本发明属于岩石力学，具体涉及一种用于评价岩石节理粗糙度的定位装置及实施方法。
背景技术：
1、岩石节理粗糙度对岩石不连续面的剪切强度、变形和渗透特性有很大影响。准确描述岩石节理粗糙度对于岩石工程设计中的稳定性分析至关重要。代表岩石表面起伏和粗糙度的一个关键参数是节理粗糙度系数(jrc)。因此，测量和评估jrc值对于岩石工程项目的建设和灾害预防十分必要。
2、近年来，在处理工程问题时，摄影测量通常是获取目标岩体三维模型的替代方法。它具有成本低、便于携带、易于使用以及能够捕捉毫米级高精度点云等优点。因此，这种方法在岩石工程实践中得到了广泛应用。然而在实地摄影测量应用中，由于地形或图像采集设置的限制，往往无法使用推荐的最佳拍摄参数组合，从而导致一定程度的测量误差。目前摄影测量技术已成熟的应用于地球科学、计算机科学等领域，对于岩石力学领域的应用相对较少，并且多限于室内测量，不适于野外环境下的岩石结构面粗糙度的量测。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于评价岩石节理粗糙度的定位装置及实施方法，不仅适用于室内测量，同样适用于野外环境下的岩石结构面粗糙度的量测。
2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
3、本发明提供一种用于评价岩石节理粗糙度的定位装置，包括：岩石定位板，所述岩石定位板成口形设置，所述岩石定位板表面的四个端点分别设有定位点，所述岩石定位板的每边均并排设有三个检查点，同一边的三个检查点位于相邻两个定位点之间。
4、进一步，所述定位装置还包括椭圆形的相机定位环，所述相机定位环的短径大于岩石定位板边的长度，所述岩石定位板的轴线与相机定位环的轴线位于同一直线上，所述相机定位环上设有滑轨，所述滑轨上滑动安装有滑块，所述滑块上转动安装有用于安装相机的安装架，所述岩石定位板与相机定位环之间转动连接有四个分别位于岩石定位板端点处的第一伸缩杆，所述第一伸缩杆内设有第一弹簧，所述相机定位环上固定安装有第二伸缩杆，所述第二伸缩杆的轴线与相机定位环的轴线平行，所述第二伸缩杆远离相机定位环端用于与待测结构面通过螺栓固定。
5、进一步，所述相机定位环包括第一定位环以及限位滑动安装在第一定位环上的第二定位环，所述第一定位环与第二定位环能够通过卡扣连接固定，所述第一定位环与第二定位环连接形成用于使滑块限位滑动的t形槽，所述第二伸缩杆包括固定安装在第一定位环上的第二滑杆以及与第二滑杆滑动连接的第二套筒，所述第二滑杆滑动安装在第二套筒内，所述第二套筒用于与待测结构面通过螺栓固定，所述第二滑杆内设有贯穿第一定位环的空腔，所述空腔内对称设置有两个能够沿空腔径向滑动的定位杆，所述第二滑杆上设有径向贯穿空腔的通孔，所述定位杆上设有能够移出通孔的插杆，两个定位杆之间连接有第二弹簧，所述第二套筒内沿轴线方向并排设有多个能够与插杆配合的定位槽，两个定位杆相远离能够使插杆移出通孔插入至定位槽内，所述第二定位环上设有滑动安装在空腔内的连接杆，所述连接杆远离第二定位环端设有锥形部，所述定位杆靠近第一定位环端设有与锥形部配合的倾斜部，滑动连接杆能够挤压倾斜部以使两个定位杆远离。
6、一种用于评价岩石节理粗糙度的定位装置的实施方法，包括以下步骤：
7、s1：设置收敛法拍摄参数，通过相机对固定在待测岩石结构面上的岩石定位板进行摄影，摄影范围覆盖整个岩石定位板，其中，拍摄参数包括：相机的初始位置，相机的拍摄距离z、相机的焦距f，拍摄角度α，旋转步长β，拍摄角度边界γ；
8、s2：通过围绕待测岩石结构面进行拍摄得到的视频建立岩石结构面的三维点云模型，其中拍摄时，相机的焦距f满足18mm≤f≤85mm，拍摄角度α＝30°，旋转步长β＝30°，拍摄角度边界γ＝30°；
9、s3：通过任一平面a与重建的三维点云结构面模型进行垂直相交，提取与该平面在预设距离范围内的点云坐标，将提取的点云坐标沿着平面a的法线方向，向平面a垂直投影得到投影点的二维坐标，对得到的投影点采用线性插值法进行优化，将优化后的投影点连结即得该方向的结构面粗糙度轮廓曲线，并计算器均方根和岩石结构面粗糙度系数；
10、计算均方根z2的公式为：
11、
12、其中l表示轮廓长度；n表示岩石不连续面中点的数目；zi，xi分别表示为第i点的x坐标及z坐标；
13、计算岩石结构面粗糙度系数的公式为：
14、jrc＝32.2+32.47log10z2。
15、s4：根据建立的三维点云模型计算二维精度评价指标errorreprojection和三维精度评价指标。
16、进一步，步骤s1中，拍摄距离z满足：
17、
18、式中，fmin为相机的最小焦距，mmax为最大放大倍率，mmin为最小放大倍率，slosr为空间分辨率。
19、进一步，步骤s2中，三维点云模型的建立步骤包括：
20、a1：输入参数：将收敛法拍摄参数及岩石高度h输入到收敛参数自动选取算法中，收敛参数自动选取算法根据岩石定位板对图像进行定位和校准，得到图像匹配点的坐标；
