巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析一站式解決方案

呂 超，孫旭良，廖慶龍，李 琦

（廣西桂禹工程咨詢有限公司，廣西 南寧 530023）

0 引言

巖體結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀的量測(cè)、優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面統(tǒng)計(jì)、結(jié)構(gòu)面對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響分析是工程地質(zhì)勘察中重要的基礎(chǔ)工作。目前我國基礎(chǔ)建設(shè)迅猛發(fā)展，水電工程、鐵路工程、高速路工程等很多項(xiàng)目在勘察設(shè)計(jì)階段和施工階段均會(huì)涉及巖體工程，而巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)是其中的重要內(nèi)容。這部分工程關(guān)注巖體結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀的量取、結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀統(tǒng)計(jì)分析、結(jié)構(gòu)面穩(wěn)定性分析、地質(zhì)評(píng)價(jià)報(bào)告編制等內(nèi)容。

當(dāng)前野外地質(zhì)勘察中，測(cè)量巖體結(jié)構(gòu)面信息的主要工具是地質(zhì)羅盤和皮尺。這種方法在所有勘察方法中最為普遍，但也存在一定的不足之處，工作量大、費(fèi)時(shí)費(fèi)力，調(diào)查人員無法接觸的區(qū)域?qū)y(cè)量造成阻礙，人員安全會(huì)受到威脅。另外一種接觸式測(cè)量方法是鉆探方法，這種方法成孔的質(zhì)量要求較高，范圍小，精度低。近年來興起的近景攝影測(cè)量法和三維激光掃描儀快速獲取點(diǎn)位坐標(biāo)法的應(yīng)用，一定程度上給地質(zhì)調(diào)查帶來了一種新的革命，但這兩種方法也存在弊病，操作復(fù)雜、需要其他輔助設(shè)備精確定位、搬運(yùn)費(fèi)時(shí)費(fèi)力、設(shè)備昂貴等。

小型無人機(jī)的問世給地質(zhì)調(diào)查帶來了新希望，小型無人機(jī)自身帶有定位系統(tǒng)，價(jià)格低廉，操作簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)精度可用，但數(shù)據(jù)為高程和坐標(biāo)，需要通過空間幾何算法計(jì)算結(jié)構(gòu)面傾向和傾角。結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀統(tǒng)計(jì)分析包括產(chǎn)狀分組統(tǒng)計(jì)、各組百分比含量、節(jié)理玫瑰圖繪制、優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面選取；結(jié)構(gòu)面穩(wěn)定性分析主要應(yīng)用赤平投影方法對(duì)結(jié)構(gòu)面及其組合的交割線進(jìn)行穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)。這兩種方法，目前理正巖土軟件、邁達(dá)斯GTS 等商用軟件都有獨(dú)立模塊進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析。

但目前軟件對(duì)三維實(shí)景模型結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀計(jì)算、結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀統(tǒng)計(jì)分析、結(jié)構(gòu)面穩(wěn)定性分析、地質(zhì)分析評(píng)價(jià)報(bào)告自動(dòng)編制等工作之間的結(jié)合尚不緊密，工程建設(shè)隨著進(jìn)度推進(jìn)，結(jié)構(gòu)面數(shù)據(jù)的變化，相關(guān)統(tǒng)計(jì)分析工作都會(huì)變動(dòng)，報(bào)告成果也會(huì)改變，使用不夠便捷。

因此開發(fā)一套針對(duì)巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析的軟件，以完成上述分析的全部?jī)?nèi)容，優(yōu)化結(jié)構(gòu)面?zhèn)鹘y(tǒng)測(cè)量方法，使結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀計(jì)算、結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀統(tǒng)計(jì)、結(jié)構(gòu)面穩(wěn)定性分析、地質(zhì)評(píng)價(jià)報(bào)告自動(dòng)編制等工作一站式完成，無論結(jié)構(gòu)面數(shù)據(jù)如何更新、分析邊坡部位如何變化，均可快速可靠的一鍵完成穩(wěn)定性分析，并生成地質(zhì)評(píng)價(jià)報(bào)告，使得各工序無縫銜接，促進(jìn)成果質(zhì)量和工作效率的大幅提高，對(duì)地質(zhì)工作數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)化具有重要意義。

