[發明專利]一種基于圖像紋理的巖體結構均質區自動分區方法

有效

• 申請號: 201910437094.1
• 申請日: 2019-05-23
• 公開（公告）號: CN110135515B
• 公開（公告）日: 2021-04-27
• 發明（設計）人: 張鵬;桂宇杰;郭曉曉
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: G06K9/62
• 分類號: G06K9/62;G06T7/45
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 沈廉

本發明是一種基于圖像紋理的巖體結構均質區自動分區方法。利用巖體結構面在露頭區賦存幾何形態的紋理特征，在攝影測量方法獲取具有實際尺寸的巖體結構面賦存影像的基礎上，采用灰度共生矩陣的10個紋理參數來描述巖體結構，通過點對距離、點對方向角與像素尺度的敏感性檢測與主成分分析方法篩選出主控紋理參數，以主控紋理參數為聚類指標，提出基于ISODATA聚類方法的巖體結構均質區自動分區方法。包括影像數據采集、灰度圖像轉換、紋理信息增強、紋理特征提取、紋理參數確定、聚類窗口確定、紋理圖像分塊、子域紋理參數、矢量數據轉換、ISODATA聚類10步驟。規避了現場地質測繪與統計工作量，數據處理過程可實現自動化，可應用于工程全域巖體結構均質區分區。

技術領域

本發明涉及工程現場巖體結構均質區的自動分區方法。屬于巖體工程的現場地質調查技術領域。適用于巖體工程全域范圍內巖體地質分區工作。

背景技術

1978年國際巖石力學學會實驗室和野外試驗標準化專門委員會提出了“對巖體中結構面定量描述的推薦方法”，其中規定了對結構面的10個描述指標，包括：產狀(Orientation)、間距或密集程度(Spacing)、延續性(Persistence)、粗糙程度(Roughness)、隙寬(Aperture)、巖壁抗壓強度、充填情況、滲流、組數和塊度等^[2]。自上世紀70年代，Hudson等人用概率統計方法對結構面的幾何特征進行定量數學描述以來，許多學者對結構面幾何特征參量的數學描述研究開展了系統研究^[73-83]，包括結構面產狀(Shanley和Mahtab，1976；Hammah，；Klose，；蔡美峰，；陳劍平，；周志芳，；唐輝明，；)；結構面跡長(Hudson、Cruden、Kulatilake、Einstein、Mauldon、黃潤秋、陳劍平、范留明、唐輝明)；結構面間距或密度(Hudson，1976；King，1980；伍法權，2008；Cruden，；Priest和Hudson，；Kayzulovic和Goodman，；Kulatilake和Wu，；王思敬與范建軍，；)；結構面連通率(緒方正虔，1978；Laslett，1982；Kulatilake，1986；黃潤秋和范留明，2003；陳劍平，2005；)。巖體結構面描述研究最終目標是通過這些參數來綜合評估巖體結構，而巖體結構表征則是工程巖體分級中的重要指標。目前工程巖體分級主要有RMR、Q、BQ、Heok-Brown法，其中巖體結構表征主要有RQD(鉆孔)、Kv(波速測試)、GSI(綜合估計)、節理密度(測區)、單位體積節理數(三維模擬)等參數指標，這些指標定義與巖體結構測量方法密切相關，當然這些指標之間也存在一定的關聯關系，黃潤秋、陳劍平、聶德新、胡卸文、劉長武等^[84-89]學者試圖構建結構面密度與RQD、巖體塊度指數等巖體結構表征參數之間關系，使得巖體質量指標評判指標更為合理。

1983年美國懷俄明大學的Miller采用概率論中的關聯表和施密特等面積投影網結合的辦法(以下簡稱Miller法)，成功地用地質結構面產狀為指標進行了巖體結構均質區劃分；后來Kulatilake等對此法進行了改進，并成功運用于三峽永久船閘附近隧洞的均質區劃分中；瑞典的SKB公司在進行核廢料處置庫場址評價時也采用了改進的Miller法；1984年美國哥倫比亞大學的Mahtab等提出了適用于地質結構面產狀變化復雜的顯著性簇產狀相似法；Martin在劃分某鉆石礦場均質區時提出了相關系數法；另外，Kulatilake等及陳劍平等近年來逐步將分形維數引入均質區劃分中，成功計算了施密特投影圖的分形維數。上述各法所用的劃分指標不盡相同，有的以結構面產狀、密度、跡長等單參數作為劃分依據(如Miller、Mahtab法)；有些則考慮多參數的綜合效應(如Kulatilake的分形維數法)。可見即便同一區域，劃分法的選取不同，劃分結果亦或不同。因此，針對研究區地質結構面分布特征開展均質區劃分法的適宜性研究，有助于區分各法的判別力，進而評價劃分結果的可信度，提升所建結構面網絡模型的可靠度。對場址評價和區域穩定性分析具有重要意義。