[發明專利]基于圖像的地下洞室掌子面快速安全預測方法

有效

• 申請號: 201310738816.X
• 申請日: 2013-12-27
• 公開（公告）號: CN103698817B
• 公開（公告）日: 2016-10-26
• 發明（設計）人: 朱愛璽;任青文;徐磊;單明章
• 申請（專利權）人: 上海川海信息科技有限公司
• 主分類號: G01V8/02
• 分類號: G01V8/02;G06K9/62
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 趙繼明

技術領域

本發明涉及一種地下洞室安全預測方法，尤其是涉及一種基于圖像的地下洞室掌子面快速安全預測方法。

背景技術

在巖體中力學強度較低的部位或巖性相對軟弱的夾層，構成巖體的不連續面，亦稱為結構面。它實際上是地質發展歷史中，在巖體中形成具有一定方向、一定規模、一定形態和特性的地質界面。這些地質界面可以是無任何充填的巖塊間的剛性接觸面，如節理面、層面、劈理面、片理面等；亦可以是具有充填物的裂隙面或明顯存在上下兩個層面的軟弱夾層；可以具有一定厚度的斷層、構造破碎帶、接觸破碎帶、古風化殼等。由一系列結構面具有自己的產狀，彼此組合將巖體切割成形態不一、大小不等和成分各異的地塊或巖塊，統稱為結構體。巖體就是由結構面、結構體兩個基本單元組成。

巖體的變形特性主要取決于結構面裂隙，尤其是微裂隙及充填物等方面的共同作用，因此在研究巖石節理時對充填物的研究也非常重要。

綜合國內外對巖體的分析，主要從三方面對巖體進行圖像處理和評價，即巖體節理、裂隙；巖體塊；巖體填充物；雖然這3方面都可用于評價巖體，但巖體力學特性，尤其是它的強度，主要取決于單元巖塊之間接觸面上的強度；對于巖體變形，主要或者可說90％～95％的變形產生于節理(裂隙)，而不是單元巖塊的變形。另外由于彩色圖像的噪聲太多，以往對巖石裂隙及充填物的分割方法均是基于灰度圖像的處理，這不利于對充填物的進一步分析。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種高速低噪聲、可視化建模、預測精度高的基于圖像的地下洞室掌子面快速安全預測方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種基于圖像的地下洞室掌子面快速安全預測方法，包括以下步驟：

1)紅外相機拍照，獲取當前里程的掌子面圖像；

2)對獲得的掌子面圖像進行圖像預處理，分別執行步驟3)和5)；

3)對步驟2)預處理好的圖像進行聚類分析，得到初步分類結果；

4)在步驟3)初步分類結果的基礎上進行巖性識別，得到巖性分類信息，執行步驟7)；

5)對步驟2)預處理好的圖像進行邊緣檢測，獲取圖像結構面分界線；

6)在步驟5)邊緣檢測后進行邊界提取，得到掌子面層理節理信息，執行步驟7)；

7)結合步驟4)和步驟6)獲得的巖性分類信息和層理節理信息繪制當前掌子面的地質素描圖，獲得當前掌子面的結構面信息；

8)移動至下一個里程，重復步驟1)-7)后，執行步驟9)；

9)根據提取到的結構面信息進行三維地質建模；

10)根據三維地質建模進行巖體塊體分析，預測巖體穩定性，最終得到洞室安全預測結果。

所述的紅外相機包括紅外發射二極管和CCD黑白攝像機；紅外發射二極管發射紅外光，黑白CCD攝像機捕捉掌子面反射回來的紅外光，實現成像。

所述的紅外光的中心波長830～950nm。

所述的圖像預處理具體為：在拍照前，對掌子面光強進行分布測量，根據測量結果，得出橫縱兩個方向的光強分布曲線，依據此分布曲線，對所拍攝的照片進行亮度均衡化處理。

所述的聚類分析在HSV顏色空間進行，對掌子面圖像的巖性進行分類。

所述的邊緣檢測采用基于SUSAN算子的邊緣檢測算法。

所述的邊界提取具體為：首先采用下抽樣使不連續的折線連起來，然后采用霍夫變換進行直線檢測提取。

所述的結構面信息包括起點坐標、終點坐標、裂縫寬度和節理層理類型。

所述的三維地質建模是依據前后兩次掌子面分析的結構面分界線，進行三維曲面重建，具體步驟包括：

a)基于結構面分界線，建立若干剖面多邊形；

b)建立前后兩次掌子面的邊界多邊形對應關系，自動搜索控制點對；

c)前后兩次掌子面邊界多邊形自動連接生成體周三角形；

d)判斷體周三角形是否有交叉，若是，則調整控制點對，返回步驟c)，若否，則執行步驟e)；

e)相鄰的前后掌子面邊界多邊形分別三角剖分，閉合體元前后剖面；

f)建立三維地質模型。

所述的巖體塊體分析采用塊體元法進行巖體穩定性分析。