基于實(shí)景建模的水利工程洞室施工地質(zhì)編錄應(yīng)用

摘要：為滿足工程施工地質(zhì)編錄的信息化需求，解決開(kāi)挖洞室影像采集、處理、建模及后續(xù)地質(zhì)編錄應(yīng)用難題，通過(guò)對(duì)當(dāng)前開(kāi)挖洞室常用人工光源、影像采集手段、實(shí)景建模方法的分析研究，提出了基于洞室斷面環(huán)狀影像采集技術(shù)和空間影像信息差分技術(shù)的實(shí)景建模解決方案，并結(jié)合模型瀏覽器和自主開(kāi)發(fā)軟件，實(shí)現(xiàn)了實(shí)景模型地質(zhì)編錄功能。將該技術(shù)成功應(yīng)用于陜西東莊水利樞紐工程施工洞室，結(jié)果表明：該技術(shù)以較低的影像采集成本和技術(shù)應(yīng)用門檻，實(shí)現(xiàn)了開(kāi)挖洞室實(shí)景模型構(gòu)建和后續(xù)地質(zhì)編錄，大大提高了現(xiàn)場(chǎng)施工地質(zhì)工作的效率和成果質(zhì)量。研究成果可為水利工程施工實(shí)景地質(zhì)編錄提供參考。

關(guān)鍵詞：

實(shí)景建模； 地質(zhì)編錄； 開(kāi)挖洞室； 陜西東莊水利樞紐工程

中圖法分類號(hào)：TV221

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2025.02.009

文章編號(hào)：1006-0081（2025）02-0052-05

0 引 言

在水利、水電、交通等工程建設(shè)中，經(jīng)常要開(kāi)挖隧道、廠房等地下洞室。通過(guò)施工開(kāi)挖獲取地質(zhì)現(xiàn)象的影像采集、信息量測(cè)、裂隙調(diào)查、地質(zhì)素描等基礎(chǔ)地質(zhì)信息及編錄是一項(xiàng)重要工作。傳統(tǒng)的影像獲取和地質(zhì)信息量測(cè)與采集編錄以地質(zhì)素描、編錄為主，主要靠尺子量測(cè)，拍照或簡(jiǎn)要素描留存，人工勾畫(huà)出地質(zhì)構(gòu)造線，文字描述地質(zhì)現(xiàn)象，現(xiàn)場(chǎng)繪制填涂編錄圖表，再經(jīng)后期加工形成地質(zhì)素描成果圖件。這種方式工作環(huán)境差、強(qiáng)度高，而且編錄成果可視效果差、精度低、信息化水平低，無(wú)法滿足三維地質(zhì)空間模型構(gòu)建的需求。近些年實(shí)景建模軟件的出現(xiàn)，為前期地質(zhì)勘察和施工地質(zhì)編錄提供了信息化的手段，現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)對(duì)邊坡、基礎(chǔ)等工程部位進(jìn)行影像采集，結(jié)合控制測(cè)量技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)工程部位的高精度實(shí)景模型構(gòu)建，為地質(zhì)信息識(shí)別、提取和應(yīng)用提供了平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了地質(zhì)工程的全數(shù)字化采集［1-3］。