21、a2：生成三维点云，绘制三维岩石的简易尺寸模型：首先根据图像匹配点的坐标，由同步定位与地图构建算法分析相机运动进而寻找三维点云结构；然后利用聚类的多目立体视觉对三维点云结构进行聚簇同时生成三维点云；再根据三维点云在matlab中绘制出绘制三维岩石的简易尺寸模型同时生成在相同拍摄角度不同拍摄距离的目标空间精度，帮助选取合适的拍摄距离，最终绘制出三维岩石的简易尺寸模型。
22、进一步，步骤s2中，二维精度评价指标errorreprojection通过下式计算：
23、
24、式中，(x’i，y’i)为经过重投影转换后的二维平面上的坐标，(xi，yi)为实际测量得到的二维平面上的坐标。
25、进一步，步骤s4中，三维精度评价指标的计算包括：
26、b1：提取真实尺度点云中12个检查点的三维坐标值，
27、b2：通过下式分别计算每个检查点的坐标值与各点对应的真实三维坐标值的均方根误差rmse，
28、
29、
30、
31、
32、式中，xi(estimation)、yi(estimation)、zi(estimation)为点云中点的测量三维坐标值；xi(standard)、yi(standard)、zi(standard)为真实三维坐标值，其中，rmse在[0,1]内为高精准度，在[1,3]内为低精准度，若计算得到的rmse达不到低精准度要求则为不合格，需要重新拍摄。
33、本发明的有益效果在于：
34、1)能够帮助快速定位和缩放场景，从而避免传统定位时需要借助全站仪，节省了时间和人力；2)本发明装置对收敛摄影法起到指导作用，4个定位点和12个检查点的位置分布可以辅助岩石表面的拍摄；3)本发明能够基于检查点的平均重投影误差和平均均方根误差分别对岩石粗糙度的精度进行二维评价和三维评价。
35、本发明的其他优点、目标和特征将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上对本领域技术人员而言是显而易见的，或者本领域技术人员可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
1.一种用于评价岩石节理粗糙度的定位装置，包括：岩石定位板，其特征在于：所述岩石定位板成口形设置，所述岩石定位板表面的四个端点分别设有定位点，所述岩石定位板的每边均并排设有三个检查点，同一边的三个检查点位于相邻两个定位点之间。
2.根据权利要求1所述的用于评价岩石节理粗糙度的定位装置，其特征在于：所述定位装置还包括椭圆形的相机定位环，所述相机定位环的短径大于岩石定位板边的长度，所述岩石定位板的轴线与相机定位环的轴线位于同一直线上，所述相机定位环上设有滑轨，所述滑轨上滑动安装有滑块，所述滑块上转动安装有用于安装相机的安装架，所述岩石定位板与相机定位环之间转动连接有四个分别位于岩石定位板端点处的第一伸缩杆，所述第一伸缩杆内设有第一弹簧，所述相机定位环上固定安装有第二伸缩杆，所述第二伸缩杆的轴线与相机定位环的轴线平行，所述第二伸缩杆远离相机定位环端用于与待测结构面通过螺栓固定。
3.根据权利要求2所述的用于评价岩石节理粗糙度的定位装置，其特征在于：所述相机定位环包括第一定位环以及限位滑动安装在第一定位环上的第二定位环，所述第一定位环与第二定位环能够通过卡扣连接固定，所述第一定位环与第二定位环连接形成用于使滑块限位滑动的t形槽，所述第二伸缩杆包括固定安装在第一定位环上的第二滑杆以及与第二滑杆滑动连接的第二套筒，所述第二滑杆滑动安装在第二套筒内，所述第二套筒用于与待测结构面通过螺栓固定，所述第二滑杆内设有贯穿第一定位环的空腔，所述空腔内对称设置有两个能够沿空腔径向滑动的定位杆，所述第二滑杆上设有径向贯穿空腔的通孔，所述定位杆上设有能够移出通孔的插杆，两个定位杆之间连接有第二弹簧，所述第二套筒内沿轴线方向并排设有多个能够与插杆配合的定位槽，两个定位杆相远离能够使插杆移出通孔插入至定位槽内，所述第二定位环上设有滑动安装在空腔内的连接杆，所述连接杆远离第二定位环端设有锥形部，所述定位杆靠近第一定位环端设有与锥形部配合的倾斜部，滑动连接杆能够挤压倾斜部以使两个定位杆远离。
4.根据权利要求1-3任一项所述的用于评价岩石节理粗糙度的定位装置的实施方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的用于评价岩石节理粗糙度的定位装置的实施方法，其特征在于，步骤s1中，拍摄距离z满足：
6.根据权利要求5所述的用于评价岩石节理粗糙度的定位装置的实施方法，其特征在于，步骤s2中，三维点云模型的建立步骤包括：
7.根据权利要求6所述的用于评价岩石节理粗糙度的定位装置的实施方法，其特征在于，步骤s2中，二维精度评价指标errorreprojection通过下式计算：
8.根据权利要求7所述的用于评价岩石节理粗糙度的定位装置的实施方法，其特征在于，步骤s4中，三维精度评价指标的计算包括：
