一种岩体裂隙识别方法技术

本发明专利技术公开了一种岩体裂隙识别方法，包括对岩体掌子面图像进行边缘检测、图像细化及清除分叉节点、提取边界线、拟合得到多段线、多段线分离、根据长度阈值清除多段线、合并相似多段线和再次根据长度阈值清除多段线等步骤。进一步的技术方案还包括统计所有多段线角度并根据角度值的分布情况对裂隙进行分组。本发明专利技术的有益效果在于，对完整隧道掌子面而非局部进行裂隙识别和提取；连接不连续裂隙，使之更加完整；对提取出的裂隙进行分组，得到不同分组下的岩体裂隙边界线掌子面地质素描图。

A Method of Fracture Recognition in Rock Mass

The invention discloses a method for rock mass fracture recognition, which includes the following steps: edge detection of rock mass face image, image thinning and clearing bifurcation nodes, extraction of boundary lines, fitting to obtain multi-segment lines, separation of multi-segment lines, clearing multi-segment lines according to length threshold, merging similar multi-segment lines and clearing multi-segment lines again according to length threshold. Further technical schemes include statistics of all multi-segment line angles and grouping of fractures according to the distribution of angle values. The beneficial effect of the present invention is to identify and extract cracks on the whole tunnel face rather than on the part; connect discontinuous cracks to make them more complete; group the extracted cracks and obtain geological sketches of the rock mass fracture boundary line face under different groupings.

