(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210705745.2 (22)申请日 2022.06.21 (71)申请人 中南大学 地址 410083 湖南省长 沙市岳麓区麓山 南 路932号 (72)发明人 赵炼恒　黄栋梁　黄刚海　谢周州　 金昶睿　 (74)专利代理 机构 北京圣州专利代理事务所 (普通合伙) 11818 专利代理师 王杰 (51)Int.Cl. G01C 21/16(2006.01) G01D 21/02(2006.01) G01C 11/00(2006.01) G06T 17/00(2006.01)G06K 19/07(2006.01) (54)发明名称 一种带有运动轨迹与姿态监测的人造危岩 体及其构建方法 (57)摘要 本发明公开了一种带有运动轨迹与姿态监 测的人造危岩体及其构建方法， 人造岩块通过预 制结构面及胶合物组成人造危岩体； 人造岩块的 质心处安装有数据标签， 数据标签与外部基站共 同构成轨迹姿态定位模组； 人造岩块通过预制槽 孔容纳数据标签， 预制槽孔由人造顶盖进行封 装； 人造岩块、 预制槽孔和人造顶盖之间采用逆 向工程技术进行模型间的布尔运算。 本发明采用 上述人造危岩体， 可用于研究崩塌落石的块体形 状、 质量大小、 坡角、 坡形、 坡面覆盖层条件等因 素对运动特性的影 响， 分析监测数据可得出危岩 体运动轨迹、 运动速度、 运动加速度等运动特性 指标， 具备条件真实可靠、 针对性强、 数据可信 度 高的特点。 权利要求书1页 说明书3页 附图3页 CN 114964241 A 2022.08.30 CN 114964241 A 1.一种带有运动轨迹与姿态监测的人造危岩体， 其特征在于， 包括若干块人造岩块， 人 造岩块通过预制结构面及胶合物组成人造危岩体； 人造岩块的质心处安装有数据标签， 数 据标签与外 部基站共同构成轨 迹姿态定位模组； 人造岩块通过预制槽孔容纳数据 标签， 预制槽孔由人造顶盖进行封装； 人造岩块、 预制 槽孔和人造顶盖之间采用逆向工程 技术进行模型间的布尔运 算。 2.根据权利要求1所述的人造危岩体， 其特征在于， 基站通过UWB超宽带无线载波通信 技术为数据标签提供测距服务； 数据标签通过IMU惯 性导航技术计算岩块姿态， 并通过标准 串口外接433或4g无线传输进行通信。 3.根据权利要求1所述的人造危岩体的构建方法， 其特 征在于， 包括： S1， 在无人机近景摄影测量技术框架内进行贴壁摄影测量航线规划， 开展危岩体的影 像采集工作， 在内业开展基于影像的三维重建工作； 采用逆向工程技术进行岩块表面模型 的降噪和封装， 得到危岩体模型； S2， 在危岩体模型上对露头结构面的产状进行测量， 获取结构面的倾向倾角和位置信 息； 然后利用结构面的产状信息对危岩体模型进行切割， 从而得到带有结构面信息的岩块 模型； S3， 采用逆向工程技术进行岩块模型与预制槽孔模型间的布尔运算， 在岩块模型质心 处预留长方体尺寸的空间， 以容纳轨迹姿态定位模组； 以同样方法制作封闭预制 槽孔所用 的顶盖模型， 以实现预制槽孔的灵活开闭； S4， 通过3D打印技术制备岩块模型和顶盖模型的表面模型， 并通过栅格网对表面模型 内部进行支撑； S5， 通过表面模型制备岩块模型及顶盖模型的硅胶模具； S6， 通过硅胶模具制备 人造岩块及人造顶盖； S7， 在人造岩块的预制槽孔中安装轨 迹姿态定位模组， 并通过 人造顶盖 封闭； S8， 在人造岩块的预制结构面上涂抹胶合物， 将人造岩块组合成人造危岩体。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114964241 A 2一种带有运动轨 迹与姿态 监测的人造危岩体及其构建 方法 技术领域 [0001]本发明涉及岩土工程技术领域， 具体涉及 一种带有运动轨迹与姿态监测的人造危 岩体及其构建方法。 背景技术 [0002]随着我国国民经济建设的快速持续发展， 高速、 高铁等基础设施不断向西南山区 推进。 在西南特殊区域环境条件下， 线路沿线的陡峭山体往往存在大量的危岩落石。 当列车 通过时， 不良地质体受列车震动及速度影响， 产生较大幅度的扰动， 进而使危岩落石发生 失 稳崩塌。 落石 是危岩体在不同运动形式间不停 转换及结合的一个复杂过程， 其运动速度快， 运动形式复杂， 冲击能量大， 给影响区内的基础设施带来巨大破坏， 危及影响区域内人民的 生命财产安全。 [0003]在实际勘察过程中， 研究危岩运动这一动态过程具有一定 的危险性， 也没有具体 的勘察设备进 行观察和记录， 给研究带来极大不便。 在这方面， 现场原 位试验和室内模型试 验是研究危岩体运动的重要手段。 危岩落石运动特性主要包括落石的水平运动特征和横向 偏移特征， 运动特性指标主要包括水平运动距离、 横向偏移距离、 弹跳高度、 动能、 碰撞恢复 系数、 冲击力等。 随着现代监测技术和定位技术的发展， 动作捕捉技术、 UWB超宽带无线载波 通信技术、 超声波定位技术、 红外定位技术、 惯 性导航技术、 WiFi定位技术等日益 成熟， 给危 岩落石上述 运动过程轨 迹和姿态的监测带来了可能。 发明内容 [0004]基于上述背景， 本申请公开了如下技 术方案： [0005]一种带有运动轨迹与姿态监测的人造危岩体， 包括若干块人造岩块， 人造岩块通 过预制结构面及胶合物组成人造危岩体； 人造岩块的质心处安装有数据标签， 数据标签与 外部基站共同构成轨 迹姿态定位模组； [0006]人造岩块通过预制槽孔容纳数据标签， 预制槽孔由人造顶盖进行封装； 人造岩块、 预制槽孔和人造顶盖之间采用逆向工程 技术进行模型间的布尔运 算。 [0007]优选的， 基站通过UWB超宽带无线载波通信技术为数据标签提供测距服务； 数据标 签通过IMU惯性 导航技术计算岩块姿态， 并通过 标准串口外 接433或4g无线传输进行通信。 [0008]相应的， 本发明还提出了关于上述人造危岩体的构建方法， 包括： [0009]S1， 在无人机近景摄影测量技术框架内进行贴壁摄影测量航线规划， 开展危岩体 的影像采集工作， 在内业开展基于影像的三维重建工作； 采用逆向工程技术进行岩块表面 模型的降噪和封装， 得到危岩体模型； [0010]S2， 在危岩体模型上对露头结构面的产状进行测量， 获取结构面的倾向倾角和位 置信息； 然后利用结构面的产状信息对危岩体模型进行切割， 从而得到带有结构面信息的 岩块模型； [0011]S3， 采用逆向工程技术进行岩块模型与预制槽孔模型间的布尔运算， 在岩块模型说　明　书 1/3 页 3 CN 114964241 A 3