DPBCS鉆孔電視

具體應用范圍：

1、用于地質水文工程：觀測鉆孔中地質體結構面的各種特征及細微構造，對于孔壁巖石的顏色、組成、顆粒結構、形態等進行分辨。區分巖性，觀察斷層、裂隙、節理、破碎帶、夾層、巖溶、巖脈等地質構造的原始狀態，估計其規模，量測其產狀，研究其性質。

2、用于采礦工程：勘察采空區及空洞情況，檢測支撐、回填情況及沉降度。勘測礦體厚度、傾向和傾角，分析推斷礦脈走向。

3、用于煤礦工程：勘察煤層厚度、產狀等。坑道內煤體走向、層內夾矸及與頂板巖層的離層裂縫程度等。

4、用于灌漿及混凝土檢測：能準確地確定缺陷的大小和位置,比如蜂窩狀和空洞、裂隙等。觀察混凝土結合情況，判定混凝土澆注和灌漿質量。

5、用于管樁：勘察管樁樁內的各種異常和缺陷，觀測接頭質量及斷樁的破碎、斷裂程度等。

6、用于海洋工程：觀測珊瑚礁體的結構、性狀，變形情況。堤岸碼頭的海水侵蝕程度及海生附著物，海平面地下沙石沉積情況等等。

7、用于油氣水井等地下管道：觀察管道裂隙及異物，勘測管道完整性及發現破損帶，分析破損、斷裂位置的產狀等。

已完成的部分典型工程

    通過數十年來在多項國內外大中型工程中二十多萬米的應用與實踐，數字式全景鉆孔攝像系統已廣泛應用于樁基檢測、邊坡勘察、錨桿錨索孔探察、檢測混凝土澆筑質量、堤防隱患探測、水庫滲漏探測、滑坡勘探、覆蓋層探測、巖溶、底下洞穴、地下水資源勘探、灌漿質量檢測、環境檢測與評估等領域，在水利、土木、能源、交通、地質、礦山、環境等行業都得到了用戶的好評。已完成的部分典型工程如下：

京滬高速鐵路勘察、甘肅核廢料埋設工程、四川萬州鐵路邊坡工程、壩陵河大橋橋址區勘察、三峽工程各類邊坡勘察、宜萬鐵路工程定點鉆孔全景攝像勘測、開灤唐山礦導水裂隙帶探測、小浪底水利樞紐注漿效果評價、大連地下石油儲備庫攝像勘察、錦州地下石油儲備庫攝像勘察、安徽深部找礦鉆孔攝像技術研究、鳳灘電站對穿錨桿孔攝像檢查、水布埡圍幕注漿鉆孔攝像評價、廣東惠能蓄電站全景攝像勘察、貴州壩陵河大橋全景攝像勘察、三峽臨時船閘排水孔孔攝像勘察、小浪底灌漿質量數字全景勘察、四川紅巖子電站壩底水下攝像、蘭鄭長成品油管道工程攝像勘察、廣西南丹銅坑礦頂板鉆孔勘察、武英高速工路隧道圍巖監控量測、青島海灣大橋全景鉆孔攝像勘察、青島海底隧道全景鉆孔攝像勘察、二七路大橋全景攝像勘察、開灤煤礦塌陷區數字攝像評價、唐山粉煤灰充填調查攝像勘察、大崗山數字式全景鉆孔攝像勘察、大亞灣核電項目數字鉆孔攝像、安徽六安二千米米鐵礦全景鉆孔攝像、連云港田灣核電站數字全景勘察、珠海外伶仃島碼頭沉箱攝像勘察、深圳斜坡類災害監測攝像勘查、開灤唐山礦離層注漿攝像評價、四川錦屏水電站鉆孔攝像、南廣鐵路西江特大橋攝像勘測、珠海九州港碼頭水下攝像勘測、安徽一千五百米鉬礦數字全景勘察、谷竹高速攝像勘測、四川金口河枕頭壩水電站數字攝像、珠海高欄港碼頭升級水下攝像、云南瀾滄江特大橋數字攝像勘測、湖北鄂州程潮鐵礦攝像勘查、成貴線鴨池河大橋定測鉆孔數字攝像、厄瓜多爾科卡科多辛克雷水電站數字攝像勘查、貴州省息烽至金沙公路烏江大橋攝像勘察、浙江杭州將臺山摩崖石刻工程數字鉆孔攝像勘察、江西德興銅礦富家塢邊坡數字鉆孔攝像、中平神馬能化集團九礦新采煤區數字鉆孔攝像勘察、重慶大足石刻鉆孔攝像勘察、新疆準東煤田奇臺縣煤礦首采區勘探、安徽六安楊湖千米鐵礦數字全景勘察、云南中緬油氣管道瀾滄江跨越工程數字全景勘察、四川金沙江白鶴灘水電站葫蘆口大橋數字全景勘察、四川三堆核工業集團公司邊坡工程數字全景勘察、中國福建寧德核電站鉆孔攝像探測、粵電珠海發電廠(南水鎮)碼頭升級攝像勘察、遼寧鞍山市陳臺溝鐵礦二千米鉆孔攝像、山東萊蕪火電站升級鉆孔攝像、白鶴灘水電站數字全景攝像勘察、烏東德水電站數字鉆孔攝像勘測、湖北理工學院實驗創業大樓攝像勘察、中國南海西沙群島珊瑚礁地質工程二千米鉆孔勘察、

