理及应用主要集中在三维坐标数据的直接处理及应用上,所以目前三维激光扫描技术在地质领域中的应用主要还集中在表面形态变化研究和表面测量方面。对于地质体的组成和形态成因方面的研究仅处在初级阶段。因此,如何把具有多种优势的三维激光扫描技术应用于地质领域还有待进一步研究和探索。
现在的三维激光扫描系统在测定激光脚点三维坐标的同时,还能够记录该激光脚点位置反射激光信号的强度信息。这种信息的实质同光谱数据是一样的。岩石的反射光谱特征与矿物成分有关。不同的岩石由不同的元素组成,影响着岩石的反射光谱特征。不同对象具有不同的反射介质表面,高反射率介质对应强激光回波信号。黑色表面对激光信号有吸收效应反射信号很弱。由于这两种数据是同一系统、同一激光信号在同一时间获得的,它们具有点对点的融合条件,即三维坐标和强度信息以及彩色信息可以无缝拼合。本文试图探讨利用激光回波信号的强度进行成像,结合三维激光扫描仪的三维坐标信息对强度数据进行处理并达到区分岩性的目的。
研究论文首先介绍了三维激光扫描技术的基本特点与分类,并详细介绍了Optech公司生产的ILRIS-36D三维激光扫描仪,系统扫描了铁山等地区12条剖面。在此基础上讨论了扫描距离、扫描角度对点云数据的影响,并引用了由国外学者提出的对点云数据精度评价的公式。在此基础上运用分形与多重分形技术,讨论了两种不同的岩石的Intensity、粗糙度与分维数之间的差异。粗糙度、分维数、化学组成的差异体现在点云数据中为Intensity的差异。
论文得出如下结论:
1.灰岩与页岩具有不同的Intensity值,页岩的Intensity均值为30.64,而灰岩的Intensity均值为48.61,这可能与岩石本身的碳酸钙和有机质含量密切相关;
2.灰岩的粗糙度Rq在0.25-0.38之间波动,而页岩的粗糙度变化在0.028-0.08范围内,二者存在显著的差异,这可能与不同的岩性的粒度、成分等有关;
3.线性相关关系分析表明,Rq与岩石的Intensity之间有一定的相关关系,其中灰岩的Rq与Intensity之间表现为正相关关系,而页岩的Rq与Intensity之间表现为负相关关系;
4.通过分形刻划,认为灰岩的曲线维数与Intensity成正相关关系,而页岩的曲线维数与Intensity成负相关关系。