1 引言

巖體不連續提取工具DSE(Discontinuity Set Extractor)最初是Adrián Riquelme為他的博士論文研究工作編制的工具軟件，其目的是為了從巖體中提取不連續集(Discontinuity Set)。輸入的數據是三維點云，三維點云數據由三維激光掃描儀如LiDAR或TLS【地面激光掃描儀TLS在巖土工程中的應用(2)---節理粗糙度JRC; 地面激光掃描儀(Terrestrial Laser Scanner)在巖土工程中的應用(1)---Rockfall】產生，也可以由數字攝影測量(digital photogrammetry)技術【攝影測量技術在巖石工程中的應用(application of photogrammetry)】或合成數據產生。這個工具可以從三維空間按平面排列的無組織的點云中半自動地識別和提取出不連續組。DSE使用MATLAB語言編寫，DSE的最新版本3.01需要在MATLAB R2021b環境下運行【個人觀點---為什么數值模擬優先使用Python而不是MATLAB】。 

2 原理

DSE的工作原理基于Riquelme的如下論文：

[1] (2014) A new approach for semi-automatic rock mass joints recognition from 3D point clouds

[2] (2015)  Discontinuity spacing analysis in rock masses using 3D point clouds

[3] (2016) Characterization of rock slopes through slope mass rating using 3D point clouds>

[4] (2017) Identi?cation of rock slope discontinuity sets from laser scanner and photogrammetric point clouds: a comparative analysis

[5] (2018) Automatic mapping of discontinuity persistence on rock masses using 3D point clouds

巖體特征需要對影響巖石暴露的不連續集有深刻的幾何理解，目前，光探測和測距(LiDAR)儀器的最新進展允許快速和準確的三維數據采集，從而為巖體不連續的自動特征化開發了新的方法。DSE利用LiDAR獲得的三維數據識別和分析巖石邊坡出露平面的方法。該方法通過應用基于鄰接點共面性測試的分析來識別和定義巖石邊坡不同平面的代數方程，通過核心密度估計(Kernel Density Estimation)尋找主要產狀，并通過基于密度的噪聲掃描算法識別集群。采用了不同的信息來源--合成數據和三維掃描數據，對參數進行了完整的敏感性分析，以確定建議方法變量的最佳值。

DSE使用了MATLAB的兩個工具箱(toolbox)，一個是Computer Vision Toolbox (CVT)，可以對3D點云進行快速的可視化；另一個是Statistics and Machine Learning Toolbox (SMLT)，SMLT使用了dbscan功能，一種機器學習的聚類算法，我們在自然語言處理中曾經使用過dbscan算法【BERT模型的應用回顧(階段性總結)；BERTopic(V0.9.0)主題模擬技術】。

3 應用

一個巖石邊坡使用LiDAR激光掃描儀獲得了1,515,722個掃描點，其間距小于2厘米，加載數據XYZI(坐標和反射率)。

對每個點搜索其knn最相鄰的點，然后進行共面性測試，計算法向矢量和極點的密度，提取出最具代表性的極點，因此得到主要平面的產狀。

使用DSE對點云進行分類，然后進行聚類分析，取出5個不連續組(J1~J5)。 

一些應用DSE的研究論文如：

(2019) Rock fractures analysis using Structure from Motion technology: new insight from Digital Outcrop Models

(2020) Rock Mass Characterization of Karstified Marbles and Evaluation of Rockfall Potential Based on Traditional and SfM-Based Methods; Case Study of Nestos, Greece

(2021) A state-of-the-art review of automated extraction of rock mass discontinuity characteristics using three-dimensional surface models

(2022) Landslide hazard and risk level assessment of quarried slopes in Lebanon using drone imagery 

DSE也應用在一些知名的巖石工程咨詢公司的工程項目中，如BGC Engineering和SRK Consulting。