岩体结构面提取结果及分析

根据以上作业流程，对武汉市江夏区五里界采石场的岩体开挖面进行结构面的现场测量，对采集到的岩体点云数据进行聚类分组处理和结构面提取。本次实验对象大多为块状石英岩状砂岩，且体积较大，结构面特征较为明显。针对其中一处区域（图6-3）进行结构面提取及分析，图6-4为法向量聚类分组后的点子集经过不同颜色区分后的中间成果，图6-5是用SEQ-NV-RANSAC算法提取的岩体结构面结果。

图6-3　五里界实验照片及点云

图6-4　法向量聚类分组中间结果示意图

图6-5　岩体结构面提取结果

使用罗盘对4处优势结构面产状进行人工测量的数据分析如表6-3所示。

表6-3　罗盘测量产状精度分析　单位（°）

正如表6-3中所示，两名技术人员使用罗盘测量的倾向最大相差12°，倾角最大相差6°，此误差一般是由于测量人员使用罗盘的熟练程度和判读经验不同以及受到岩体表面裂隙的不同平整程度和没有整平罗盘的因素所造成，具体分析有以下几点：

（1）观测者是通过自己的感觉器官来进行工作的，由于感觉器官鉴别力的局限性，在进行罗盘的安置、读数等工作时，都会产生一定的误差，同时观测者的技术水平、工作态度也会对观测成果产生不同的影响。

（2）观测时不同观测者所使用的罗盘具有一定的精密度，罗盘本身制造上含有一定的误差，因而也就给观测结果带来误差。(www.xing528.com)

（3）岩体裂隙表面本身粗糙不平，使得不同观测者对于同一裂隙的产状判读存在差异，这也是不同观测者测量同一裂隙产状存在差别的主要原因。

二者的测量结果不能保持严格一致，但在结构面产状的后续应用过程中，此误差没有显著影响。在此前提下，根据测量误差理论，可以将甲乙两人分别测得的数据视为等精度双观测值，按双观测值之差求观测值的中误差，如下式所示：

同样，根据测量误差理论，在有限次数的测量中，一般规定中误差的2倍或者3倍作为测量误差的极限值，这里选择2倍中误差作为倾向和倾角的极限误差，即：

由上述分析可知，使用人工罗盘对结构面产状测量的倾向极限误差为11.34°，倾角极限误差为4.58°。因此，本次实验可以将使用罗盘两次测量的平均结果值作为该结构面的最佳估值，将本书方法提取的结构面产状与最佳估值进行对比分析，计算两者的中误差，如果中误差小于极限误差（m倾向极限、m倾角极限），则说明通过本书方法计算提取的结构面是正确的，精度也符合测量要求。

表6-4中列举了最佳估值和地面Lidar测量的精度对比分析情况。

表6-4　地面Lidar测量产状精度分析　单位（°）

与最佳估值（罗盘测量均值）相比，地面Lidar测量提取的结构面产状中，倾向最大相差5.5°，倾角最大相差2.5°。根据前文论述，将两种不同方法测得的数据视为双观测值，按双观测值之差求观测值的中误差，根据公式可知，地面Lidar测量解译的产状中误差为：

由上述中误差可以看出：采用地面Lidar测量配合本书提出的结构面提取方法计算得到的产状与罗盘测量得到的结果相差并不大。且采用本书方法计算得到的倾向、倾角中误差远小于罗盘测量的极限误差。因此证明了本书方法提取的结构面是真实可靠的，且在此基础上计算的产状也符合精度要求，可以在实际工程中予以应用（刘子侠，2009）。