域根據(jù)構(gòu)網(wǎng)跨度定位極限邊長(zhǎng)。
[0086] 經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)的預(yù)處理過(guò)程,我們已經(jīng)把所獲取的數(shù)據(jù)建成了可以進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析比對(duì) 的模型,并且在同一坐標(biāo)系之下;將模型導(dǎo)入到逆向分析軟件中(如Geomagic、Polyworks) 即可進(jìn)行比對(duì),然而由于對(duì)象不是孤立的單體,而是綿延的砂巖山體,如何確定每次監(jiān)測(cè)的 數(shù)據(jù)為統(tǒng)一范圍或者簡(jiǎn)單的說(shuō)如何保證每次監(jiān)測(cè)的目標(biāo)都是同一物體,也是本例內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù) 處理中的一處關(guān)鍵。
[0087] 因?yàn)橛辛搜芯繉?duì)象A的概念,本例中,我們把初始值數(shù)據(jù)(第一次監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù))導(dǎo) 入到圖形工作站中,在N(北坐標(biāo))正視的角度下,我們截取了較為完整的一塊數(shù)據(jù),經(jīng)過(guò)軟 件計(jì)算,該數(shù)據(jù)在N (北坐標(biāo))方向的水平投影面積為78. 5151m2,我們將這一塊數(shù)據(jù)視為標(biāo) 準(zhǔn)比對(duì)模型,即為研究對(duì)象A,同時(shí)我們將這一模型在N(北坐標(biāo))方向上的投影坐標(biāo)取下并 記錄,在以后的比對(duì)中,把每次監(jiān)測(cè)獲取的數(shù)據(jù)模型導(dǎo)入軟件后,輸入這四個(gè)投影坐標(biāo),以 這四個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)為包圍盒,去掉包圍盒以外的數(shù)據(jù),剩下的模型即為研究對(duì)象A,這樣就保證 了每次比對(duì)的模型為同一數(shù)據(jù)范圍的模型,然后在軟件中我們計(jì)算出模型的空間體積,根 據(jù)每次不同的體積數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)。注意:為保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,每次的比對(duì)分析均在同一 工作站中處理。
[0088] 根據(jù)實(shí)際情況,我們進(jìn)行了四次監(jiān)測(cè),時(shí)間分別為2012年5月、2012年12月、2013 年8月和2014年2月,我們將2012年5月首次監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)作為初始模型,其他三次為測(cè)試 模型。
[0089] 研究對(duì)象A如圖5所示,通過(guò)首次和末次的數(shù)據(jù)比對(duì)可以得出發(fā)生體積變化的區(qū) 域面積為78. 499m2,占99. 98%。也就是說(shuō)在2012年5月至2014年2月的時(shí)間里,發(fā)生風(fēng) 化的的面積占到總面積的99. 98 %。
[0090] 本發(fā)明提供了一種基于體積變化量測(cè)定年平均風(fēng)化速度的方法,并給出了計(jì)算公 式:年平均風(fēng)化速度=體積變化量/投影面積/監(jiān)測(cè)時(shí)間(年數(shù)),單位如cm3/m2 · a,mm3/ m2 · a等,我們通過(guò)軟件算法分別將三個(gè)比較模型與初始模型進(jìn)行比較分析,可得出圖4的 體積形變量數(shù)據(jù),可知2012年5月至2014年2月,研究對(duì)象A的風(fēng)化量為0. 001616m3,即 1616cm3〇
[0091] 表 1
[0093] 如表1所示,由于現(xiàn)場(chǎng)原因,無(wú)法嚴(yán)格按照水文年的要求監(jiān)測(cè),故我們把2012年5 月至2014年2月定義為1. 75年。那么研究對(duì)象A的年平均風(fēng)化速度為:
[0094] 1616cm378. 5151m21. 75a = 11. 7612cm3/m2 · a〇
[0095] 本發(fā)明提供了一種基于單點(diǎn)形變量測(cè)定年平均風(fēng)化速度的方法,通過(guò)對(duì)比分析, 我們可以找到風(fēng)化最強(qiáng)點(diǎn)的位置和形變量,并給出了計(jì)算公式:?jiǎn)吸c(diǎn)風(fēng)化位置年平均風(fēng)化 速度=單點(diǎn)形變量/監(jiān)測(cè)時(shí)間(年數(shù)),單位如mm/a等。