不同于室外實(shí)景建模應(yīng)用，開(kāi)挖洞室多為深埋位置，缺乏天然光源和衛(wèi)星信號(hào)，實(shí)景建模技術(shù)應(yīng)用存在采集和空間定位問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)難以獲取滿足要求的影像照片和影像匹配信息。其次，開(kāi)挖洞室實(shí)景模型構(gòu)建技術(shù)不夠成熟，目前行業(yè)缺少較為完整的開(kāi)挖洞室實(shí)景建模技術(shù)應(yīng)用。當(dāng)前工程應(yīng)用中，實(shí)景建模技術(shù)多應(yīng)用于開(kāi)挖邊坡或基礎(chǔ)等工程類型，在開(kāi)挖洞室尤其是中小洞室中少有相關(guān)技術(shù)應(yīng)用案例，而且缺乏一套從適用條件、現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)要求、影像采集設(shè)備要求到實(shí)景建模參數(shù)選擇及后續(xù)模型應(yīng)用的完整作業(yè)流程及標(biāo)準(zhǔn)。鑒于洞室影像空間信息匹配難，構(gòu)建三維實(shí)景模型成功率低，國(guó)內(nèi)一些生產(chǎn)單位研發(fā)了攝影測(cè)量結(jié)合三維激光掃描的技術(shù)路線，通過(guò)固定機(jī)位完成對(duì)開(kāi)挖洞室的影像拍攝和空間掃描，為像素點(diǎn)提供高精度空間位置關(guān)系，實(shí)現(xiàn)開(kāi)挖洞室三維實(shí)景點(diǎn)云模型構(gòu)建及地質(zhì)編錄功能［4］。鄧人文等［5］采用三維激光掃描技術(shù)對(duì)白鶴灘左岸地下廠房進(jìn)行全域掃描建模，定量獲取了已掉落塊體的空間位置、形狀、體積等信息，識(shí)別和監(jiān)控潛在失穩(wěn)塊體，并結(jié)合地質(zhì)力學(xué)特性，基于塊體空間變形監(jiān)測(cè)結(jié)果初步分析了其潛在失穩(wěn)破壞機(jī)理，為地下洞室群危巖體的全域無(wú)接觸識(shí)別、監(jiān)測(cè)提供新途徑，具有較高的應(yīng)用價(jià)值與廣闊前景。徐俊等［6］以某項(xiàng)目勘探平硐中的巖體結(jié)構(gòu)面為研究對(duì)象，利用三維激光掃描技術(shù)及工程地質(zhì)分析相結(jié)合的研究手段，借助于三維軟件，對(duì)三維激光掃描點(diǎn)云進(jìn)行了系統(tǒng)集成，采用產(chǎn)狀面模板準(zhǔn)確識(shí)別結(jié)構(gòu)面的信息，為結(jié)構(gòu)面識(shí)別及塊體定位提供一種新的方法，對(duì)后續(xù)工程應(yīng)用具有一定的指導(dǎo)作用。

攝影測(cè)量結(jié)合三維激光點(diǎn)云掃描的路線，解決了開(kāi)挖洞室影像匹配問(wèn)題，同時(shí)也存在三維激光掃描設(shè)備昂貴、作業(yè)環(huán)境要求較高、數(shù)據(jù)采集應(yīng)用門檻較高等缺點(diǎn)，難以在地下洞室等施工環(huán)境中廣泛應(yīng)用。國(guó)內(nèi)一些工程技術(shù)人員也對(duì)傾斜攝影技術(shù)路線進(jìn)行了實(shí)踐，嘗試用擺脫三維激光掃描設(shè)備的方法實(shí)現(xiàn)開(kāi)挖洞室實(shí)景建模。鄭荃心［7］提出了傾斜攝影測(cè)量聯(lián)合傳統(tǒng)測(cè)量的室內(nèi)三維實(shí)景模型重建方法，并對(duì)建模精度進(jìn)行了驗(yàn)證和分析，通過(guò)傾斜攝影測(cè)量配合免棱鏡全站儀采集測(cè)區(qū)的像控點(diǎn)，以低成本的采集方法，成功構(gòu)建精度較高并且能真實(shí)、完整還原測(cè)區(qū)場(chǎng)景的室內(nèi)三維實(shí)景模型，為工程建設(shè)和測(cè)繪工作等提供有價(jià)值的參考數(shù)據(jù)。詹雙橋等［8］依托犬木塘水庫(kù)大山嶺隧洞工程，提出了一種基于圖像處理技術(shù)的超欠挖檢測(cè)方法，使用數(shù)碼相機(jī)采集隧洞圖像數(shù)據(jù)，通過(guò)點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理、三維曲面重建、圖像拼接矯正，構(gòu)建隧洞地質(zhì)展開(kāi)圖，實(shí)現(xiàn)節(jié)理素描等圍巖信息的直觀展示，為工程洞室影像采集和后續(xù)技術(shù)應(yīng)用提供了一種思路。