1 穩(wěn)定分析一站式解決方案

1.1 技術(shù)路線

穩(wěn)定分析工作需要完成巖層產(chǎn)狀量測(cè)、結(jié)構(gòu)面統(tǒng)計(jì)分析、邊坡穩(wěn)定性分析和生成報(bào)告幾部分工作。本次以上述分析工作為研究對(duì)象，以高效、高質(zhì)量完成設(shè)計(jì)分析工作為目標(biāo)，以系統(tǒng)思維為統(tǒng)領(lǐng)，以標(biāo)準(zhǔn)化為準(zhǔn)繩，提出標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)流程和成果范本，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為手段，開發(fā)分析軟件，為供結(jié)構(gòu)面分析提供一站式解決方案。分析軟件按照其功能劃分為結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀采集模塊、產(chǎn)狀統(tǒng)計(jì)分析模塊、邊坡穩(wěn)定分析和報(bào)告生成4 個(gè)模塊。

該軟件可實(shí)現(xiàn)從三維實(shí)景模型提取巖體結(jié)構(gòu)面坐標(biāo)，并完成結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀計(jì)算（傾向與傾角）；在此基礎(chǔ)上統(tǒng)計(jì)結(jié)構(gòu)面分布規(guī)律并分析優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面，同時(shí)完成節(jié)理玫瑰花圖繪制；在上一步結(jié)構(gòu)面統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上，依據(jù)赤平投影方法分析結(jié)構(gòu)面及其交割線對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響，并自動(dòng)繪制赤平投影圖；最后，整合上述3個(gè)過程，生成分析報(bào)告。

Excel是美國微軟公司開發(fā)的商業(yè)辦公軟件，具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)計(jì)算分析能力和豐富的圖表工具，同時(shí)提供了二次開發(fā)功能，可實(shí)現(xiàn)定制服務(wù)。Excel 的二次開發(fā)有多種方式，包括著名的VBA（VB for Application）、VSTO（Visual Studio Tools for Office）和DNA（DotNet for Application）等。本次開發(fā)采用DNA 技術(shù)，該技術(shù)是基于.Net 框架的開發(fā)方式，可以依托.Net 的優(yōu)勢(shì)，快速開發(fā)出功能強(qiáng)大的應(yīng)用程序，與其他開發(fā)方式相比具有安全性好，不易破解，無需安裝注冊(cè)，程序的分發(fā)和部署非常便利等優(yōu)勢(shì)。

軟件以Excel 工作表為輸入輸出平臺(tái)，將工作表劃分為輸入?yún)^(qū)、輸出區(qū)和圖表區(qū)，開發(fā)相應(yīng)的應(yīng)用程序，完成上述分析計(jì)算、圖表繪制和報(bào)告生成工作。軟件開發(fā)技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 軟件開發(fā)技術(shù)路線圖Fig.1 Technology roadmap of software development

1.2 結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀提取和計(jì)算

1.2.1 基本原理

在三維實(shí)景模型中提取巖體結(jié)構(gòu)面上不在同一直線的3個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)P1（x1，y1，z1）、P2（x2，y2，z2）、P3（x3，y3，z3），可通過空間幾何計(jì)算出該巖體結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀（傾向α和傾角A）。

巖體結(jié)構(gòu)面的傾向α需要確定該結(jié)構(gòu)面單位法向量n→在XY平面的投影n′所在的象限，具體計(jì)算如下：

（1）當(dāng)nz≥0時(shí)：

巖體結(jié)構(gòu)面的傾角A為單位法向量n→（nx，ny，nz）與Z軸的夾角，具體計(jì)算如下：A=arccos［nz］。

其中，巖體結(jié)構(gòu)面的單位法向量n→（nx，ny，nz）計(jì)算如下：

1.2.2 坐標(biāo)提取

（1）復(fù)制坐標(biāo)。為從實(shí)景模型中提取坐標(biāo)，本次編制了提取程序，具體步驟為：在實(shí)體模型中選擇巖體結(jié)構(gòu)面上不在同一直線上的3 個(gè)點(diǎn)，依次選擇點(diǎn)坐標(biāo)，并將其復(fù)制到剪貼板，如圖2所示。

圖2 坐標(biāo)點(diǎn)選擇及復(fù)制Fig.2 Selection and copy of coordinate points

（2）提取坐標(biāo)。在選項(xiàng)卡中點(diǎn)擊“提取產(chǎn)狀”按鈕，可彈出“結(jié)構(gòu)面提取”對(duì)話框，完成上述復(fù)制坐標(biāo)后，點(diǎn)擊對(duì)話框中的“提取點(diǎn)”按鈕，程序?qū)⒃擖c(diǎn)坐標(biāo)填充到工作表中的指定位置，重復(fù)1）和點(diǎn)擊“提取點(diǎn)”按鈕可完成其他坐標(biāo)點(diǎn)的提取。當(dāng)完成結(jié)構(gòu)面提取后，點(diǎn)擊“計(jì)算”按鈕，程序自動(dòng)完成傾向和傾角計(jì)算公式的填充，并完成傾角傾向計(jì)算，如圖3所示。

