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1 ShapeMetriX3D综述

ShapeMetriX3D是一个能够得到有三维图像表面的系统。使用一个通过3G软件和测量来进行标定高标准的数码相机，进行数据的采集。使用这个标定的照相机，从两个不同的角度来对指定的区域进行成像。只不过在成像之前，必须将范围杆预先放置好。（如图1）完全的数据采集过程（设置范围杆，拍两张照片）所需时间是1分钟。

一般应用于隧道掘进，采矿，不同种类的文件编录。ShapeMetriX3D的一个重要特性是有一个三维评价软件。

图1  隧道掘进的事例图像。在左边可以看见范围杆

在站点的数据采集完成后，这个图像被转到标准的个人电脑上，并且通过SMX模型重建软件将他合成一个三维的图像。使用的原则是在确定范围内的立体摄影测量，例如不需要参照物来确定在他们之间图像的相关方位。

这个使用原则根本上讲是可以升级的，这就意味着各种尺寸的表面可以通过将照片重建成三维图像来成像和处理。可是一个必要的条件就是那些表面必须显示出确定（不规则）的结构（质地）。

结果是，三维的图像表现了所记录表面的外形。使用所提供的三维软件可以进行三维图像测量和评价。

和常规文件编录的主要区别：

       1. 岩体情况被客观地再现出来

       2. 没有入门的难题和承担评价时间的压力

       3. 米制/公制的度量单位是可行的（长度，距离，面积）

       4. 定位的测量是可行的（表面的空间方位）

       5. 次生性质，诸如间隔可以直接确定

图2  隧道口的三维图像

和常规测量的区别：

       1. 三维图像并不是一个抽象的三维表面测量，而是经过成百上千指定/安排好的测量之后的真实图像。

       2. 不需要特别的技术进行数据采集（使用数码相机）

图3  三维图像生成的原理 。大量的成像线（虚线）被用来重建一组三位表面点。

它们被连接起来形成一个三维表面模型（中间图）。通过覆盖最初的三维图像来产生一个三维图像。

这种三维成像一般是非地球参照的，例如，虽然在使用了图像中可视的建筑元素（如弧/拱形），可以获得一个近似的方位，但是这个结果和对象物体的坐标系统并没有关系。

地球参照是必需的，然后使用JointMetriX3D系统，对象坐标系统中的至少已知坐标的三个点是很明显的。

2 举例

图4  采场岩墙的三维图像（a）。图像的背后，这个结果包含了一组大量的三维点的测量

数据（b）。定性的评价和几何测量很容易地进行（c,d）。

图5 站点上的数据采集，简单通过设定一个范围并用标定的数码相机进行摄像

3 实际应用

       树立范围杆

       范围杆被垂直的竖立在离要进行成像的墙面尽可能近的地方。确保不要干扰观察这个测量区域。这个范围杆有一个气泡水准仪用来确保垂直状态并且用小三角架来进行固定。

       确保自由视角

       保证没有其他的物体或人妨碍成像区域的自由视角。

       在左边位置拍摄第一张照片

       这个圈定的测量区域应填满这整个图像，从而获得较为理想的分辨率。在探测器的帮助下，对成像区域进行校正。

       按下快门然后释放，其余工作摄影机自动进行。如亮度、图像质量比如亮度和对比度，可以通过相机背部的监测器进行即时检查。

       在右边位置拍摄第二张照片

       这第二个点大约在离靠近墙的第一个点的1/8的距离。在那拍摄第二张照片（图6所示）。在一二两图像之间，相机设置不要改变。

       移除范围杆

       取回范围杆，站点上的数据采集就完成了。

图6  隧道应用情况下的几何图像获取

       使用有monopod的照相机

       在地下应用时，推荐使用monopod以减少弄污照片的风险。

4 大量三维图像融合术

       有时候，用单一的一对立体感的图像获得整个测量区域具有足够分辨率的图像是不太可能的，在这种情况下，可以融合其他局部观测图像来得到一个全面的三维模型。举一个应用的例子，当有长石垛带或者对隧道面碎片的融合。

       融合一些观测图像，不需要特别的标记，主要要求就是图像必须有重叠区。

4.1 长石垛带

图7  融合两个单一的三维图像得到一个全面的三维图像

4.2 隧道口碎片

       为了融合隧道口碎片，每一个单一的观测都应当显示整个隧道口。覆盖隧道边墙的一部分（几米）也非常重要，隧道边墙是用来探测单一观测之间的联系的。用这种方法，很多的碎片能够融合成一个单一的隧道口的三维图像，并允许对这个区域内本不可能的整个结构进行评价和测量。

图8  隧道口三维图像

这个三维图像涉及上面每一个在普通坐标系中用来测量的图。因而生成了下面这个融合隧道口碎片的三维图像。

4.3 结合连续的三维图像

       在开挖期间的隧道口三维图像可以相互的参考，不需要对参考点进行的外表上的测量，仅仅需要通过三维图像上一些可视的元素就可以实现。为了进行高精度测量，使用标记将每一个隧道口的三维图像引入到隧道坐标系统。

图9  沿着隧道轴计划的隧道口的连续三维图像

4.4  量的确定

       两个相应的三维图像的差别直接确定了源自不同原因例如开挖，开采或者移动所产生的量的差别。

5 结果

       一般的，几何参数可以通过三维图像来确定。使用包含三维软件JMX软件包对三维图像进行交互式的图像探测和适当的评估变为可能。

       几何学和岩土方面测量

       长度（距离，间隔）（米）

       面积（米）

       不连续表面和整个岩墙区域（表面的空间方位）

       不连续痕迹和地质顶板的空间方位

       起源参数

       节理间隔（米）

       不连续组的空间变化

       体积（立方米）

       数据输出

       几何图形直接输入CAD

       测量结果直接输入MS Excell

       三维图像（JPG）

6 规格

7 主要优点一览

       可移动的不接触岩垛带测量不需要测量技巧和使用仪器设备

       简单应用（摄像）

       效率成本

       岩体情况的再现

       缩减开挖和剥采工作成本

       该系统不仅是一个测量装置而且提供了进行评价的软件