系統主要特點

硬件：

1、控制箱一體化。控制箱集成各種高科技多功能模塊和控制電路板，集數據實時監視、采集、記錄、疊加、輸出、處理分析于一體，并配備高清晰度的大屏真彩LCD顯示器。控制箱超薄便攜，外殼工程塑料扎實耐用。

2、探頭多元化。探頭口徑主要有Φ25mm、Φ30mm、Φ48mm、Φ72mm、Φ133mm等口徑的探頭，能適應Φ26mm-Φ2000mm各種類型的鉆孔或管樁。探頭采用高壓密封技術，不銹鋼外殼，特制石英玻璃視窗，耐溫耐壓，經測試探頭最大可承受壓力大于30MPa，勘測深度可達3000米。

3、探頭多功能性，即探頭同時具有垂直和水平探測的能力。

4、真隙寬特征，探頭采用獲得的*的錐面鏡技術，對鉆孔孔壁的觀測為正視觀測，得到的裂隙寬度自然是真隙寬。而其他廠家的鉆孔電視的探頭均采用“斜視”的全景技術，而斜視觀測鉆孔孔壁的技術，得到的裂隙寬度就是所謂的視隙寬，即不是真實的裂隙寬度。

5、*的深度修正技術，杜絕因深度編碼器轉速不勻和電纜線拉伸導致深度不準的問題。

6、國際巖石力學學會推薦的測試技術和方法“ISRM Suggested Method for Rock Fractures Observations Using a BoreholeDigital Optical Televiewer”，獲得了國際上的廣泛認可。

7、特別研發出“礦用隔爆兼本質安全型鉆孔成像儀”，具有國家煤安和防爆合格證。該成像儀和數字式全景鉆孔攝像系統一樣，可對結構面產狀進行分析并得到三維鉆孔巖芯圖。成像儀設備小巧，操作簡便，安全可靠。

軟件：

1、探測過程的實時監視與實時記錄和處理。

2、適用任意方位、不同孔徑鉆孔的圖像捕獲和分析處理，軟件方便易用。

3、對巖性及孔壁裂隙的結構面傾角、傾向等產狀、隙寬等實時計算與分析。

4、單純的軟件系統，不對硬件進行控制。

5、實現圖像的快速存儲，實現圖像的快速還原變換及顯示，優化的還原變換算法，保證探測的精度。

6、能夠形成各種結果圖像，包括圖像的無縫拼接，三維鉆孔巖芯圖和360°平面展開圖。

7、具有單幀和連續播放能力。可實時旋轉從不同角度觀察三維虛擬巖芯。

8、能夠統計分析，并建立虛擬巖芯數據庫。

9、擁有良好的用戶界面，便于二次開發。

設備主要技術指標和參數

數字式全景鉆孔攝像系統配置（DPBCS標配）

1、探頭（PS01或者PL01）                                          1個

2、控制箱（CU201）                                               1臺

3、系統連接線（SCL）                                              2根

4、捕獲與分析軟件包（SW03）                                       1個

5、電纜絞車（CW01）                                              1臺

6、電纜線（CC）                                                100米

7、深度測量器（DMI）                                              1個

8、套管卡座（ETC）                                                1個

9、特制扳手（PTW）                                               1個

系統介紹

         數字式全景鉆孔攝像系統是在中國工程院院士葛修潤的指導下，由研究員、博士生導師、加拿大卡爾頓大學的高訪學者王川嬰教授經過多年的攻關，自主研制完成的具有國際高水平的可視化鉆孔勘察設備，*國內在該領域的技術空白，是當今鉆孔攝像技術發展過程中的一個里程碑。該系統對以往模擬方式的鉆孔成像技術革命性的進行了變革，創造性地提出了面成像技術、面圖像的無縫縫合技術和現場掃描線成像技術，解決了高精度全孔圖像的全景成像問題，實現了鉆孔的三維圖像化描述和信息的數字化分析，解決了深部巖體結構特征探測的完整性和準確性問題，開創了巖體結構精細描述的新領域，達到了國際鉆孔攝像技術的最高水平，為我國工程勘察技術水平的提高奠定了基礎。