基于國(guó)內(nèi)研究成果可以發(fā)現(xiàn)，受制于地下空間光源、信號(hào)、影像采集方法等問(wèn)題，地下洞室實(shí)景建模及后續(xù)地質(zhì)編錄應(yīng)用的成功案例較少。如何解決地下洞室光源、影像采集及影像處理等問(wèn)題以實(shí)現(xiàn)洞室實(shí)景模型地質(zhì)編錄，成為了未來(lái)的重點(diǎn)方向。本文通過(guò)對(duì)地下開(kāi)挖洞室影像采集、實(shí)景建模及模型應(yīng)用方面進(jìn)行深入研究，總結(jié)了一套適用于勘探平洞和小尺寸施工洞室的低成本影像實(shí)景模型構(gòu)建方法，實(shí)現(xiàn)了地下洞室工程實(shí)景編錄功能。

1 洞室實(shí)景編錄

首先，通過(guò)在洞室固定距離布設(shè)照明設(shè)施，為開(kāi)挖洞室影像采集提供穩(wěn)定自然的光源，保證影像采集顏色的均一性。影像采集采用斷面環(huán)狀固定角度間隔拍攝，從左壁底部到頂拱到右壁底部的方向完成開(kāi)挖洞室段影像采集，保證臨近影像重疊率以及實(shí)景模型構(gòu)建成功率。然后，基于已有控制測(cè)量成果，在洞室的洞壁或底板等已知坐標(biāo)位置布設(shè)像控點(diǎn)，在不增加現(xiàn)場(chǎng)工作量的情況下，為影像提供空間信息參考，最大程度提高實(shí)景模型建模成功率和模型精度。最后，基于實(shí)景模型瀏覽器，完成結(jié)構(gòu)面的出露位置標(biāo)記、空間坐標(biāo)提取和產(chǎn)狀計(jì)算，實(shí)現(xiàn)開(kāi)挖洞室實(shí)景地質(zhì)編錄功能。

1.1 技術(shù)路線

開(kāi)挖洞室實(shí)景地質(zhì)編錄技術(shù)路線包含工程適用性評(píng)估、光源布設(shè)、影像采集、空間信息計(jì)算、模型構(gòu)建（含精度復(fù)核）、實(shí)景編錄等工作流程，見(jiàn)圖1。

1.2 工作流程

1.2.1 適用性評(píng)估

基于開(kāi)挖洞室測(cè)量數(shù)據(jù)或設(shè)計(jì)斷面圖，計(jì)算等效洞徑De，對(duì)開(kāi)挖洞室實(shí)景建模可行性進(jìn)行評(píng)價(jià)。受制于現(xiàn)場(chǎng)光照、施工條件和影像采集設(shè)備分辨率，該技術(shù)適用于無(wú)粉塵、洞壁干燥的小洞徑（De≤5 m）開(kāi)挖洞室及勘探洞。主流的開(kāi)挖洞室等效直徑計(jì)算公式如下：

De=4AπL

式中：

A為典型斷面面積，m2；

L為洞室周長(zhǎng)，m。

1.2.2 光源設(shè)備布設(shè)

對(duì)于適用的開(kāi)挖洞室目標(biāo)段，應(yīng)優(yōu)先保證目標(biāo)段的人工光源布設(shè)。鑒于不同開(kāi)挖洞室現(xiàn)場(chǎng)條件差異性較大，拍攝之前應(yīng)架設(shè)人工光源，保證影像采集效果統(tǒng)一，避免出現(xiàn)同一部位不同影像顏色的情況，影響實(shí)景建模成功率。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，施工現(xiàn)場(chǎng)較為常用的人工光源探照燈、壁掛燈等設(shè)備，均可用于洞室影像采集的光源補(bǔ)給。其中，人工光源布設(shè)間距可控制在3～5 m，兩組之間不宜超過(guò)6 m，光源間距過(guò)遠(yuǎn)會(huì)導(dǎo)致重疊區(qū)域影像顏色差異，影響建模成功率。