圖3 坐標(biāo)提取Fig.3 Extraction of coordinates

1.2.3 產(chǎn)狀計(jì)算

結(jié)構(gòu)面計(jì)算需要輸入的條件是3 個(gè)不在一條直線上的3 個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，共9 個(gè)參數(shù)，計(jì)算結(jié)果為傾向和傾角。在Excel 工作表中編制標(biāo)準(zhǔn)表格，第A 列為序號(hào)，第B 列為結(jié)構(gòu)面名稱，第C～K 列為3個(gè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，第L、M 列為傾向和傾角。A～K 列為輸入?yún)^(qū)，L、M為計(jì)算結(jié)果輸出區(qū)，表格形式見圖3。

為實(shí)現(xiàn)傾向和傾角的計(jì)算，按照上述計(jì)算原理，編制2個(gè)自定義函數(shù)，分別為傾向計(jì)算函數(shù)：QingXiang（C6：K6）和傾角計(jì)算函數(shù)QingJiao（C6：K6）。2個(gè)函數(shù)輸入?yún)?shù)為結(jié)構(gòu)面的3個(gè)點(diǎn)的9 個(gè)坐標(biāo)參數(shù)。輸入?yún)?shù)后，程序自動(dòng)完成結(jié)構(gòu)面傾向和傾角2個(gè)參數(shù)的計(jì)算。

Function QingXiang（P1ToP3 As Object（））As Single ′傾向計(jì)算

Dim xyz（9）As Single

For i=1 To 9

xyz（i）=P1ToP3（i）

Next i

Dim qj As Single

Dim qx As Single

CalQingJiao xyz，qj，qx

Return qx

End Function

Function QingJiao（P1ToP3 As Object（））As Single ′傾角計(jì)算

For i=1 To 9

xyz（i）=P1ToP3（i）

Next i

Dim qj As Single

Dim qx As Single

CalQingJiao xyz，qj，qx

Return qj

End Function

Private Function CalQingJiao（xy，QingJiao As Single，QingXiang As Single）

……

If nz ＞ 0 Then

QingJiao=Application.WorksheetFunction.Acos（nz）* 180 /pi

Else

QingJiao=180-Application.WorksheetFunction.Acos（nz）*180 / pi

End If

′傾向計(jì)算

ddd=（nx * nx+ny * ny）^ 0.5

If nz ＞=0 Then

If nx ＞ 0 Then

QingXiang=Application.WorksheetFunction.Acos（ny / ddd）* 180 / pi

Else

QingXiang=360-Application.WorksheetFunction.Acos（ny /ddd）* 180 / pi

End If

Else ′nz＜0

If nx ＜ 0 Then

QingXiang=Application.WorksheetFunction.Acos（-ny /ddd）* 180 / pi

Else

QingXiang=360-Application.WorksheetFunction.Acos（-ny/ ddd）* 180 / pi

End If

End If

End Function

1.3 結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀統(tǒng)計(jì)分析

當(dāng)工程區(qū)巖層、節(jié)理、裂隙等結(jié)構(gòu)面發(fā)育，結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀數(shù)量較多時(shí)，必須統(tǒng)計(jì)結(jié)構(gòu)面分布規(guī)律，分析主要的優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面，為巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析提供重要數(shù)據(jù)。程序?qū)?60°分成36組，每10°傾向?yàn)橐唤M統(tǒng)計(jì)，分析統(tǒng)計(jì)每組內(nèi)的平均傾向、平均傾角、每組裂隙數(shù)量占總數(shù)量的百分比；同時(shí)為更加直觀反映結(jié)構(gòu)面分布規(guī)律，軟件可根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果自動(dòng)繪制傾向節(jié)理玫瑰花圖和傾角分布直方圖。