        數字式全景鉆孔攝像系統獲得過五項國家和五項軟件著作權登記，其在第十三屆全國發明成果博覽會上獲得了金獎，也于2006年被評為《全國杰出工程技術評審》預展項目。該系統在多項國家重大項目如核廢料處置庫、戰略石油儲備庫、核電、三峽、交通運輸、采礦等工程中得到廣泛的應用，先后榮獲中國科學院科技進步二等獎，國家科技進步三等獎，湖北省科技進步一等獎，教育部自然科學一等獎等等。

   數字式全景鉆孔攝像系統是一套*智能型勘探設備。它集電子技術、視頻技術、數字技術和計算機應用技術于一身，其主要的創新點在于全景圖像的實現和數字技術的突破。全景圖像是包含有三維信息的平面圖像，它經過特定的光學變換而成。數字技術的應用使全景圖像能被處理成各種各樣的二維或三維圖像的表現形式。更進一步，這樣的數字處理也提供了對在圖像上的地質信息和其它信息的準確量測和對結果的統計分析。系統采用創新方式的光學結構設計，突破以往模擬方式鉆孔成像技術的弊端，實現了全景技術和數字化技術。系統可同時觀測到360°的孔壁全景情況，形成數字化的鉆孔巖芯三維圖像，可有效地協助地質資料的計算機統計、分析和處理。系統以其的功能特點，特別是在結構面產狀、形成平面圖像和三維圖像以及統計分析等方面，是傳統方法無法比擬的。

DPBCS鉆孔電視

   系統還解決了鉆孔內的工程地質信息采集的完整性和準確性問題，擺脫了鉆孔攝像技術長期停留在模擬方式下以觀察為主的鉆孔電視模式，將其推向更高層次，即數字方式下的全景技術。系統通過對鉆孔孔壁進行無擾動的原位攝像記錄，直接對孔壁進行研究，避免了鉆孔取芯工程的擾動影響，比鉆孔巖芯更能反映鉆孔內的實際情況，得到的結果更加可信和直觀，解決了鉆孔工程地質信息采集的完整性和準確性問題，使鉆孔攝像技術從以模擬方式下定性觀察為主的鉆孔電視模式下向前推進了一步，達到了鉆孔攝像技術的國際高水平。

         數字式全景鉆孔攝像系統的基本原理是采用一種特定的光學變換，即截頭的錐面反射鏡，它實現了將360°鉆孔孔壁圖像反射成為平面圖像。這種平面圖像稱為全景圖像，由于鉆孔呈圓柱狀，這種全景圖像則不失其三維信息。全景圖像可以被位于該反射鏡上部的攝像機拍攝，如圖2-1所示。經過這種光學變換，形成的全景圖像呈環型狀，它發生了扭曲變化，不易被直接觀測。因此，一種將全景圖像還原成原鉆孔形狀的逆變換是必要的，這種逆變換可以通過計算機算法來實現。為此，首先需要數字化全景圖像，建立原鉆孔與全景圖像的變換關系，然后開發相應的軟件，通過該軟件，實現全景圖像到平面展開圖或虛擬鉆孔巖芯圖的同步顯示。平面展開圖是一幅包含一段完整(360°)鉆孔孔壁的二維圖像，就像孔壁沿北極垂直地被劈開，然后展開成平面。虛擬鉆孔巖芯圖是一幅三維圖像，它是通過回卷平面展開圖而成的一個柱狀體，當觀測點位于該柱狀體的外部時，所觀測到的就是虛擬鉆孔巖芯圖。與平面展開圖相比，虛擬鉆孔巖芯圖提供了關于空間形狀和位置的更逼真的信息。另外，虛擬鉆孔巖芯圖也可以通過軟件進行旋轉以觀測其它不能同時看到的部分。