1.2.3 現(xiàn)場(chǎng)影像采集

影像采集點(diǎn)沿洞軸線設(shè)置，拍攝點(diǎn)間距宜保持在1～2 m，見(jiàn)圖2，每個(gè)拍攝點(diǎn)采用斷面環(huán)狀拍攝方式，依次按照開(kāi)挖洞室左洞壁底板、左洞壁、頂拱、右洞壁、右洞壁底板的固定順序進(jìn)行影像采集。拍攝點(diǎn)照片數(shù)量根據(jù)采集設(shè)備確定，保證影像清晰且相鄰影像（斷面方向和洞軸線方向）重疊度不低于60%。影像采集設(shè)備推薦使用單反相機(jī)，多點(diǎn)自動(dòng)對(duì)焦功能可以保證影像清晰無(wú)虛影，有效減少手機(jī)拍照需經(jīng)常檢查影像質(zhì)量的操作。

1.2.4 影像空間信息計(jì)算

影像空間信息包含影像拍攝時(shí)的空間位置坐標(biāo)（X，Y，Z）和拍攝姿態(tài)信息（旁向傾角ω、航向傾角φ、像片旋角κ），這兩部分信息都可以通過(guò)拍攝點(diǎn)空間坐標(biāo)差分計(jì)算獲取。完成對(duì)開(kāi)挖洞室影像采集工作后，根據(jù)洞軸線起始樁號(hào)及對(duì)應(yīng)測(cè)量成果，獲取拍攝點(diǎn)影像的非精確空間位置信息（X，Y，Z）。之后根據(jù)每個(gè)攝影點(diǎn)的空間坐標(biāo)，計(jì)算每張影像的拍照姿態(tài)信息。不同于無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量的內(nèi)方位角偏航角（Heading）、俯仰角（Pitch）、翻滾角（Roll），開(kāi)挖洞室攝影測(cè)量采用的外方位角ω，φ，κ。這3個(gè)旋轉(zhuǎn)是圖像參考系統(tǒng)與平面、投影映射平面（通常是UTM）之間的變換，見(jiàn)圖3。

根據(jù)拍攝點(diǎn)空間位置坐標(biāo)，計(jì)算每張影像的外方位角參數(shù)。如果影像采集固定拍攝角度組，可以計(jì)算出一個(gè)點(diǎn)的外方位角ω，φ，κ參數(shù)組，然后為每個(gè)點(diǎn)的影像照片賦予同一組參數(shù)。對(duì)于洞軸線非直線的情況，應(yīng)根據(jù)采集點(diǎn)前后兩點(diǎn)坐標(biāo)，計(jì)算出采集點(diǎn)偏差值，用來(lái)修正外方位角參數(shù)。完成計(jì)算后，將每張影像對(duì)應(yīng)空間坐標(biāo)和外方位角參數(shù)導(dǎo)入實(shí)景建模軟件為每張影像賦值，并在已知像控點(diǎn)上進(jìn)行影像標(biāo)記。

1.2.5 模型構(gòu)建及精度復(fù)核

實(shí)景建模軟件基于光束法進(jìn)行區(qū)域平差，其使用的函數(shù)模型為共線方程，通過(guò)拍攝空間坐標(biāo)（XS，YS，ZS）和拍攝姿態(tài)（ω，φ，κ），對(duì)采集影像像素進(jìn)行匹配、空間位置計(jì)算、修正等，根據(jù)共線方程計(jì)算像素點(diǎn)在拍攝平面的空間位置關(guān)系：

