CN103983234A - 一种基于智能移动设备的岩层产状测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于智能移动设备的岩层产状测量方法。主要操作流程是将智能移动设备背面紧贴于岩层表面，通过智能移动设备自身的加速度传感器模块和方向传感器模块获取移动设备坐标系下重力加速度分量值和移动设备坐标系Y轴与地磁场北极方向的夹角，通过上述方法可以得到岩层的走向、倾向以及倾角，本发明可以用于测量岩层产状，也可以用于测量岩体结构面及边坡面的产状。

Description

一种基于智能移动设备的岩层产状测量方法

技术领域

本发明涉及地质资料的收集整理及分析应用领域，尤其涉及一种岩层产状参数的获取和计算的方法。

背景技术

岩层的产状是岩层在空间产出的状态和方位的总称，产状通常用产状三要素表示，包括岩层的走向、倾向和倾角。岩层面与水平面的交线或岩层面上的水平线即该岩层的走向线，其两端所指的方向为岩层的走向，可由两个相差180°的方位角来表示。垂直走向线沿倾斜层面向下方所引直线为岩层倾斜线，倾斜线的水平投影线所指的层面倾斜方向就是岩层的倾向，走向与倾向相差90°。岩层的倾斜线与其水平投影线之间的夹角即岩层的倾角。

现有技术中，一般用地质罗盘测出岩层产状。具体方法如下：

1.岩层走向的测定

岩层走向是岩层层面与水平面交线的方向也就是岩层任一高度上水平线的延伸方向。测量时将罗盘长边与层面紧贴，然后转动罗盘，使底盘水准器的水泡居中，读出指针所指刻度即为岩层之走向。

2.岩层倾向的测定

岩层倾向是指岩层向下最大倾斜方向线在水平面上的投影，恒与岩层走向垂直。测量时，将罗盘北端或接物觇板指向倾斜方向，罗盘南端紧靠着层面并转动罗盘，使底盘水准器水泡居中，读指北针所指刻度即为岩层的倾向。

3.岩层倾角的测定

岩层倾角是岩层层面与假想水平面间的最大夹角，即真倾角，它是沿着岩层的真倾斜方向测量得到的。测量时将罗盘直立，并以长边靠着岩层的真倾斜线，沿着层面左右移动罗盘，并用中指搬动罗盘底部之活动扳手，使测斜水准器水泡居中，读出悬锥中尖所指最大读数，即为岩层之真倾角。

在上述测量中可以看出，岩层产状的测量至少需要获得倾向及倾角，即至少要分两次进行，且每次都要调整水准器水泡居中，这种产状测量方法比较繁琐、工作效率也比较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种测量岩层产状的新方法。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种基于智能移动设备的岩层产状测量方法，包括以下步骤：

1）将智能移动设备贴在待测岩层的表面，所述智能移动设备具有加速度传感器模块和方向传感器模块；

2）通过所述加速度传感器模块，测得移动设备坐标系下重力加速度分量值a_x、a_y和a_z；

3）令x＝a_z、A＝g(x,y)，计算出A的值；

其中：

4）若A≤90°，则待测岩层的真倾角B=A；若A＞90°，则待测岩层的真倾角B=180°-A；

5）令，k＝a_x，z＝a_y，C＝h(k,z)，计算出C的值；

其中：

6）若C≥0，则令D=C；若C＜0，则令D=360°+C；

7）通过所述方向传感器模块测得移动设备坐标系y轴与地磁场北极方向的角度(以手机为例,即手机顶部朝向与正北方向的角度R)；

8）令E=R-D；

9）若0≤E≤90°，令F1=E，F2=E+180°，G=E+270°，则待测岩层的走向为F1和F2，待测岩层的倾向为G；

若90°<E≤180°，令F1=E，F2=E+180°，G=E-90°，则待测岩层的走向为F1和F2，待测岩层的倾向为G；

若180°<E≤360°，令F1=E-180°，F2=E，G=E-90°，则待测岩层的走向为F1和F2，待测岩层的倾向为G；

若-180°≤E<0，令F1=E+180°，F2=E+360°，G=E+270°，则待测岩层的走向为F1和F2，待测岩层的倾向为G；

若-270°≤E<-180°，令F1=E+360°，F2=E+540°，G=E+270°，则待测岩层的走向为F1和F2，待测岩层的倾向为G；

若-360°<E<-270°，令F1=E+360°，F2=E+540°，G=E+630°，则待测岩层的走向为F1和F2，待测岩层的倾向为G。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为智能手机的坐标示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明的主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

一种基于智能移动设备的岩层产状测量方法，包括以下步骤：

1）取一具有代表性的岩层面，将移动设备背面紧贴于岩层表面。所述智能移动设备具有加速度传感器模块（Accelerometer Sensor）和方向传感器模块（Orientation Sensor）。实施例中，所述智能移动设备是智能手机。

2）通过所述加速度传感器模块，得到移动设备坐标系下重力加速度分量值a_x、a_y和a_z。

值得说明的是：移动设备的自然坐标系是指当一个移动设备被放在其默认的方向上时，X轴是水平指向右的，Y轴是垂直向上的，Z轴是指向屏幕正面之外的，即屏幕背面是Z的负值。