為實(shí)現(xiàn)上述功能，在Excel 工作表編制結(jié)構(gòu)面統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)表格，第Q～X 列分別為編號(hào)、傾向分組、平均傾角、百分比、傾向、累計(jì)條數(shù)、改組條數(shù)等，表格形式如下圖。之后，在表格中輸入Excel 提供的內(nèi)部函數(shù)即可完成統(tǒng)計(jì)，其中累計(jì)條數(shù)列輸入“COUNTIF（$L$6：$L$500，V6）”函數(shù)，該函數(shù)第1 個(gè)參數(shù)為前面計(jì)算的傾向列，第2 個(gè)參數(shù)為判斷條件，位于V 列，其他項(xiàng)目計(jì)算公式略。標(biāo)準(zhǔn)表格及圖表如圖4所示。

圖4 結(jié)構(gòu)面統(tǒng)計(jì)成果圖表Fig.4 Results chart of statistics of discontinuities

1.4 巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析程序

1.4.1 原 理

根據(jù)優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面分析結(jié)果，待評(píng)價(jià)邊坡的坡向和坡角，采用赤平投影方法，對(duì)巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行初步分析。為與《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50330-2013）和《滑坡防治工程勘查規(guī)范》（GB/T 32864-2016）的邊坡穩(wěn)定狀態(tài)劃分相適應(yīng)，本程序?qū)⑦吰路€(wěn)定性劃分為四級(jí)：不穩(wěn)定、欠穩(wěn)定、基本穩(wěn)定和穩(wěn)定，穩(wěn)定性分級(jí)和評(píng)價(jià)指標(biāo)見表1。

表1 邊坡穩(wěn)定性分級(jí)與評(píng)價(jià)指標(biāo)Tab.1 Classification and evaluation index of slope stability

1.4.2 實(shí)現(xiàn)方法

赤平投影分析是在上步結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上，針對(duì)選定的結(jié)構(gòu)面進(jìn)行赤平投影圖繪制和分析，提出穩(wěn)定分析結(jié)論。其輸入條件坡面和巖層結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀。

（1）定標(biāo)準(zhǔn)表格。在Excel 工作表中編制標(biāo)準(zhǔn)表格，設(shè)置輸入?yún)^(qū)、圖表區(qū)和成果輸出區(qū)。本程序AL4：AP14區(qū)域，右側(cè)為圖表區(qū)，下部為成果輸出區(qū)。表格形式見圖6。

（2）繪制赤平投影圖。根據(jù)輸入的坡面和巖層產(chǎn)狀信息，按照赤平投影原理和計(jì)算公式，編制程序生成基圓、結(jié)構(gòu)面投影弧線的離散的數(shù)據(jù)點(diǎn)和交割線的坐標(biāo)點(diǎn)，自動(dòng)寫入工作表的指定區(qū)域并完成圖表繪制。

（3）優(yōu)勢(shì)節(jié)理面選擇。為銜接產(chǎn)狀統(tǒng)計(jì)和赤平投影分析，本次開發(fā)了赤平投影計(jì)算模塊，該模塊可以實(shí)現(xiàn)節(jié)理面組合快速選擇和參數(shù)輸入，之后完成赤平投影分析，界面如圖5所示。

圖5 赤平投影計(jì)算對(duì)話框Fig.5 Calculation dialog box of stereographic projection

（4）赤平投影主要成果。完成赤平投影分析，程序完成各分區(qū)結(jié)構(gòu)面（交割線）數(shù)量統(tǒng)計(jì)，形成分析結(jié)論。結(jié)構(gòu)面參數(shù)、分析成果及有關(guān)圖表如圖6所示。

圖7 程序加載界面Fig.7 Interface of program

1.5 報(bào)告生成

根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)，提出了報(bào)告范本，開發(fā)相應(yīng)程序，根據(jù)上述產(chǎn)狀提取、統(tǒng)計(jì)分析和赤平投影分析的參數(shù)、圖表等成果，自動(dòng)生成專題報(bào)告。程序略。

1.6 Excel-DNA開發(fā)

1.6.1 開發(fā)環(huán)境

本次開發(fā)采用Excel-DNA 版本是ExcelDna-0.34.6，其開發(fā)包可從網(wǎng)上下載。將下載的ExcelDna-0.34.6.zip 壓縮包解壓到指定目錄下，本程序?yàn)椤癲：sxlExcelDna-0.34.6”目錄，開發(fā)包中包含ExcelDna.xll、ExcelDna64.xll、ExcelDnaPack.exe 和ExcelDna.Integration.dll這4個(gè)核心文件。各文件功能如表2所示。