除了逆變換算法外，系統軟件還能提供對鉆孔孔壁圖像的數字分析和處理，從而準確地獲得孔內特征的定量信息，例如，平面特征的傾向和傾角、裂隙的隙寬和某些介質中的缺陷。

         數字式全景鉆孔攝像系統的技術特點是依據全景圖像來實現數字技術（如圖2-2所示）。在定義了全景圖像的深度和方位之后，其上的每一點都可以用世界坐標表示。深度可以通過深度測量裝置直接獲得，其數值疊加到全景圖像中，作為其信息的一部分。方位可以由位于反射鏡之下的磁性羅盤確定，羅盤與全景圖像一起被拍攝下來，羅盤的北極指示了全景圖像的方位。通過系統軟件提供的對羅盤圖像的自動識別功能，這個方位容易被得到。數字技術是視頻信號的數字化實現技術，它使該系統的實現成為可能。數字化的圖像是數據提取、圖像處理和特征分析的基礎。在數字式全景攝像系統中，數字技術是由安裝在位于地面上的計算機中的圖像捕獲卡來實現的。這個圖像捕獲卡能實時地對模擬的視頻信號進行數字化，數字化的圖像能以數字形式被儲存和處理。

          圖像處理是數字式全景鉆孔攝像系統的重要特征之一，它不僅可以形成各種各樣二維或三維的圖像形式，而且也反映了系統的*性。該系統充分利用了位于地面上的高性能計算機，實時地處理整個全景圖像，并形成實時的平面展開圖。由于這幅圖像的實時性，孔內的一些活動情況，如水的流動和砂漿的滲出等，都能清楚地反映出來，因此，該系統提供了真正的實時顯示能力。

數字式全景鉆孔攝像系統可以利用不同的圖像處理方法提供各種各樣的結果圖像，但廣泛應用的是以下三種圖像。

(1) 全景圖像

全景圖像是數字式全景鉆孔攝像系統獲得的原始圖像，也是其它各種圖像的基礎。圖2-2來自于實際測試的結果，其中包括了位于該圖像中部用于指示鉆孔方位的磁性羅盤圖像和在右上角顯示的當前圖像所處的深度數值。

  (2) 平面展開圖

平面展開圖（如圖2-3所示）是全景圖像經變換形成的鉆孔孔壁的360°圖像。在圖像的頂部，有一些刻度和四個標志（N、E、S、W 分別代表磁性北、東、南、西），用于指示方位。在圖像的左邊，有一些表示深度的刻度。

數字式全景鉆孔攝像系統的軟件部分包括用于現場使用的實時監視系統和用于室內處理的統計分析系統兩大部分。

實時監視系統的功能特點：

用于探測過程的實時監視與實時處理；

實現對各個硬件的控制，包括捕獲卡、深度接口板等；   

實現圖像的快速存儲；

實現圖像的快速還原變換及顯示；             

對探測結果的快速瀏覽；

實時計算與分析，計算結構面產狀、隙寬等。

統計分析系統的功能特點：

用于室內的統計分析以及結果輸出；

單純的軟件系統，不對硬件進行控制；

圖像數據來源于實時監視系統的結果；

優化的還原變換算法，保證探測的精度；           

具有單幀和連續播放能力；               

能夠對圖像進行處理，形成各種結果圖像，包括圖像的無縫拼接，三維鉆孔巖芯圖和平面展開圖（圖3－2）；

具有計算與分析能力，包括計算結構面產狀、隙寬等；

能夠對探測結果進行統計分析，并建立數據庫，比如裂隙分布極點圖及產狀傾向玫瑰花圖（圖3－3）；

擁有良好的用戶界面，便于二次開發。

數字式全景鉆孔攝像系統工程應用

   在各類巖土工程研究中，結構面研究都是重要內容之一，這是因為變形和破壞的關鍵部位大多位于諸如裂隙、節理、層理、斷層等不連續結構面上，而結構面通常用其幾何特征來表示，因此結構面幾何持征的采集技術、方法和手段的科學性、*性、完整性、準確性尤為重要。

   目前，鉆孔巖芯測定方法仍是廣泛運用于地下或深部結構面幾何持征的測定方法。雖然它簡單、方便、實用，但是對于軟弱或破碎巖體，鉆孔取芯率相對較低時，準確確定結構面幾何特征則比較困難。由于未受擾動的地質體中鉆孔孔壁保持著完整的地質特征，因此進入鉆孔中對鉆孔孔壁進行探測，使工程地質人員完整、準確地獲得鉆孔內的地質資料的設備就是數字式全景鉆孔攝像系統。

數字式全景鉆孔攝像技術適用于石油工業、工程地質、水文地質、巖土工程、土木工程、采礦工程、冰川研究等領域。已經廣泛地應用于樁基檢測、邊坡勘察、錨桿錨索孔探察、檢測混凝土澆筑質量、堤防隱患探測、水庫滲漏探測、滑坡勘探、覆蓋層探測、巖溶、地下洞穴、地下水資源勘探、灌漿質量檢測、環境檢測與評估等等。