درزه نگاری دیجیتال توده سنگ
مرور و مقایسه روش های دیجیتال درزه نگاری توده سنگ
“آگاهی از نوع و شدت شکستگی های موجود در توده سنگ بسیار مهمتر از نوع جنس سنگ تشکیل دهندة آن است. بعلاوه از آنجایی که دلیل اصلی وقوع بسیاری از ریزش ها و مشکلاتِ مواجهه با آب، وجود درزه ها است، این عوارض همواره باید بطور ویژه مورد توجه قرار گیرند.” کارل ترزاقی
تصویر زیر به اهمیت پرداختن به مطالعه درزه و شکستگی ها در توده سنگ اشاره دارد.
روش های درزه نگاری توده سنگ:
1- درزه نگاری یا برداشت دستی ناپیوستگی ها در توده سنگ به کمک کمپاس-کلینومتر
2- درزه نگاری مبتنی بر گوشی و تبلت های هوشمند (جایگزین کمپاس- شیب سنج)
3- رویکردهای نوین درزه نگاری (اسکنر لیزری سیار – فتوگرامتری)
درزه نگاری دیجیتال توده سنگ
1- روش های تماسی (اندازه گیری مستقیم)
2- روش های غیر تماسی (سنجش از دور)
1- روش های تماسی (اندازه گیری مستقیم)
الف- برداشت خطی
ب- برداشت پنجره ای
مزایای روش های تماسی:
♦مجهز به سیستم های موقعیت یاب جهانی GPS
♦ثبت و ذخیره خودکار داده ها
♦ثبت سریع میدان های گرانشی و مغناطیسی زمین به طور همزمان
معایب روش های تماسی:
♦حسگرها نسبت به اختلالات به شدت حساس هستند
♦انجام کالیبراسیون در هر برداشت
♦عدم اطلاع از کیفیت و دقت حسگرهای به کار رفته در گوشی
♦سایر مشکلات روش های تماسی برداشت ناپیوستگی ها …
2- روش های غیر تماسی (سنجش از دور):
برداشت به روش فتوگرامتری:
برداشت با اسکنر لیزری:
- دلیل اصلی توسعه ی روز افزون استفاده از تکنیکهای غیر تماسی برای برداشت ناپیوستگیها عبارتند از:
- نتایج برداشت عینی بوده و بارها قابلیت تولید مجدد، اندازهگیری و اجرای آزمونهای صحت سنجی را دارند.
- روشهای مذکور زمان برداشت را بسیار کاهش داده، اشتباهات انسانی را حذف و دقت را افزایش داده است.
- مقدار داده های بیشتر با جزئیات بیشتری قابل برداشت هستند.
- ایمنی کار افزایش یافته و خطرات جانی حذف شده و نقاط دور از دسترس قابل برداشت شده اند.
- اطلاعات به دست آمده این قابلیت را دارند که عملیات تحلیل و تفسیر آنها به کمک کامپیوتر و با روشهای نیمه خودکار یا تمام خودکار انجام شوند.
خروجی تمامی روش های برداشت غیر تماسی، مدل سه بعدی توده سنگ است.
استخراج خصوصیات ناپیوستگی ها از مدل سه بعدی توده سنگ:
1- درزه نگاری استریوسکوپیک دیجیتال
2- روش های نیمه خودکار ارزیابی ابر نقاط متراکم حاصله از مدل سه بعدی
روش های نیمه خودکار ارزیابی ابرنقاط متراکم حاصله از مدل سه بعدی عبارتند از:
تجاری:
∗ShapeMetriX3D (از مجموعه ی SMX Analyst گروه ©3GSM GmbH)
∗نرم افزار 3DM Analyst
متن باز:
∗ابزار FACETS در نرمافزار CloudCompare
∗ابزار Compass در نرمافزار Cloud Compare
∗ابزار RANSAC در نرمافزار Cloud Compare
∗نرم افزارDiscontinuity Set Extractor (DSE)
جمع بندی و مقایسه
- برداشت با گوشیهای هوشمند دیجیتال نیز همانند روش های سنتی نیاز به دقت و تکرار زیاد و میانگین گیری از اندازه گیریهای مختلف دارد.
- به منظور تکرار اندازه گیری، پس از هر بار اندازه گیری، باید گوشی را از صفحه جدا کرده و سپس مجدداً بر روی همان قسمت پیشین قرار داد.
- گوشیهای با نسخه ی قدیمی سیستم عامل اندروید، ناپایداری زیادی در نتایج اندازه گیریها ایجاد میکنند.
- گوشیهای برند اپل (iPhone) نسبت به بقیه برندها پایداری بهتر و دقیقتری در نتایج اندازه گیریها دارند و این امر به طور مستقیم به کیفیت حسگرهای بکار رفته در گوشی ارتباط دارد.