x-x0=-f×［a1（X-XS）+b1（Y-YS）+c1（Z-ZS）］［a3（X-XS）+b3（Y-YS）+c3（Z-ZS）］

y-y0=-f×［a2（X-XS）+b2（Y-YS）+c2（Z-ZS）］［a3（X-XS）+b3（Y-YS）+c3（Z-ZS）］

式中：X，Y，Z為像點(diǎn)的空間坐標(biāo)；

x，y為像點(diǎn)在投影平面坐標(biāo)；

x0，y0為拍攝點(diǎn)在影像平面的投影點(diǎn)坐標(biāo)；

a1，b1，c1，a2，b2，c2，a3，b3，c3為旋轉(zhuǎn)矩陣參數(shù)，其計(jì)算公式如下。

a1=cosφcosκ-sinφsinωsinκ

b1=cosωsinκ

c1=sinφcosκ+cosφsinωsinκ

a2=-cosφsinκ-sinφsinωcosκ

b2=cosωsinκ

c2=-sinφcosκ+cosφsinωcosκ

a3=sinφcosω

b3=-sinω

c3=cosφcosω

旋轉(zhuǎn)矩陣參數(shù)可以通過(guò)以上公式自行計(jì)算，之后為每張影像進(jìn)行賦值，也可以通過(guò)實(shí)景建模軟件，根據(jù)人工賦值的拍攝姿態(tài)信息自動(dòng)計(jì)算。之后，實(shí)景建模軟件以旋轉(zhuǎn)矩陣參數(shù)和空間坐標(biāo)為基礎(chǔ)，計(jì)算每張影像的像點(diǎn)空間坐標(biāo)。實(shí)景建模軟件通過(guò)對(duì)影像各像點(diǎn)進(jìn)行匹配計(jì)算，結(jié)合已知像點(diǎn)（像控點(diǎn)）空間坐標(biāo)，在三維空間構(gòu)建完整的像點(diǎn)位置關(guān)系，生成模型框架和紋理貼圖，最終完成實(shí)景模型的構(gòu)建。

模型構(gòu)建完成后，應(yīng)對(duì)實(shí)景模型的精度進(jìn)行復(fù)核。通過(guò)對(duì)比隨機(jī)點(diǎn)位的模型坐標(biāo)和現(xiàn)場(chǎng)全站儀獲得的測(cè)量坐標(biāo)，對(duì)點(diǎn)位的平面和高程誤差進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，確定模型精度。通常隨機(jī)點(diǎn)誤差和最近像控點(diǎn)的間距成正比，距離像控點(diǎn)越遠(yuǎn)，誤差越大，所以模型精度通常以像控點(diǎn)之間中點(diǎn)位置的點(diǎn)作為判斷點(diǎn)，計(jì)算模型最大誤差以此確定模型精度。對(duì)于精度誤差無(wú)法滿足工程應(yīng)用需求的，應(yīng)增加像控點(diǎn)數(shù)量，重新進(jìn)行空中三角計(jì)算和模型生成，直到模型精度滿足要求。

1.2.6 實(shí)景地質(zhì)編錄

不同于傳統(tǒng)開(kāi)挖洞室二維影像，實(shí)景模型包含影像像點(diǎn)所有空間位置信息，在充足像控點(diǎn)加持下，實(shí)景模型精度可以達(dá)到毫米級(jí)，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜地質(zhì)條件的可視化表達(dá)。基于高精度實(shí)景模型，可以完成開(kāi)挖洞室坐標(biāo)定位、測(cè)量、超欠挖檢查等工作，便于實(shí)現(xiàn)地質(zhì)界線及結(jié)構(gòu)面空間定位、產(chǎn)狀計(jì)算、張開(kāi)度測(cè)量及充填物判別等功能。

通過(guò)實(shí)景模型瀏覽器（Dasviewer、LocaSpaceViewer等），實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)挖洞室的地質(zhì)要素測(cè)量、提取和標(biāo)記功能。通過(guò)對(duì)出露的結(jié)構(gòu)面邊界進(jìn)行勾畫(huà)，確定結(jié)構(gòu)面出露起止位置，在實(shí)景模型上標(biāo)記結(jié)構(gòu)面名字、形態(tài)、張開(kāi)度和充填物。結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀可以通過(guò)結(jié)構(gòu)面邊界點(diǎn)空間坐標(biāo)進(jìn)行計(jì)算：

A1=

90°-180°tan-1BAπ，Agt;0Bgt;0Cgt;0

270°-180°tan-1BAπ，Agt;0Bgt;0Clt;0

90°+180°tan-1BAπ，Agt;0Blt;0Cgt;0

270°+180°tan-1BAπ，Agt;0Blt;0Clt;0

270°+180°tan-1BAπ，Alt;0Bgt;0Cgt;0

90°+180°tan-1BAπ，Alt;0Bgt;0Cgt;0

270°-180°tan-1BAπ，Alt;0Blt;0Cgt;0

90°-180°tan-1BAπ，Alt;0Blt;0Clt;0

A2=180°×tan-1A2+B2Bπ

式中：A1為傾向；A2為傾角；A，B，C為結(jié)構(gòu)面所在平面的法向量參數(shù)，根據(jù)結(jié)構(gòu)面邊界不共線的3個(gè)點(diǎn)空間坐標(biāo)計(jì)算獲得。

