Egoinfo摄影地质编录系统在水电站施工地质编录中的应用及研究

娄国川, 魏 斌, 郭卫新, 黄培杰

(黄河勘测规划设计有限公司,河南 郑州 450003)

Egoinfo摄影地质编录系统在水电站施工地质编录中的应用及研究

娄国川, 魏 斌, 郭卫新, 黄培杰

(黄河勘测规划设计有限公司,河南 郑州 450003)

Egoinfo摄影地质编录技术作为一种以摄影测量理论为基础,以数字近景摄影测量、数字图像处理和GIS技术为手段的新型地质编录技术,实现了施工地质编录方法的手工作业向计算机辅助作业与信息管理的转换。在对Egoinfo摄影地质编录技术系统结构和工作步骤介绍的基础上,以河口村水库洞室和边坡为例,对该系统成果与传统地质编录成果进行对比分析,指出Egoinfo数码地质编录系统在水电站施工地质编录过程中的优缺点,并对系统的改进提出建议。

摄影地质编录系统;摄影测量;图像处理;施工地质编录

随着中国水电事业的飞速发展,一些在建、拟建的大型水利水电枢纽工程规模越来越大,工程边坡的“山高坡陡”成为突出特性。在水利水电工程施工过程中,常常需要在坝基、洞室、边坡等部位开挖后、混凝土浇筑之前进行地质素描编录工作,传统的施工地质素描编录工作采用的是“罗盘+皮尺+肉眼观察+手工记录”的作业模式,这种传统的施工地质素描编录作业模式存在明显限制,例如作业时间受限、人身安全受限、技术成果精度受限等,而且手工素描编录图件与计算机程序计算软件之间缺乏直接联系,大大降低了施工设计变更计算的效率,这些问题一直是困扰专业技术人员的一大难题[1-4]。

在信息化高速发展的今天,高新技术在工程建设中发挥的作用将愈来愈大,数据库技术、CAD技术、GIS技术和数码影像技术的开发与应用水平已成为衡量工程勘测设计单位信息化建设和现代化管理水平的重要标志[5]。传统的施工地质编录工作强度高、任务重,力求在信息技术运用方面寻找新的突破口,从而降低劳动强度,提高工作质量和生产效率。同时,纯机械化作业的高速施工过程中,势必要求地质专业工程师对现场做出快速反应,以便协同设计、施工方等及时处理若干潜在的特殊地质问题,确保工程安全和正常施工。

1 Egoinfo摄影地质编录系统介绍

河海大学研发的Egoinfo摄影地质编录系统是以摄影测量理论为基础,以数字近景摄影测量、数字图像处理和GIS技术为手段,以地质编录数据的采集、管理、分析处理和图表输出为基本功能,以多技术集成应用为特色,构建的摄影地质编录的技术方法体系。它实现施工地质编录的手工作业向计算机辅助作业与信息管理的转换,在实际应用中实现了在计算机上完成地质编录的构造线素描、产状量测、岩层产状属性数据和图形图像数据的数据库查询、AutoCAD成图等等功能,全面提高了施工地质编录在数据采集、数据处理与管理方面的工作效率。

该系统包括洞室、边坡、基坑、高山峡谷和钻孔岩芯等5个模块,施工地质工作过程中主要以洞室编录、边坡编录和基坑编录为主,数码地质编录系统总体结构如图1所示[6]❶。

2 工程应用实例

沁河河口村水库位于沁河中游太行山峡谷段的南端,距峡谷出口——五龙口约9.1 km,隶属河南省济源市。河口村水库的开发任务以防洪、供水为主,兼顾灌溉、发电、改善生态,并进一步完成黄河下游调水调沙运行条件。水库设计洪水位285.43 m,校核水位285.43 m,正常蓄水位275.00 m,坝顶高程288.5 m,堆石坝最大坝高122.5 m(趾板处坝高),坝顶长度530.0 m,总库容2.64亿m3,电站总装机11.6 MW。河口村水库主要由混凝土面板堆石坝、泄洪(导流)洞、引水发电洞、电站厂房等建筑物组成。

图1 Egoinfo摄影地质编录系统总体结构图Fig.1 Total structure diagram of Egoinfo photography geologic catalogue system

Egoinfo摄影地质编录系统在河口村水库的建设过程中得到广泛应用和推广,此处以河口村水库右岸2#灌浆洞和1#泄洪洞进口引渠右侧边坡的地质编录为例,简要阐述Egoinfo数码摄影地质编录系统中洞室编录模块和边坡模块在工程建设中的应用。

2.1 洞室编录模块的应用

河口村水库右岸2#灌浆洞为单拱城门型洞,洞底高程242～244 m,边墙高度3.4 m,跨度3.6 m,拱高1.09 m,洞向202°。

外业工作时,沿洞轴线方向设站拍摄洞壁影像,使用系统自带相机Canon D600进行拍摄,相机采用M模式,焦距18 mm,分辨率5 184×3 456像素,拍摄之前先采用自动对焦模式让相机镜头朝着远方自动对焦,然后调到手动对焦模式,确保整个拍摄过程中焦距保持不变。根据洞型参数,设站步长采用2 m,拍摄换挡角采用30°,拍摄曝光采用外置闪光灯和内置闪光灯相结合的方式,根据拍摄效果及时调整曝光参数。此处展示的为右岸2#灌浆洞0+100～0+120洞段地质编录结果,共10个条带。

内业数据处理时,严格按照洞室模块的系统输入、图形处理、洞室编录、成果输出程序进行,具体的相机参数如表1所示。对该洞段处采集的外业数据进行整理,成果如图2和图3所示。