表2 Excel-DNA開發(fā)包主要文件及其功能Tab.2 The Key Files and their Functions

1.6.2 加載項(xiàng)的生成

（1）文件準(zhǔn)備。Excel-DNA 加載項(xiàng)的生成需要文件名相同，擴(kuò)展名不同的3 個(gè)文件，本程序?yàn)椋篸izhiFenxi.dna、dizhi-Fenxi.dll、dizhiFenxi.xll。其中dizhiFenxi.dna 文件為文本文件，

dizhiFenxi.xll 是將開發(fā)包中的ExcelDna.xll 復(fù)制后修改文件名得到。（如果是64 位Excel，則將ExcelDna64.xll 復(fù)制后修改文件名得到。）

dizhiFenxi.dll動(dòng)態(tài)鏈接庫，為程序的核心，由本次開發(fā)程序編譯后得到。

（2）dizhiFenxi.dll的生成。由于Visual Studio 開發(fā)平臺(tái)提供了豐富的功能，有利于開發(fā)和調(diào)試，本次選擇其進(jìn)行dizhiFenxi.dll的開發(fā)和編譯。操作步驟簡(jiǎn)述如下：①啟動(dòng)Visual Studio，在“新建項(xiàng)目”對(duì)話框中，選擇Visual Basic 語言類型庫項(xiàng)目，并指定項(xiàng)目名稱；②在項(xiàng)目中添加ExcelDna.Integration 引用，位置為開發(fā)包目錄，本程序?yàn)椤癉：sxlExcelDna-0.34.6Distribution”。之后，打開Class1.vb 文件，在文件頂部導(dǎo)入ExcelDna.Integration指令。③完成上述操作后，可按照開發(fā)與常規(guī)VB.Net 相同，不在詳述。④完成程序編制后，選擇菜單“生成”→“生成解決方案”，Visual Studio會(huì)生成“dizhiFenxi.dll”文件。

（3）程序打包。準(zhǔn)備好上述3 個(gè)文件后，即可進(jìn)行打包，本次生成的最終加載項(xiàng)文件為“dizhiFenxi32.xll”。為方便操作，本次編制了打包批處理文件，內(nèi)容如下：

cd D：\sxl\dizhiFenxi\dizhiFenxi\bin\Debug\del dizhiFenxi.xll copy ExcelDna.xll dizhiFenxi.xll D：\sxl\ExcelDna-0.34.6\Distribution\ExcelDnaPack.exe dizhiFenxi.d na using bass addin dizhiFenxi.xll /y del dizhiFenxi32.xll copy dizhiFenxi-packed.xll dizhiFenxi32.xll pause

（4）程序加載。將加載項(xiàng)文件“dizhiFenxi32.xll”分發(fā)給用戶，啟動(dòng)Excel 后，選擇“開發(fā)工具”選項(xiàng)卡中的“加載項(xiàng)”按鈕（如無“開發(fā)工具”選項(xiàng)卡，可右擊工具欄，然后選擇“自定義功能區(qū)”→勾選“開發(fā)工具”），可彈出如下加載宏對(duì)話框，瀏覽程序所在目錄，加載 “dizhiFenxi32.xll”。加載完成后，“功能區(qū)”中會(huì)自動(dòng)生成本次添加的“地質(zhì)工具箱”選項(xiàng)卡，利用該選項(xiàng)卡中的按鈕即可進(jìn)行分析計(jì)算。

2 應(yīng)用與驗(yàn)證

巖體結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀傳統(tǒng)量測(cè)方法以地質(zhì)羅盤為主，然而地質(zhì)羅盤量測(cè)也有很大的弊端，需要地質(zhì)調(diào)查人員現(xiàn)場(chǎng)對(duì)結(jié)構(gòu)面裂隙逐一量測(cè)，作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)、效率低下。而且只能獲得可以人為接觸的結(jié)構(gòu)面信息，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)面量測(cè)范圍受地形限制，信息量有限、代表性不足，很大程度上影響巖體穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性。羅盤測(cè)量時(shí)指針擺動(dòng)，讀數(shù)時(shí)系統(tǒng)誤差加上磁偏角誤差再加上識(shí)讀誤差一般會(huì)在5°～10°左右。地質(zhì)工作者多數(shù)情況下會(huì)碰到無法攀爬的高陡邊坡巖體，這時(shí)候往往需要有經(jīng)驗(yàn)的地質(zhì)工作者手持羅盤比劃一個(gè)產(chǎn)狀信息，作為計(jì)算其穩(wěn)定性的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，這時(shí)的誤差在10°以上。而無人機(jī)三維實(shí)景模型上提取巖體結(jié)構(gòu)面數(shù)據(jù)進(jìn)行產(chǎn)狀幾何計(jì)算不受高陡地形限制，量測(cè)范圍大、結(jié)構(gòu)面信息量足、代表性好。