A=y1z2-y1z3-y2z1+y2z3+y3z1-y3z3

B=-x1z2+x1z3+x2z1-x2z3-x3z1+x3z2

C=x1y2-x1y3-x2y1+x2y3+x3y1-x3y2

對(duì)于參與產(chǎn)狀計(jì)算的多個(gè)點(diǎn)（點(diǎn)數(shù)ngt;3），可以依次按順序計(jì)算每3個(gè)點(diǎn)構(gòu)建平面的傾向和傾角，最后以平均值或范圍值表達(dá)。可以通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)面空間坐標(biāo)提取、多點(diǎn)平面擬合及產(chǎn)狀計(jì)算，最后在實(shí)景模型瀏覽器中對(duì)標(biāo)記進(jìn)行修改和完善。

1.2.7 成果交付及應(yīng)用

實(shí)景地質(zhì)編錄成果可以和實(shí)景模型一同交付，作為三維成果展示和留存。對(duì)于二維編錄成果需求，可以通過(guò)實(shí)景瀏覽器的視圖裁切功能，將目標(biāo)洞室段兩側(cè)高清影像輸出，在CAD平臺(tái)進(jìn)行拼接和完善后進(jìn)行交付。相較于傳統(tǒng)米格紙和矢量化成果，實(shí)景地質(zhì)編錄成果有著精度更高、直觀性更強(qiáng)、可直接參與三維地質(zhì)模型構(gòu)建等優(yōu)點(diǎn)，為施工地質(zhì)信息化及成果應(yīng)用提供了數(shù)據(jù)支持。

2 工程應(yīng)用

2.1 建模成果

將該技術(shù)應(yīng)用于陜西東莊水利樞紐工程。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)影像采集、模型構(gòu)建到模型應(yīng)用，較好實(shí)現(xiàn)了三維實(shí)景建模及模型應(yīng)用。選取案例為工程左岸施工洞，洞室尺寸為4.0 m×4.5 m，等效洞徑小于5 m，巖性為新鮮厚層灰?guī)r，洞室位于地下水位以上且無(wú)明顯粉塵，洞室圍巖穩(wěn)定并無(wú)明顯掉塊等風(fēng)險(xiǎn)因素，適用于開(kāi)挖洞室實(shí)景地質(zhì)編錄技術(shù)。

本次對(duì)洞室樁號(hào)KX+08～KX+42段進(jìn)行實(shí)景模型地質(zhì)編錄工作，光源采用自帶LED燈，光源布置間隔為5 m。影像采集使用NIKON D7100單反相機(jī)，有效分辨率6 000×4 000，搭配AF-S DX Fisheye 10.5 mm f/2.8 G ED魚(yú)眼鏡頭，焦距f=10.5 mm。現(xiàn)場(chǎng)布設(shè)像控點(diǎn)3個(gè)，點(diǎn)間距約15～18 m，并參照技術(shù)路線按照2～3 m間隔斷面環(huán)狀拍攝方法，共獲取高清影像208張。在內(nèi)業(yè)通過(guò)差分計(jì)算影像空間坐標(biāo)和拍攝姿態(tài)信息，成功構(gòu)建施工洞三維實(shí)景模型（圖4），證明了勘探平洞和小尺寸施工洞室影像實(shí)景模型構(gòu)建方法的技術(shù)可行性。

通過(guò)模型選點(diǎn)測(cè)量和現(xiàn)場(chǎng)全站儀測(cè)量對(duì)比分析，對(duì)模型精度進(jìn)行復(fù)核。對(duì)5個(gè)洞壁特征點(diǎn)進(jìn)行精度檢查，計(jì)算實(shí)景模型的平面誤差和高程誤差。模型精度統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1，其中ΔX，ΔY，ΔZ分別為特征點(diǎn)的模型測(cè)量坐標(biāo)和現(xiàn)場(chǎng)全站儀測(cè)量坐標(biāo)在X，Y，Z方向的差值。

由統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，在像控點(diǎn)矯正下的模型最大平面誤差約0.04 m，最大高程誤差約為0.01 m，精度滿足工程地質(zhì)編錄應(yīng)用需要。