[0096] 研究對(duì)象A風(fēng)化最大值為0. 015m,即15_。故而研究對(duì)象A的最快風(fēng)化位置年平 均風(fēng)化速度為:
[0097] 15mm+1. 75a = 8. 5714mm/a〇
[0098] 以上所述【具體實(shí)施方式】是對(duì)第9、10窟外立柱進(jìn)行全面的變形監(jiān)測(cè),以此獲得外 立面表面風(fēng)化速度的定量表述。進(jìn)一步的,我們還可以從中獲取相應(yīng)的形變結(jié)果及外立面 的變化趨勢(shì),建立外立面石柱的安全及健康檔案,從而對(duì)風(fēng)化速度進(jìn)行進(jìn)一步的研究。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種定量測(cè)量砂巖質(zhì)文物表面風(fēng)化速度的方法,其特征在于: 文物表面風(fēng)化速度為在測(cè)定時(shí)間內(nèi)的單位表面積的體積變化量或單點(diǎn)形變量,具體 地: 對(duì)于體積變化量:平均風(fēng)化速度=體積變化量/投影面積/檢測(cè)間隔時(shí)間; 對(duì)于單點(diǎn)形變量:平均風(fēng)化速度=單點(diǎn)形變量/檢測(cè)間隔時(shí)間; 定量測(cè)量砂巖質(zhì)文物表面風(fēng)化速度的方法為: A. 根據(jù)文物的位置設(shè)置控制點(diǎn)和觀測(cè)方向; B. 通過(guò)全站儀測(cè)定控制點(diǎn)的坐標(biāo)并建立控制網(wǎng); C. 通過(guò)三維激光掃描儀對(duì)待測(cè)文物進(jìn)行首次掃描,得到點(diǎn)云數(shù)據(jù),將控制網(wǎng)的坐標(biāo)導(dǎo) 入三維激光掃描儀,對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)拼接匹配,同時(shí)將首次掃描得到的數(shù)據(jù)定義為初 始模型,并記錄測(cè)量時(shí)間; D. 進(jìn)行首次測(cè)量后相隔一檢測(cè)周期,通過(guò)三維激光掃描儀對(duì)待測(cè)文物再次進(jìn)行掃描, 得到點(diǎn)云數(shù)據(jù),將控制網(wǎng)的坐標(biāo)導(dǎo)入三維激光掃描儀,對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)拼接匹配,將再 次掃描得到的數(shù)據(jù)定義為測(cè)試模型,并記錄測(cè)量時(shí)間; E. 對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,得到文物的表面特征幾何參數(shù); F. 對(duì)初始模型和測(cè)試模型的表面特征參數(shù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,得到文物監(jiān)測(cè)周期內(nèi)單位 表面積的體積變化量或單點(diǎn)形變量。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的定量測(cè)量砂巖質(zhì)文物表面風(fēng)化速度的方法,其特征在于: 在建立控制網(wǎng)時(shí),設(shè)立臨時(shí)轉(zhuǎn)點(diǎn)作為測(cè)量高程的過(guò)渡點(diǎn)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的定量測(cè)量砂巖質(zhì)文物表面風(fēng)化速度的方法,其特征在于: 在建立控制網(wǎng)時(shí),將基于控制點(diǎn)坐標(biāo)測(cè)量三維激光掃描儀的標(biāo)靶坐標(biāo)。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的定量測(cè)量砂巖質(zhì)文物表面風(fēng)化速度的方法,其特征在于: 采用后方交會(huì)的方法測(cè)量標(biāo)靶的坐標(biāo)。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的定量測(cè)量砂巖質(zhì)文物表面風(fēng)化速度的方法,其特征在于: 所述數(shù)據(jù)拼接的方法為點(diǎn)約束配準(zhǔn)法,具體地: 基于標(biāo)靶點(diǎn)進(jìn)行距離影像配準(zhǔn),將標(biāo)靶點(diǎn)作為全站儀和激光掃描儀的同名坐標(biāo)點(diǎn),由 全站儀的距離影像坐標(biāo)系統(tǒng)向三維激光掃描儀的坐標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行空間參數(shù)轉(zhuǎn)換。