三维激光扫描点云的岩体产状智能识别研究

目的为了降低传统的人工测量方式带来的工作量大、效率低、工作环境恶劣等影响。方法提出在深部工程或高陡边坡的地质工程测量中,采用三维激光扫描技术获取岩体结构面点云数据,结合一个特制三角形标靶将三维激光点云的局部坐标系下的法向量转化为大地坐标系下的法向量,再利用区域生长算法对结构面产状进行智能识别和输出。结果试验结果表明,利用Delaunay三角剖分三维点云表面的重建,在改进区域生长算法对点云数据的处理下,能够对大批量数据快速处理并获得结果,其独特的空圆特性、剖分中产生较少的畸形三角形和耗时极少的运行时间非常适合海量的点云数据的计算。结论和传统方法相比,该方法具有快速、自动、高精度和远距离测量的优点,对无GPS信号或者GPS信号弱的岩爆频发地区的地质测量具有重要意义。

基于深度学习的地层倾角计算方法研究

地层倾角是反映地下构造的重要特征参数之一,在地震勘探和地质解释中应用广泛。然而常规倾角计算方法存在假象干扰、精度不足等问题,制约了精细勘探技术的发展,如何更加准确求取地层倾角成为普遍关注的问题。针对该问题,本文提出一种基于深度学习的地层倾角计算方法,将倾角计算看作回归问题,通过建立合成地震数据与倾角数据标签库,利用数据驱动拟合地震数据与倾角之间的非线性函数关系,进而实现倾角智能计算。将本方法在合成沉积模型与实际资料分别进行了验证,并与业界主流倾角计算方法效果对比,结果展示出了本方法更加真实的反映构造起伏特征,兼具准确性与抗干扰能力。

Microstructures and Plane Energy Spectra of X80 Pipeline Steel Welded Joints by Submerged Arc Automatic Welding

X80 pipeline steel was welded with submerged arc automatic welding, the microstructures, cavity sizes, fusion depths and plane scanning of chemical elements in the welded zone, fusion zone, heat affected zone and base steel were observed with OM（optical microscope） and SEM（scanning electron microscope）, respectively. The experimental results show that there is main acicular ferrite in the base steel and welded zone, the microscopic structure of fusion zone is a blocked bainite, and the heat affected zone is composed of multilateral ferrite and pearlite. M-A unit of the welded zone is the main factor to strengthen the welded zone, composed of acicular ferrites. The percentage of cavities in the welded joint is less than that in the base steel, which is beneficial to increasing its mechanical performance and corrosion resistance. The fusion depth in the fusion zone and welded zone is 101.13 μm and 115.85 μm, respectively, and the distribution of chemical elements in the welded zone is uniform, no enrichment phenomena.

基于CT扫描和数字体相关法的页岩各向异性三维变形场特征研究

为了获得层状页岩各向异性三维变形场特征,对四川盆地龙马溪组层状页岩开展单轴压缩试验,并利用Micro-CT原位扫描,以原位扫描获得的数字图像作为变形信息载体,基于局部数字体积相关法(digital volume correlation,简称DVC)和全局DVC方法计算单轴压缩条件下层理页岩变形场,研究页岩变形演化的层理效应。结果表明:随着载荷增加,页岩试件整体位移场梯度逐渐向层理方向演化。不同层理页岩试件的高应变集中区呈现出不同的模式,0°试件受张拉和剪切作用共同影响,在中部区域应变集中明显,裂缝集中于中部发育;45°试件在加载后期张拉应变和剪应变集中区同时出现,裂缝发育遇层理面出现明显拐折,裂缝的演化由张拉和剪切作用共同控制;90°试件在整个加载过程中张拉应变集中显著,裂缝沿垂直层理面平行发育,试件破坏受控于张拉作用。Micro-CT的高分辨率原位扫描图像结合局部DVC和全局DVC获取的变形场和应变场能够反映各向异性页岩的变形破坏规律,为页岩变形演化的层理效应研究提供了方法。

爆破漏斗体积测量方法比较与应用研究

针对传统爆破漏斗体积测量方法在测量精度和效率上的不足,对传统基准平面垂直断面法进行了改进,并以高峰矿深部矿体单孔爆破漏斗试验为例,分别采用三维激光扫描法与改进基准平面垂直断面法测量其体积,综合对比结果表明,三维激光扫描法在测量精度、效率以及操作性上均有较大优势。研究内容为爆破漏斗体积的精准测量提供了一种新思路。