【技术实现步骤摘要】
一种岩体裂隙识别方法
本专利技术属于岩体裂隙应用领域，特别是一种岩体裂隙识别方法，完成隧道掌子面上岩体裂隙提取和分组。
技术介绍
隧道掌子面蕴含的信息量巨大，掌子面岩体情况是评价隧道围岩稳定性、确定隧道支护方案和施工工艺的重要依据之一。实际工程中，受现场条件、技术条件限制，许多情况下仍然通过技术人员，根据既定的记录格式，实录填写掌子面地质信息。如填写人员无实际经验，往往造成填写漏项或出现失误，而导致围岩分级的判断不正确或出现失误。针对这一情况，一些学者对掌子面地质信息自动提取、分析方法进行了研究。目前自动信息提取的数据来源主要有两种：(1)数码照相(2)三维激光扫描。对数码照相获取的数字图像主要有两种处理方法，一种是直接对数码照片进行数字图像处理分析，如：采用图像处理算法提取出岩体裂隙，根据提取结果自动解析获取围岩裂隙发育程度参数；直接对预处理后的图像进行统计特征分析。另一种是基于近景摄影测量技术，根据不同角度拍摄的掌子面照片中基准点的映射关系，计算三维空间点云数据，再分析岩体裂隙长度、岩层产状等信息。应用三维激光扫描获得的三维激光点云数据则可直接应用于分析岩体结构面特征信息。目前看来，三维激光点云具有空间特性，基于近景摄影测量和三维激光扫描的掌子面处理能更好的实现对结构面信息的提取，但其自动化程度依然不够，还需要人工干预才能应用于实际。基于数字图像处理技术的掌子面处理也很不成熟，由于掌子面图像十分复杂，相关研究多是对一些理想图像或掌子面局部区域图像的处理，难以应用于实际工程。但掌子面图像获取具有相对简单、时间短、设备造价低等特点，对掌子面图像的处理分析的相关算法研究仍然是十分必要的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种岩体裂隙识别方法，实现对掌子面上岩体裂隙的提取和分组。实现本专利技术的目的的技术方案如下：一种岩体裂隙识别方法，包括步骤一：对岩体掌子面图像进行边缘检测；步骤二：对岩体掌子面图像进行边界线处理，包括图像细化及清除分叉节点；步骤三：提取边界线；步骤四：对提取出的每一条边界线进行拟合得到多段线，包括4.1令一条边界线从一端到另一端的像素点分别为pi，i＝1,2,…,n，其中p1和pn为多段线的端点；4.2将p1作为多段线的起始点，并设当前像素点为pj，依次计算p1到pj之间各像素点到线段p1pj的距离；若p1到pj之间，存在一个以上像素点到线段p1pj的距离值大于或等于给定值dT，则将pj-1作为多段线上的一个端点，然后以pj-1为起始点，采用同样方法继续分析其后的像素点，直至找出多段线上的所有端点；否则，将当前像素点修改为pj+1，按前述方法继续查找端点；4.3依次连接各个端点，得到多段线；步骤五：将每一条多段线根据其相邻线段间夹角大小进行分离：设定分离阈值αT，αT小于180度；若多段线上两条相邻线段间夹角小于αT，则将该多段线从这两条相邻线段的公共端点处分离成两条多段线；步骤六：设定长度阈值lT，清除所有多段线中，各线段长度之和小于长度阈值lT的多段线；步骤七：合并相似的多段线，包括7.1选取一条多段线为当前多段线，依次与其周边相邻的每一条多段线进行比较，如下：条件1，当前多段线与相邻多段线的最近邻端点连线长度D小于给定阈值DT；条件2，最近邻端点连线与当前多段线的夹角β1不小于给定角度阈值βT；条件3：最近邻端点连线与相邻多段线的夹角β2不小于给定角度阈值βT；如同时满足上述3个条件，则令该相邻多段线的相似度值R＝min(β1,β2)/D；7.2取相似度值R的最大值Rmax所对应的相邻多段线与当前多段线从最近邻端点处相连，合并成一条多段线；7.3依次选取其余多段线为当前多段线，按照7.1和7.2的方法进行处理；步骤八：清除所有多段线中，各线段长度之和小于长度阈值LT的多段线。进一步地，还包括，统计所有多段线角度并根据角度值的分布情况对裂隙进行分组：设掌子面上第i条多段线为Li，长度为li，其上有n条线段，各条线段长度为li,j，j＝1,2,…,n，各线段与水平向右方向的射线Ri,j间夹角为γi,j，设最终多段线分组集合为G；(1)计算多段线Li与水平向右方向的射线Ri间夹角，设多段线Li与水平向右方向射线Ri夹角为γi，则(2)根据多段线γi在[0°,10°)，[10°,20°)，…,[170°,180°)中对应的角度范围，对所有多段线进行分组，得到分组集合{Pk|k＝0,1,…,17}，Pk表示同一角度范围内的多段线集合；(3)计算集合{Pk|k＝0,1,…,17}各子集Pk的多段线长度之和sk，得到集合{sk|k＝0,1,…,17}；令k1＝(k-1+18)mod18，k2＝(k+1)mod18，若sk≥sk1且sk≥sk2，则记录该点的k值和sk值；将所有满足条件的k值及其对应sk值构成的点对，按k值排序，保存到集合{(kl,sl)|l＝0,1,…,L-1,lm<lm+1}中；(4)令l1＝(l+1)modL，若|kl-kl1|≤3，则将(kl,sl)与(kl1,sl1)依序合并到同一集合中；将集合{(kl,sl)|l＝0,1,…,L-1,kl<kl+1}中所有满足条件的元素，各自合并到对应集合中，最后将所有集合作为子集加入{Tm|m＝0,1,…,M-1}，Tm＝{(km,n,sm,n)|n＝0,1,…,N-1}；(5)依次分析{Tm|m＝0,1,…,M-1}中的子集Tm；设当前Tm的首尾元素k值分别为km,0和km,N-1，则①依次令K1＝(km,0-o1+18)mod18(o1＝1,2,…,17),令K2＝(K1-1+18)mod18,K3＝(K1+1)mod18，若在集合{sk|k＝0,1,…,17}中，sK1＜sK2且sK1＜sK3，则令进入步骤②；②依次令K4＝(km,N-1+o2)mod18(o2＝1,2,…,17),令K5＝(K4-1+18)mod18,K6＝(K4+1)mod18，若在集合{sk|k＝0,1,…,17}中，sK4＜sK5且sK4＜sK6，则令进入步骤③；③若In元素个数小于3，令在集合{Pk|k＝0,1,…,17}中，分别找出对应子集Pk中的多段线，全部合并为一个子集保存到集合G中，返回步骤(5)继续执行；④若In元素个数不小于3，在In中依次分析3个连续元素(kn,a1-1,sn,a1-1)、(kn,a1,sn,a1)和(kn,a1+1,sn,a1+1)，a、若满足sn,a1<sn,a1-1且sn,a1<sn,a1+1，在集合{(kl,sl)|l＝0,1,…,L-1}中，设与(kn,a1-1,sn,a1-1)、(kn,a1+1,sn,a1+1)对应的元素分别为(km1,sm1)、(km2,sm2)；令Δk1＝(km2-km1+18)mod18，在集合{sk|k＝0,1,…,17}中，查找k＝(km1+o4)mod18(o4＝1,2,…,Δk1-1)时对应的所有元素中的极小值，设该元素序号为同理，找出In中所有极小值在集合{Pk|k＝0,1,…,17}中，找出到之间的多段线集合，即：令分别找出对应子集Pk中的多段线，全部合并为一个子集保存到集合G中；同理，分别找出到到之间的多段线形成的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种岩体裂隙识别方法，其特征在于，包括步骤一：对岩体掌子面图像进行边缘检测；步骤二：对岩体掌子面图像进行边界线处理，包括图像细化及清除分叉节点；步骤三：提取边界线；步骤四：对提取出的每一条边界线进行拟合得到多段线，包括4.1令一条边界线从一端到另一端的像素点分别为pi，i＝1,2,…,n，其中p1和pn为多段线的端点；4.2将p1作为多段线的起始点，并设当前像素点为pj，依次计算p1到pj之间各像素点到线段p1pj的距离；若p1到pj之间，存在一个以上像素点到线段p1pj的距离值大于或等于给定值dT，则将pj‑1作为多段线上的一个端点，然后以pj‑1为起始点，采用同样方法继续分析其后的像素点，直至找出多段线上的所有端点；否则，将当前像素点修改为pj+1，按前述方法继续查找端点；4.3依次连接各个端点，得到多段线；步骤五：将每一条多段线根据其相邻线段间夹角大小进行分离：设定分离阈值αT，αT小于180度；若多段线上两条相邻线段间夹角小于αT，则将该多段线从这两条相邻线段的公共端点处分离成两条多段线；步骤六：设定长度阈值lT，清除所有多段线中，各线段长度之和小于长度阈值lT的多段线；步骤七：合并相似的多段线，包括7.1选取一条多段线为当前多段线，依次与其周边相邻的每一条多段线进行比较，如下：条件1，当前多段线与相邻多段线的最近邻端点连线长度D小于给定阈值DT；条件2，最近邻端点连线与当前多段线的夹角β1不小于给定角度阈值βT；条件3：最近邻端点连线与相邻多段线的夹角β2不小于给定角度阈值βT；如同时满足上述3个条件，则令该相邻多段线的相似度值R＝min(β1,β2)/D；7.2取相似度值R的最大值Rmax所对应的相邻多段线与当前多段线从最近邻端点处相连，合并成一条多段线；7.3依次选取其余多段线为当前多段线，按照7.1和7.2的方法进行处理；步骤八：清除所有多段线中，各线段长度之和小于长度阈值LT的多段线。...