- موبایلهای دارای ژیروسکوپ، دقت بهتری نسبت به گوشیهای بدون ژیروسکوپ دارند.
- مهمترین نکته در کاربرد گوشیهای همراه به عنوان کمپاس، ناپایداری نتایج در اثر اختلالات است. همانطور که در قطب نماهای مکانیکی سنتی، قرار گرفتن اشیا و اجرام فلزی در نزدیکی قطب نما موجب بروز اختلال در عملکرد آن میشود، باید توجه کرد که در دستگاههای الکترونیکی مدرن این مشکل بسیار پیچیده تر است.
چنانچه دامنة سنگی دارای پوشش گیاهی بوده و یا با تورهای سیمی محافظت شده باشد، با روش های دورسنجی نمی توان ابر نقاط مناسبی جهت برداشت ناپیوستگی ها به دست آورد.
در روش اسکنر لیزری هرچقدر فاصله سطوح برداشت از اسکنر دور باشد، دانسیته ی ابر نقاط به دست آمده کاهش می یابد و عملاً برای فواصل بیش از 10 الی 15 متر داده های به دست آمده دیگر برای درزه نگاری دامنه مناسب نیستند.
روش فتوگرامتری از نظر تئوری محدودیت فاصله ندارد ولی با افزایش فاصله ی دوربین تصویر برداری از سطوح برداشت، دقت مدل ایجاد شده با این روش کاهش می یابد.
از اینرو هرچقدر فاصله ی پرواز پهپاد تصویر برداری نسبت به سطوح برداشت کم بوده و همپوشانی تصاویر با همدیگر بیشتر باشد، مدل ابر نقاط به دست آمده از این روش واقعی تر و دقیقتر خواهد بود.
صرفه جویی در زمان:
- تکنولوژی های دورسنجی، زمان عملیات برداشت اطلاعات از سایت را بسیار کاهش می دهند. با این روش ها به صورت متوسط حدود کمتر از یک ساعت برای برداشت زمان لازم است. این در حالی است که در روش های سنتی در طول یک ساعت، امکان برداشت سطوح بیش از 10 مترمربع امکان پذیر نیست.
- پس از برداشت، پردازش اطلاعات و به دست آوردن ابر نقاط مدل سه بعدی توده سنگ در روش اسکن لیزری حدود یک ساعت و در روش فتوگرامتری با فرض حصول مدل با رزولوشن و دقت زیاد حدود هشت ساعت زمان لازم است.
برتری فتوگرامتری:
- داده های به دست آمده از روش فتوگرامتری این برتری را دارند که در هنگام پردازش بر روی داده ها هر سیستم مختصاتی که انتخاب شود می توان داده های به دست آمده از این روش را با x، y و z ژئورفرنس کرد؛ در حالی که داده های ابر نقاط به دست آمده از روش اسکن لیزری نیازمند دخالت کاربر در ژئورفرنس کردن نقاط به دست آمده با کمک سایر داده های نقشه برداری شده ی موجود هستند.
- چنانچه نقاط کنترل زمینی توسط اسکنر لیزری با دقت برداشت نشده باشد، می تواند شامل خطای سیستماتیک مضاعفی شود.
- در روش فتوگرامتری، قابلیت مانور حرکتی پهپاد این امکان را به وجود می آورد که بتوان دامنه ی سنگی را از زوایای مختلفی مشاهده کرد. از اینرو مشکل انسداد سطوح برداشت توسط موانعی که در مقابل دستگاه ها وجود دارد که اغلب در مورد اسکنرهای لیزری زمینی ثابت و متحرک همراه است نیز رفع می شود.
هزینه ها:
- باوجود مزیت های بارزی که ذکر شد، هزینه ی سرمایه گذاری روش های اسکن لیزری و فتوگرامتری به طور قابل توجهی بیشتر از روش ساده ی کمپاس-کلینومتر است.
- بسته ی کامل روش اسکن لیزری که شامل تجهیزات مورد نیاز (اسکنر قابل حمل GeoSLAM ) و نرم افزار مخصوص پردازش داده ها (برنامة GeoSLAM Hub) است دارای قیمتی حدود 60 هزار دلار آمریکا (250 میلیون تومان!) می باشد.
- از طرف دیگر پهپاد مورد نیاز در روش فتوگرامتری و نرم افزار مورد نیاز برای پردازش تصاویر آن (مثل برنامه ی AsisoftPhotoScan/Metashape ) دارای قیمتی حدود 5 هزار دلار (20 میلیون تومان!) است.
- البته به هزینه های مذکور بایستی هزینه ی تهیه ی یک کامپیوتر رومیزی با قابلیت گرافیکی متوسط به بالا را نیز اضافه نمود.
دانلود فایل PDFمحتوای فوق به همراه تصاویر
فیلم ارائه این مطلب در هفتمین کنفرانس مکانیک سنگ ایران