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的定量測(cè)量砂巖質(zhì)文物表面風(fēng)化速度的方法,其特征在于: 對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的方法為: 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理:將整體點(diǎn)云數(shù)據(jù)分割成單體點(diǎn)云數(shù)據(jù)塊,對(duì)每一塊單體點(diǎn)云數(shù)據(jù) 進(jìn)行去噪聲處理,剔除干擾數(shù)據(jù)和離散點(diǎn);對(duì)單體點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行重采樣或再次分割處理,從 而減小數(shù)據(jù),利于處理; 構(gòu)建三角網(wǎng)模型:將待處理的點(diǎn)云數(shù)據(jù)分散為離散數(shù)據(jù),由離散數(shù)據(jù)點(diǎn)構(gòu)建三角網(wǎng)模 型,從而表達(dá)空間不規(guī)則體;具體地,對(duì)于平面上n個(gè)離散點(diǎn),其平面坐標(biāo)為(xi,yi),i = 1,2,…,n,將其中相近的三點(diǎn)構(gòu)成三角形,使每個(gè)離散點(diǎn)都成為三角形的頂點(diǎn); 將數(shù)據(jù)模型進(jìn)行對(duì)比:通過(guò)對(duì)比目標(biāo)區(qū)域的體積變化量或單點(diǎn)形變量實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)化速度 的測(cè)定。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的定量測(cè)量砂巖質(zhì)文物表面風(fēng)化速度的方法,其特征在于: 所述重采樣的方法為對(duì)曲率進(jìn)行提取從而稀化點(diǎn)云數(shù)據(jù),其中,保留小曲率區(qū)域 20% - 40%的點(diǎn),保留大曲率區(qū)域80%以上的點(diǎn),具體地判斷點(diǎn)云曲率的方法為: A. 角度偏差法,其原理是:在截面上的連續(xù)點(diǎn),每相鄰兩點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)有向矢量,相鄰矢 量間的角度偏差反映了截面上點(diǎn)的曲率變化,從而根據(jù)該角度偏差來(lái)精簡(jiǎn)點(diǎn)云數(shù)據(jù);或者, B. 最小距離法,其原理是:設(shè)定一個(gè)最小距離dmin,然后沿掃描線方向順序比較相鄰 兩點(diǎn)間的距離d,若d〈dmin,則記錄后一個(gè)比較點(diǎn),依次判斷所有掃描點(diǎn),最后根據(jù)剩余點(diǎn) 表達(dá)模型是否清晰來(lái)判斷這些記錄點(diǎn)是否剔除。8.根據(jù)權(quán)利要求6或7中任意一項(xiàng)所述的定量測(cè)量砂巖質(zhì)文物表面風(fēng)化速度的方法, 其特征在于: 對(duì)單體點(diǎn)云數(shù)據(jù)塊進(jìn)行去噪稀化時(shí),保留的數(shù)據(jù)量不小于單體點(diǎn)云數(shù)據(jù)的60%。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種定量測(cè)量砂巖質(zhì)文物表面風(fēng)化速度的方法。本發(fā)明使用的三維激光掃描技術(shù)屬于非接觸式的測(cè)量手段,具有速度快、精度高等特點(diǎn),不會(huì)對(duì)文物本體造成任何損傷,使針對(duì)文物本體的風(fēng)化速度測(cè)量成為可能,解決了傳統(tǒng)測(cè)量方式難以對(duì)文物本體進(jìn)行有效測(cè)量的技術(shù)難題,對(duì)砂巖質(zhì)文物的保護(hù)研究具有重大的促進(jìn)作用和現(xiàn)實(shí)意義。另外,此種方法可以準(zhǔn)確地測(cè)定所測(cè)文物的體積變化及單點(diǎn)變化量,同時(shí)風(fēng)化時(shí)間也可準(zhǔn)確計(jì)算,保證了最終測(cè)定的風(fēng)化速度的精確性,改變了以往測(cè)定方法所得結(jié)果的不確定性,使準(zhǔn)確研究風(fēng)化速度成為可能。
【IPC分類】G01N17/00, G01B11/24
【公開(kāi)號(hào)】CN105043962
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510201754
【發(fā)明人】寧波, 吳志群, 左霞, 張潤(rùn)平, 卿照, 何勇, 周宇超, 谷立鵬, 張潔, 何柳, 潘鵬, 蘭靜
【申請(qǐng)人】山西云岡數(shù)字科技有限公司, 云岡石窟研究院
【公開(kāi)日】2015年11月11日
【申請(qǐng)日】2015年4月24日