从点云数据提取结构面产状(倾角/倾向)

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1 引言

CloudCompare是一款功能强大的开源点云数据处理软件【CloudCompare---一款开源点云处理软件】，适用于处理、编辑和大型点云数据集，例如进行【点云数据的滤波处理和重构表面(Point Cloud Data)步骤】，进行【点云数据的二次采样优化及几何特征计算(Subsampling and Geometric Features)】。使用CloudCompare的插件功能，可以进行岩体结构面的识别：一个插件是qFacets【基于点云数据的地质结构分析(Structural geology)】，用于统计和聚类岩石结构；另一个插件是Compass，用于地质结构和结构迹线的数字化。本文讨论插件Compass。

2 Compass插件

Compass是一个用于解释和分析虚拟露头模型的构造地质学工具。它将一种灵活的数据结构与一系列计算机辅助数字化和测量工具相结合，用于组织地质解释。该工具包括两种模式：地图模式，用于勾画地质单元，和指南针模式，用于测量方向和厚度。

指南针模式用于提取结构测量。指南针模式通过点击“指南针”图标来激活，包含三种用于测量方向的工具：平面工具、轨迹工具和线性工具。本文主要讨论平面工具。

平面工具用来测量完全暴露的平面结构(如节理或层理面)的方向。激活该工具后，3D窗口中会显示一个红色圆圈。在模型中选择一个点(左键单击)，该圆圈内的所有点都将被拟合为一个平面(使用最小二乘法)，从而给出一个方向估计(倾角/倾向)。可以使用Ctrl+滚轮更改圆圈半径。为了使此功能正常工作，CloudCompare需要使用正交投影(显示->切换中心视角)。下图所示的是一个采矿边坡模型。

3 获取结构面数据

按照上述步骤对右侧的边坡面采集结构面数据，然后导出为slope_planes.csv文件，共产生出114个结构面。每个结构面的属性包括走向、倾角、倾向、中心点的坐标、平面的法向矢量、取样半径等。

可以修改每个平面的属性。

4 赤平极射投影

从slope_planes.csv文件中取出Dip和Dip Direction，进行赤平极射投影【赤平极射投影(Stereographic projection)快速识图和绘制方法】，整体平均倾角为54.93°，倾向为331.63°，在此基础上可进行运动学分析(Kinematic Analysis)【利用赤平极射投影进行岩石边坡的运动学分析(Kinematic Analysis)】。

5 参考

[1] (2022) Landslide hazard and risk level assessment of quarried slopes in Lebanon using drone imagery【全球变化对滑坡风险的影响---滑坡和岩石边坡稳定性】

[2] (2022) Software used to extract discontinuity sets from point clouds【岩体特征---不连续组数(Discontinuity Set)】

[3] (2022) DICE: An open-source MATLAB application for quantiﬁcation and parametrization of digital outcrop model-based fracture datasets【ChatGPT---学术文献引用的反向校准】

[4] (2021) Drone Photogrammetry Structural Mapping & Geotechnical Slope Optimization Design【多阶段文献回顾: 摄影测量技术在岩石工程中的应用(application of photogrammetry)】

[5] (2021) An Open-Source Algorithm for 3D Rock Slope Kinematic Analysis (ROKA)【露天采矿台阶楔形体稳定性(Bench Wedge Stability)】

[6] (2021) A state-of-the-art review of automated extraction of rock mass discontinuity characteristics using three-dimensional surface models【从岩石照片中提取节理或不连续性特征---直接识别和机器学习】

来源：计算岩土力学

MATLAB

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首次发布时间：2023-07-10