扫描白光干涉技术在硅片检焦过程中的应用

晶圆检测设备常采用机器视觉方法采集晶圆图像,但基于光谱共焦位移传感器的调焦系统测量精度低、鲁棒性差,基于三角测量原理的调焦系统虽精度足够高,但硅片表面图案与沟槽会影响探测光路从而导致系统无法工作。针对这些问题,提出一种基于扫描白光干涉技术的调焦系统,以实现对于不同工艺属性硅片焦面位置的快速精准测量。此检焦系统首先进行相机最佳焦面位置与PZT零光程差位置之间垂向距离的标定,使得在检焦测量时可将零光程差位置作为检出对象,极大地提高了检出速度,并且在零光程差位置定位时,根据干涉波形的形状自适应选择定位算法,提高了检焦系统的工艺适应性。实验结果表明,对于单峰波形和双峰且双峰半分离波形,重心法处理得到的焦面位置的平均绝对误差分别为20 nm和56.1 nm,而包络法则有38 nm和56.2 nm,并且重心法处理耗时在1 ms之内,包络法则需25 ms左右,故选用重心法作为零光程差定位算法。对于双峰且双峰完全融合波形和双峰且双峰完全分离波形,重心法处理得到的焦面位置的平均绝对误差分别为20.3 nm和17.8 nm,而包络法则有13.2 nm和15.8 nm,故选用包络法作为零光程差定位算法。模板匹配法对于4种波形的处理精度最高,在模板形状确定的情况下使用。文中所提系统的焦面测量结果最大平均绝对误差仅为57 nm,最小可达到8 nm,有较强的实际应用意义。

国外凝视型舰载红外搜索与跟踪系统综述

为一种被动式告警系统,舰载红外搜索与跟踪系统(IRST)能够可探测和跟踪掠海反舰导弹和低空威胁目标,为舰船作战管理系统和指挥控制系统提供目标指示信息,在提高舰船的态势告警能力和自防御能力方面具有不可替代的优势。与传统的360°机械扫描的IRST系统相比较,新型的凝视型IRST系统使用多个基于FPA阵列凝视非转动传感器组件,增大俯仰角覆盖,具有的高数据更新率确保快速反应时间,增强了对高速低探测性目标以及非对称威胁目标的自动探测和跟踪性能。论文介绍国外新型凝视型舰载红外搜索与跟踪系统的发展现状、技术特点和应用,对重点技术进行了分析。

基于改进区域生长的非均匀点云平面分割研究

采用区域生长法进行点云平面分割,点云的非均匀性会导致初始种子点选取困难,对此提出改进区域生长法,结合一致性检验实现非均匀点云的平面分割。首先基于协方差矩阵特征值进行网格均匀性分析,将网格划分为均点网格和非均点网格;然后在均点网格构成的均点数据集内确定区域生长的初始种子点,确保初始种子点附近的点云均匀连续,并基于法向量和曲率制定生长规则,提取均匀区域的生长性内点;最后通过一致性检验提取非均匀区域点云的非生长性内点,实现面域内点的全面提取。以某混凝土组合箱梁预制模板为试验对象,分析表明,与传统曲率最小准则相比,所提出的方法能在邻域点数量较小时快速选取合适的初始种子点,保证计算效率且具有更强的适用性和稳定性。该算法实现了点云均匀区域和非均匀区域的划分,为均匀性、连续性较差的点云平面分割提供新的方法。

巷道岩体结构面“人工+半自动”识别方法及应用研究

为了实现对地下巷道围岩结构面点云数据高质量、高精度的识别和优化,利用三维激光扫描技术开展了地下巷道岩体结构面测量及识别研究。以云南省彝良县洛泽河镇毛坪铅锌矿910 m中段运输巷道为例,开展了三维激光扫描与结构面信息提取工作,并利用Pointstudio软件对所获取的点云数据进行坐标校正、拼接、除噪和抽稀等处理,最后将现场人工测量和人工识别、半自动识别与人工识别等结构面识别方法进行对比验证和分析。结果表明:在地下矿山巷道中,针对巷道围岩中出露形态复杂的结构面,采用“人工+半自动”识别相结合的方法进行地下巷道岩体结构面识别,所获取的结构面数据更加准确和全面,为巷道结构面信息识别和几何特征提取提供了一种新的思路。