本軟件以工程實(shí)例為背景，對(duì)結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀、結(jié)構(gòu)面統(tǒng)計(jì)及赤平投影分析進(jìn)行了驗(yàn)證，具體過程如下。

2.1 結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀計(jì)算驗(yàn)證

采用精靈4 RTK多旋翼無人機(jī)，利用攝影測(cè)量3D規(guī)劃航線對(duì)工程區(qū)開展無人機(jī)航拍工作，獲得高清影像數(shù)據(jù)，并通過RTK 同步獲取野外布設(shè)的控制點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)，利用控制點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行空中三角測(cè)量之后，生成具有坐標(biāo)和高程的三維實(shí)景模型。在三維實(shí)景模型中巖體結(jié)構(gòu)面上提取不在同一直線上的三點(diǎn)坐標(biāo)，通過程序自動(dòng)計(jì)算出該結(jié)構(gòu)面的傾向和傾角。通過本軟件自動(dòng)計(jì)算和手算，結(jié)果驗(yàn)證一致，說明軟件自動(dòng)計(jì)算產(chǎn)狀結(jié)果精度良好，見表3。

表3 結(jié)構(gòu)面計(jì)算成果對(duì)比表Tab.3 Comparison table of discontinuities calculation result

三維實(shí)景模型中選取10組出露清晰的結(jié)構(gòu)面，計(jì)算其傾向和傾角，同羅盤測(cè)量獲取的傾向和傾角間的對(duì)比中誤差均在3°以內(nèi)，具有較好的精度，說明了無人機(jī)三維實(shí)景模型解譯產(chǎn)狀信息的可靠性，可以在三維實(shí)景模型中大量解譯巖體結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀信息應(yīng)用于巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析中。

2.2 結(jié)構(gòu)面的統(tǒng)計(jì)

結(jié)構(gòu)面統(tǒng)計(jì)按每10°傾向?yàn)橐唤M，共計(jì)36 組，自動(dòng)統(tǒng)計(jì)每組內(nèi)的平均傾向、平均傾角、每組裂隙數(shù)量占總數(shù)量的百分比，通過本軟件計(jì)算和市場(chǎng)上某軟件計(jì)算，結(jié)果驗(yàn)證一致，說明軟件計(jì)算成果精度好，程序可靠，對(duì)比表見表4。

表4 結(jié)構(gòu)面統(tǒng)計(jì)成果表Tab.4 The statistics result of discontinuities

2.3 巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

根據(jù)表3 結(jié)構(gòu)面數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面分析后，采用本軟件和市場(chǎng)上常用赤平投影分析軟件對(duì)擬開挖邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析，兩者穩(wěn)定性分析結(jié)論一致。說明本軟件具有較好的可靠性。

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

（1）本軟件將巖層結(jié)構(gòu)面分析中的結(jié)構(gòu)面量測(cè)、結(jié)構(gòu)面統(tǒng)計(jì)、穩(wěn)定性分析及報(bào)告編制等工作進(jìn)行了融合，提供了一站式解決方案，在系統(tǒng)化、標(biāo)準(zhǔn)化方面做了一些探索，促進(jìn)了生產(chǎn)效率和成果質(zhì)量的大幅提升。

（2）巖層產(chǎn)狀采集由三維實(shí)景模型提取，改變了傳統(tǒng)工作方式，降低高陡邊坡產(chǎn)狀采集難度，有效避免了工作人員的危險(xiǎn)性，同時(shí)工作效率也明顯提高。

（3）軟件采用Excel-DNA 技術(shù)開發(fā)，安全性較VBA 大幅提升，同時(shí)避免了VSTO 和VC 等開發(fā)技術(shù)對(duì)開發(fā)人員要求較高的問題，為非計(jì)算機(jī)專業(yè)人員提供了一個(gè)高效實(shí)用工具。

3.2 建 議

（1）巖質(zhì)邊坡結(jié)構(gòu)面數(shù)據(jù)的全面性和代表性直接影響穩(wěn)定性分析結(jié)論，如何進(jìn)一步擴(kuò)大地表以下巖體結(jié)構(gòu)面的采集范圍和數(shù)據(jù)量，是我們進(jìn)一步研究的方向。

（2）在無人機(jī)航拍和三維實(shí)景模型生成過程中，如何有效剔除植被影響，高精度反映實(shí)際邊坡狀態(tài)有待進(jìn)一步研究。