以手机自然坐标系为例，X轴、Y轴和Z轴在现有的技术中已有明确的定义，如图2所示：

所述智能手机的X轴平行于手机屏幕的横向（手机的宽度方向），Y轴平行于手机屏幕的纵向（手机的长度方向），X轴和Y轴均平行于手机屏幕，Z轴垂直于手机屏幕；

当移动设备运动或者旋转的时候，这些坐标轴是不会改变的，即它们是跟随手机的，也就形成了移动设备坐标系。

3）令x＝a_z、A＝g(x,y)，计算出A的值。

其中：

值得说明的是，若x＝0，y＝0，则A＝没有意义，本测量方法中x和y也不可能同时为0，即x和y同时为0的情况不存在。即使同时为0，就说明此坐标点在原点，那么在原点也就没有角度的概念，只有非原点与原点的连线才会与x轴产生夹角。

4）若A≤90°，则待测岩层的真倾角B=A。若A＞90°，则待测岩层的真倾角B=180°-A。值得说明的是，由于恒大于等于零，因此A值值域在[0°,180°]，若A≤90°，则待测岩层的真倾角B=A。若A＞90°，则待测岩层的真倾角B=180°-A。真倾角B的值域永远在[0°,90°]之间。

5）令，k＝a_x，z＝a_y，C＝h(k,z)，计算出C的值。

其中：

值得说明的是，若k＝0，z＝0，则A＝没有意义，若k和z同时为0，则说明此时手机所处的面为一水平面，水平面是不存在走向、倾向以及倾角的，因此也没有实际意义。在测量岩层产状时，岩层都是倾斜的，都与水平面有一定的夹角。

6）若C≥0，则令D=C。若C＜0，则令D=360+C。值得说明的是，C的值域在(-180°,180°]，若C≥0，则令D=C。若C＜0，则令D=360+C，此时，D的值域在[0,360°]。

7）通过所述方向传感器模块（Orientation Sensor）测得移动设备坐标系y轴与地磁场北极方向的角度，以智能手机为例，即手机顶部朝向与正北方向的角度R。

8）令E=R-D。

9）若0≤E≤90°，令F1=E，F2=E+180°，G=E+270°，则待测岩层的走向为F1和F2，待测岩层的倾向为G。

若90°<E≤180°，令F1=E，F2=E+180°，G=E-90°，则待测岩层的走向为F1和F2，待测岩层的倾向为G。

若180°<E≤360°，令F1=E-180°，F2=E，G=E-90°，则待测岩层的走向为F1和F2，待测岩层的倾向为G。

若-180°≤E<0°，令F1=E+180，F2=E+360°，G=E+270°，则待测岩层的走向为F1和F2，待测岩层的倾向为G。

若-270°≤E<-180°，令F1=E+360°，F2=E+540°，G=E+270°，则待测岩层的走向为F1和F2，待测岩层的倾向为G。

若-360°<E<-270°，令F1=E+360°，F2=E+540°，G=E+630°，则待测岩层的走向为F1和F2，待测岩层的倾向为G。

Claims (1)

1.一种基于智能移动设备的岩层产状测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将智能移动设备贴在待测岩层的表面，所述智能移动设备具有加速度传感器模块和方向传感器模块；

2）通过所述加速度传感器模块，测得移动设备坐标系下重力加速度分量值a_x、a_y和a_z；

3）令x＝a_z、A＝g(x,y)，计算出A的值；

其中：

$g(x,y)=\left\{\begin{array}{cc}\arctan \left(\frac{y}{x}\right)& x>0\\ \arctan \left(\frac{y}{x}\right)+\mathrm{\&pi;}& y\&GreaterEqual;0,x<0\\ \arctan \left(\frac{y}{x}\right)-\mathrm{\&pi;}& y<0,x<0\\ +\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}& y>0,x=0\\ -\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}& y<0,x=0\end{array}\right.$

4）若A≤90°，则待测岩层的真倾角B=A；若A＞90°，则待测岩层的真倾角B=180°-A；

5）令，k＝a_x，z＝a_y，C＝h(k,z)，计算出C的值；

其中：

$h(k,z)=\left\{\begin{array}{cc}\arctan \left(\frac{z}{k}\right)& k>0\\ \arctan \left(\frac{z}{k}\right)+\mathrm{\&pi;}& z\&GreaterEqual;0,k<0\\ \arctan \left(\frac{z}{k}\right)-\mathrm{\&pi;}& z<0,k<0\\ +\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}& z>0,k=0\\ -\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}& z<0,k=0\end{array}\right.$

6）若C≥0，则令D=C；若C＜0，则令D=360°+C；

7）通过所述方向传感器模块测得移动设备坐标系y轴与地磁场北极方向的角度；

8）令E=R-D；

9）若0≤E≤90°，令F1=E，F2=E+180°，G=E+270°，则待测岩层的走向为F1和F2，待测岩层的倾向为G；

若90°<E≤180°，令F1=E，F2=E+180°，G=E-90°，则待测岩层的走向为F1和F2，待测岩层的倾向为G；

若180°<E≤360°，令F1=E-180°，F2=E，G=E-90°，则待测岩层的走向为F1和F2，待测岩层的倾向为G；

若-180°≤E<0，令F1=E+180°，F2=E+360°，G=E+270°，则待测岩层的走向为F1和F2，待测岩层的倾向为G；

若-270°≤E<-180°，令F1=E+360°，F2=E+540°，G=E+270°，则待测岩层的走向为F1和F2，待测岩层的倾向为G；

若-360°<E<-270°，令F1=E+360°，F2=E+540°，G=E+630°，则待测岩层的走向为F1和F2，待测岩层的倾向为G。