三维激光扫描技术在墙面倾斜度测量中的应用研究

随着城市化进程的推进,许多年久失修的老式建筑由于自身结构和外界环境影响,大都存在不同程度的倾斜,因此一定周期内常需要进行倾斜监测。传统的经纬仪、全站仪和激光铅锤仪等监测手段,存在测量效率低、受外界环境影响大等方面局限性,因此适用性较差。本文以上世纪某老式建筑物为研究对象,基于三维激光扫描技术获取待测物点云数据,然后利用平面拟合法进行墙面拟合,最后计算墙面与基准面倾斜角,研究结果对市政部门了解建筑物变形量,制定必要保护措施等具有较高的参考价值。

三维激光扫描仪在某铁矿边坡地质调查的应用

某铁矿露天开采已进入末期,为服务某铁矿南采坑境界外矿体开采的需要,通过收集、总结该铁矿现有工程地质资料,采用现场调查、三维激光扫描和软件分析等手段,对矿区工程地质、矿岩物理力学性质及应力分布等进行全面分析研究;并通过数学物理法获取岩体物理力学及地应力参数,主要包括弹性模量、泊松比、黏聚力、内摩擦角、单轴抗压强度、抗拉强度等;运用岩石稳定性分类法对矿区岩体质量分级及稳定性进行综合评价。基于三维激光扫描点云数据以及生成的三维全景图像,实现对露天矿边坡结构面大范围的高效安全调查,掌握矿岩结构面特征与分布规律,为露天坑境界外矿体开采提供参考依据。

基于激光雷达的颗粒物“地空一体化”监测

激光雷达是一种光学频段的主动式大气遥感探测工具,文章采用车载大气颗粒物激光雷达,结合固定垂直探测、移动走航监测和平面扫描三种探测方式,对保定市高新区颗粒物浓度进行了连续观测。固定监测结果显示,通过激光雷达获得的气溶胶消光系数变化趋势与空气质量指数走势相符,符合环保部的数据指标。平面扫描监测进一步证明了污染高值是由本地污染和外来污染共同导致的。可以通过平面扫描确定污染大致区域,再通过移动走航监测快速、准确地定位污染源的位置。

三维激光扫描在隧洞围岩结构信息获取中的应用研究

针对接触式测量方法无法满足深部高陡岩体结构信息采集的要求,以金川二矿+650 m水平卸载站硐室掌子面为研究对象,采用三维激光扫描仪获取其表面点云数据集,并对点云数据进行处理提取岩体结构信息参数,并利用校核算法与地质测量结果验证数据的可靠性。结果表明:(1)通过对高精度获取的扫描数据进行快速处理,在控制点已知和未知的情况下,均可获取结构面的产状信息,降低了人员获取结构面信息的危险性;(2)利用最小二乘法计算产状、近似平行结构面组间距算法计算间距,以及将实测结构面产状与提取出来的结构面信息做差比较,可知倾向和倾角误差均在±6°范围以内,间距误差在±0.03 m以内,验证了提取数据的可靠性;(3)在金川二矿+650 m卸载站硐室掌子面结构面产状等信息的提取中应用了本文方法,有效识别了结构面产状信息。该项研究工作不仅避免了危险性,而且提高了精度与效率。

平面测量多项式扫描路径规划算法

轮廓测量作为垂向系统核心功能,根据不同测量平面尺寸,规划出相应的平面轮廓测量路径。现有的方法大多基于离散步进式方法进行测量,在测量效率和拟合精度上存在不足。针对效率和精度问题,提出了基于多项式的被测平面轮廓扫描路径规划算法,主要包含2个创新点:(1)使用扫描测量代替离散步进式测量,提升路径测量效率的同时提升测量精度;(2)使用拟合多项式曲线,进一步提升测量路径拟合精度。实验结果表明,与传统的离散采样方法相比,新方法在测量效率和拟合精度都有大幅提升。

基于无人机的岩体结构面识别精度提升方法研究

岩体结构面是影响岩体稳定性的重要因素,对其信息的准确高效提取是开展地质研究和预测地质灾害的重要基础。本文结合无人机三维激光扫描在岩体结构面识别方面的研究现状,为解决识别精度不高、边界提取不准确等问题,着重分析影响结构面识别精度的因素,并从法向量计算、点云聚类和边界二次精细化处理三方面对识别精度加以改进,然后进行野外结构面提取验证。结果表明,本文提出的识别技术精度较高,为结构面信息的智能化高效提取提供了一种可靠的应用方法。