2.2 實(shí)景模型應(yīng)用

基于傾斜攝影模型瀏覽器，加載開(kāi)挖洞室傾斜攝影模型，結(jié)合瀏覽器自帶的標(biāo)記功能，對(duì)洞室結(jié)構(gòu)面的出露位置、形態(tài)、張開(kāi)度及充填物進(jìn)行記錄。通常選取出露面積稍大的結(jié)構(gòu)面優(yōu)先標(biāo)記，第一個(gè)點(diǎn)選擇結(jié)構(gòu)面一端的起點(diǎn)，第二個(gè)點(diǎn)選取結(jié)構(gòu)面另一端的終點(diǎn)，第三個(gè)及以上的點(diǎn)選取和前兩個(gè)點(diǎn)不共線的出露點(diǎn)，使結(jié)構(gòu)面呈現(xiàn)完整且不交叉的多邊形，見(jiàn)圖5。

通過(guò)人工經(jīng)驗(yàn)結(jié)合瀏覽器自帶測(cè)量功能，確定結(jié)構(gòu)面的張開(kāi)度和充填物，在結(jié)構(gòu)面標(biāo)記的名稱中增加以上信息。最后，將標(biāo)記成果導(dǎo)出為KML格式文件后，由自主編程開(kāi)發(fā)的KML產(chǎn)狀計(jì)算軟件加載KML格式文件，完成標(biāo)記結(jié)構(gòu)面信息（經(jīng)緯度）讀取、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換（高斯投影轉(zhuǎn)換）、產(chǎn)狀計(jì)算（傾向和傾角）和成果輸出。結(jié)合瀏覽器自帶的視圖裁切功能，將開(kāi)挖洞室由軸線位置切開(kāi)，分樁號(hào)對(duì)軸線兩側(cè)洞壁和頂拱進(jìn)行高清影像輸出操作，獲得最終實(shí)景地質(zhì)編錄二維成果，見(jiàn)圖6。

3 結(jié) 論

本文基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐提出了一套適用于開(kāi)挖洞室實(shí)景地質(zhì)編錄的技術(shù)路線，解決了開(kāi)挖洞室因影像采集質(zhì)量差和影像信息不足導(dǎo)致的實(shí)景模型建模成功率低的技術(shù)難題，并提供了從工程適用性評(píng)估到開(kāi)挖洞室實(shí)景模型構(gòu)建及地質(zhì)編錄應(yīng)用的全應(yīng)用流程。相較于激光掃描洞室地質(zhì)編錄技術(shù)路線，該技術(shù)以較低成本完成了洞室實(shí)景地質(zhì)編錄，以信息化手段實(shí)現(xiàn)了施工地質(zhì)作業(yè)，較大程度提高了現(xiàn)場(chǎng)施工地質(zhì)工作的效率和成果質(zhì)量，為水利工程施工實(shí)景地質(zhì)編錄技術(shù)發(fā)展提供了參考。

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（編輯：高小雲(yún)）

Geological recording application on cavern construction of hydraulic project based on reality modeling

YANG Nan，LIU Jianlei，DU Pengzhao

（Yellow River Engineering Consulting Co.，Ltd.，Zhengzhou 450003，China）

Abstract： In order to meet the needs of geological record informationization in engineering construction and solve the application problems of excavation cavern image acquisition，processing，modeling and subsequent geological cataloging，we proposed the technical solution of cross-sectional circular photography and image position and orientation system calculation tailored for the reality modeling of caverns based on deep investigations in construction light source，photography method and reality modeling method.The consequential geology recording method was conducted on reality model viewer and self-developed program.This technology was successfully applied to a construction cavern in Dongzhuang Water Conservancy Project in Shaanxi Province.The results showed that the technique was distinguished by its lower costs in image collection and reduced barriers to technological application.It could successfully facilitate the construction of reality models and the subsequent geological recording in caverns excavation，markedly enhancing the efficiency and quality of geological work conducted on-site.The research results can provide a reference for the realistic geology recording of hydraulic engineering construction.

Key words：

reality modeling； geology recording； excavated cavern； Shaanxi Dongzhuang Water Conservancy Project