【技术特征摘要】
1.一种岩体裂隙识别方法，其特征在于，包括步骤一：对岩体掌子面图像进行边缘检测；步骤二：对岩体掌子面图像进行边界线处理，包括图像细化及清除分叉节点；步骤三：提取边界线；步骤四：对提取出的每一条边界线进行拟合得到多段线，包括4.1令一条边界线从一端到另一端的像素点分别为pi，i＝1,2,…,n，其中p1和pn为多段线的端点；4.2将p1作为多段线的起始点，并设当前像素点为pj，依次计算p1到pj之间各像素点到线段p1pj的距离；若p1到pj之间，存在一个以上像素点到线段p1pj的距离值大于或等于给定值dT，则将pj-1作为多段线上的一个端点，然后以pj-1为起始点，采用同样方法继续分析其后的像素点，直至找出多段线上的所有端点；否则，将当前像素点修改为pj+1，按前述方法继续查找端点；4.3依次连接各个端点，得到多段线；步骤五：将每一条多段线根据其相邻线段间夹角大小进行分离：设定分离阈值αT，αT小于180度；若多段线上两条相邻线段间夹角小于αT，则将该多段线从这两条相邻线段的公共端点处分离成两条多段线；步骤六：设定长度阈值lT，清除所有多段线中，各线段长度之和小于长度阈值lT的多段线；步骤七：合并相似的多段线，包括7.1选取一条多段线为当前多段线，依次与其周边相邻的每一条多段线进行比较，如下：条件1，当前多段线与相邻多段线的最近邻端点连线长度D小于给定阈值DT；条件2，最近邻端点连线与当前多段线的夹角β1不小于给定角度阈值βT；条件3：最近邻端点连线与相邻多段线的夹角β2不小于给定角度阈值βT；如同时满足上述3个条件，则令该相邻多段线的相似度值R＝min(β1,β2)/D；7.2取相似度值R的最大值Rmax所对应的相邻多段线与当前多段线从最近邻端点处相连，合并成一条多段线；7.3依次选取其余多段线为当前多段线，按照7.1和7.2的方法进行处理；步骤八：清除所有多段线中，各线段长度之和小于长度阈值LT的多段线。2.如权利要求1所述的一种岩体裂隙识别方法，其特征在于，还包括，统计所有多段线角度并根据角度值的分布情况对裂隙进行分组：设掌子面上第i条多段线为Li，长度为li，其上有n条线段，各条线段长度为li,j，j＝1,2,…,n，各线段与水平向右方向的射线Ri,j间夹角为γi,j，设最终多段线分组集合为G；(1)计算多段线Li与水平向右方向的射线Ri间夹角，设多段线Li与水平向右方向射线Ri夹角为γi，则(2)根据多段线γi在[0°,10°)，[10°,20°)，…,[170°,180°)中对应的角度范围，对所有多段线进行分组，得到分组集合{Pk|k＝0,1,…,17}，Pk表示同一角度范围内的多段线集合；(3)计算集合{Pk|k＝0,1,…,17}各子集Pk的多段线长度之和sk，得到集合{sk|k＝0,1,…,17}；令k1＝(k-1+18)mod18，k2＝(k+1)mod18，若...

【专利技术属性】
技术研发人员：冷彪，崔兆东，杨辉，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51