铝钛双层结构螺栓孔涡流C扫描3D成像检测工艺研究

飞机双层螺栓孔结构是飞机常见的航空结构。某型飞机中外翼对接部位的铝钛2种材质叠加状态的双层结构螺栓孔经常发生疲劳裂纹。通过模拟疲劳裂纹,设计典型缺陷规格的对比试块,开展孔壁阻抗型涡流旋转检测和涡流C扫描3D成像检测实验研究,实验发现,阻抗型旋转涡流检测技术能有效检出铝层缺陷,无法有效检出钛层缺陷,不适用于铝钛双层结构螺栓孔的现场应用;涡流C扫描3D成像检测技术能有效检出0.2 mm和0.76 mm模拟裂纹,效果明显。涡流C扫描3D成像检测技术能同时清晰直观地显现铝层和钛层裂纹空间分布位置、状态和缺陷大小,能快速高效地呈现孔壁健康状态,为飞机延寿评估提供有力的数据支撑。

宣德官窑青花瓷的面扫描分析

用SRXRF对宣德时期官窑青花瓷片上的瓷彩进行面扫描分析 ,结果表明各元素分析线的峰面积有着不同的分布模式。根据与颜色浓淡、瓷彩上黄斑的耦合关系可以将K ,Cr ,Mn ,Fe,Co ,Ni,Cu ,Zn ,Hg ,Rb ,Sr,Y和Zr等 13个元素分为 3组。它可作为各个朝代青花瓷“指纹元素”的选择依据 。

超声引导下腰丛神经阻滞在全髋关节置换术中的应用:短轴平面内对长轴平面外技术

目的比较超声引导下短轴平面内技术与长轴平面外技术在全髋关节置换术中行腰丛神经阻滞的操作便捷性、阻滞效果及不良反应。方法选择美国麻醉医师学会分级Ⅰ～Ⅲ级择期行全髋关节置换术的患者150例,年龄24～86岁,随机分入两组,每组75例,分别在超声引导下采用短轴平面内和长轴平面外技术进行腰丛神经阻滞。记录两组的图像定位时间和穿刺时间,测试股神经、股外侧皮神经、闭孔神经和坐骨神经的感觉阻滞程度,评估膝关节运动阻滞程度,观察患者是否发生双侧阻滞及不良反应发生情况。结果长轴平面外组的图像定位时间为(29.20±14.47)s,显著短于短轴平面内组的(39.20±25.79)s(P<0.05),两组间穿刺时间、总操作时间及术后股神经感觉恢复时间的差异均无统计学意义(P值均>0.05)。注射药物后30min,两组间股神经、股外侧皮神经、闭孔神经和坐骨神经有效阻滞的比例,双侧阻滞的比例,以及膝关节运动阻滞达0～2级者的比例的差异均无统计学意义(P值均>0.05)。除长轴平面外组有1例患者注射药物后主诉头晕、眼花外,两组均无神经损伤和其他不良反应。两组患者和术者的满意度均为2级或3级,差异均无统计学意义(P值均>0.05)。结论长轴平面外和短轴平面内这两种超声引导技术都能获得良好的腰丛神经阻滞效果,但长轴平面外技术所需的图像定位时间更短。

面阵探测器连续扫描成像光学系统

研制了一套用于面阵探测器360°连续扫描成像的红外光学系统。该光学系统包含了一个无光焦度的望远镜、一个方位补偿摆镜及一个二次成像物镜,采用了制冷型面阵红外探测器。引入了方位补偿摆镜,按二倍角关系朝相反方向摆动,解决了面阵探测器连续扫描中的成像拖尾与模糊问题。采用了像方扫描方式,使得摆镜通光尺寸由物方扫描的大约40 mm×220 mm缩减至目前14 mm×22 mm,摆镜质量减轻了95%以上,摆动频率可达100 Hz,使系统可在1 s内完成对360°方位的扫描成像。系统结构简洁紧凑,共由八片透镜以及一片反射镜组成,像质接近衍射限。实验室测试结果表明:方位补偿摆镜固定时,对小圆靶成像有明显拖尾成长条状;而开启摆镜摆扫之后,小圆靶成像清晰无变形,成像效果接近凝视型。

超低副瓣天线平面近场测量截断误差分析

给出了平面近场测量中由于有限扫描面截断所引起的远场相对误差的表达式以及扫描面宽度选择原则 ,用计算机模拟的方法研究了有限扫描面对超低副瓣天线平面近场测量结果的影响 ,得到了一些基本的规律 ,并证实了扫描面宽度选择原则对于超低副瓣天线平面近场测量的适用性和正确性 .