表1 洞室编录相机参数表Table 1 Camera parameters for chamber logging

图3 右岸2#灌浆洞0+100～0+120洞段地质编录成果图Fig.3 The geological logging graph of 0+100～0+120 grouting borehole at 2# rightside

图2 洞室多条带镶嵌成果图Fig.2 Chamber multiple-band mosaic graph

2.2 边坡编录模块的应用

河口村水库1#泄洪洞进口引渠右侧边坡底部高程约190 m左右,长约100 m,坡高约15 m,坡向45°,边坡完整,出露岩性主要为中元古界汝阳群白草坪组(Pt2b)紫红色硅质页岩及灰白色石英砂岩,岩层面缓倾角发育。

外业工作过程中,使用系统自带相机Canon D600进行拍摄,相机采用AV模式,焦距18 mm,分辨率5 184×3 456像素。根据拍摄位置与边坡的距离,拍摄时选取两个坡段进行摄影;为了保证每张相片至少包含4个控制点,以便于后期相片的工程外方位计算,在该边坡段共布设了8个控制点,具体控制点坐标如表2所示,控制点坐标均为工程坐标,但并不影响对边坡方位的解算;拍摄相对基线长度B值约(1/10)Y,即2.5 m左右,保证拍摄覆盖范围的相互衔接。

内业处理时,按照系统参数设置、影像录入与编码、工程坐标系转换、像片外方位计算、影像校正、影像纠正、影像镶嵌、地质编录的程序进行。对边坡影像进行纠正镶嵌处理后边坡影像成果如图4所示,地质编录成果图如图5所示。

图4 镶嵌后边坡影像成果图Fig.4 Slope images after mosaic management

图5 1#泄洪洞右岸引渠边坡编录成果图Fig.5 Logging chart on the 1# right bank diversion canal spillway tunnel

3 成果分析研究

通过对工程中采用传统地质编录方法获取的地质素描图与Egoinfo摄影地质编录技术解译的地质素描图进行如下对比分析。

(1) 对编录结果的结构面产状对比分析:洞室编录模块中Egoinfo数码摄影编录系统自动量测获取的结构面产状总体与人工测量结果一致,部分结构面受洞型和操作的人为因素控制,量测结果有所偏差,但差值整体在10°范围左右,结果可以利用;边坡编录模块中弯曲或以面的形式出露的结构面,其产状量测成果与人工测量成果相似,对于顺直发育的结构面,系统无法获取结构面上不在同一条直线的三个点,故产状量测结果失真。

(2) 对编录结果结构面的出露位置进行对比分析:Egoinfo摄影地质编录系统是根据操作者赋予软件的洞型参数或者现场控制点测量坐标及相关参数,对野外采集的影像资料进行外方位计算、图形纠正、拼接镶嵌等处理,在规则洞室和边坡中,其处理成果的结构面出露位置与人工测量位置基本吻合;尤其是在边坡编录工作中,仅仅需要对图像范围内几个控制点的坐标进行量测即可计算出其他各点的坐标,大大节省了外业工作时间,并且避免了一些不必要的安全风险。

(3) 对编录结果的结构面发育程度进行分析:Egoinfo摄影地质编录系统工作过程主要是将野外采集数据进行室内分析的过程,有充分时间对采集到的结构面进行解译,能够避免传统编录时因野外工作时间仓促所引起的结构面漏掉的现象,所获取的结构面数据更加详细。

(4) 对编录结果的结构面发育形态进行分析:Egoinfo摄影地质编录系统野外资料采集的过程中,由于洞室内光线条件和通风条件限制,给拍照环境和拍照质量带来不利影响,解译过程中有时对结构面的张开度、充填物或起伏粗糙程度无法精确判别,因此对于发育规模较大,对洞室稳定有较大影响的结构面还需要在外业影像采集的同时对其性状进行描述。

4 结论与建议

Egoinfo摄影地质编录系统具有操作简单、适用范围广、节省人力资源等优点,但是受成像、工作环境、局部地质条件的限制,对结构面的空间几何特征量测会产生偏差,局部需人工编录进行校核补充。在地质技术人员对现场地质情况综合把握的前提下,依靠该系统进行地质编录野外作业,将会大大提高对裂隙的编录、素描效率。

建议在系统的进一步升级和开发过程中,充分考虑对于不规则洞室影像纠正过程中的失真现象,使得系统能够更加适用于施工地质编录过程的不同工况。

[1] 李冬田,滕红燕,李青禾.隧洞摄影施工地质编录的DTI方法[J].水利水电科技进展,2000,20(1):39-40.

[2] 李冬田,朱文胜,陈云长,等.隧洞摄影施工地质编录方法[J].工程地质,1996(1):80-83.

[3] 李冬田,滕红燕,金诚铭,等.用数码相机进行隧洞施工地质编录[J].工程地质计算机应用,1996(1):17-18.

[4] 娄国川,赵其华.基于三维激光扫描技术的高边坡岩体结构调查[J].长江科学院院报,2009,26(9):58-61.

[5] 刘新中,李浩.施工地质数码影像编录系统的开发与应用[J].工程地质计算机应用,2004,36(4):1-6.

[6] 侯宁,杨彪.影像编录技术在缅甸DAPEIN(Ⅰ)水电站项目中的应用[J].江西水利科技,2014,40(4):298-301.

(责任编辑：陈姣霞)

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

娄国川(1985-),男,工程师,硕士,地质工程专业,从事工程地质勘察工作。E-mail:lgc1023@qq.com

P642; P234

A

1671-1211(2017)04-0506-04

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2017.04.033

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20170620.1349.024.html 数字出版日期:2017-06-20 13:49

❶ 河海大学,Eginfo摄影地质编录系统用户操作手册Version3.0。