基于钻孔电视图像提取结构面特征的方法及装置和介质制造方法及图纸

本申请提供了一种基于钻孔电视图像提取结构面特征的方法及装置和介质，所述方法为适合任意方位钻孔的电视图像提取结构面特征的方法，首先读取二维展开面上裂缝点的坐标，进行正弦函数拟合，再经过一系列数据转换及空间变换，最终获得结构面的产状及张开度。本申请考虑了尽可能多的裂缝原始点的信息，减少了系统误差及人为选择最高点最低点误差，提高了结构面测量的精确性，同时能解决不规则、不完整的结构面的解算问题。的结构面的解算问题。的结构面的解算问题。

【技术实现步骤摘要】
基于钻孔电视图像提取结构面特征的方法及装置和介质


[0001]本申请属于岩土工程勘察领域，尤其是涉及一种基于钻孔电视图像提取结构面特征的方法及装置和介质。

技术介绍

[0002]上世纪70年代以来，钻孔电视技术在我国水电、矿山等地下工程或边坡工程的勘察及施工扰动评价等方面得到广泛应用。利用钻孔电视图像，能观测钻孔中地质体的各种特征及细微构造，如地层岩性、岩石结构、断层、裂隙、夹层、岩溶等，编录地质柱状图。该技术克服了普通钻孔取心将失去岩心原位、原状及岩样在钻孔中的构造、断裂和产状等信息，以及钻孔取心不连续，对钻孔内的裂隙、岩脉和溶洞发育等情况无法形象感知等缺点。
[0003]但目前该技术对裂隙方位角和倾角的测试的稳定性和准确性还有待提高，室内试验证明，特别是对于非竖直孔，其裂隙方位角和倾角的计算方法还不成熟。

技术实现思路

[0004]本申请的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提出一种基于钻孔电视图像提取结构面特征的方法及装置和介质，
[0005]本申请采用的技术方案如下：
[0006]根据本申请的第一方面，提供一种基于钻孔电视图像提取结构面特征的方法，所述方法包括：
[0007]获取钻孔三维图像中裂缝上至少五个第一目标点；各个第一目标点的横纵坐标表示为:
[0008]θ＝[θ1,θ2,...θ
i
,...,θ
n
]ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0009]Z＝[Z1,Z2,...,Z
i
,...,Z
n
]ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0010]式中θ
i
，Z
i
为第i个点在钻孔二维展开图中的横坐标及纵坐标，θ为钻孔电视探头的自转角，Z为当前钻孔深度；
[0011]基于各个第一目标点的横纵坐标，进行以下形式的函数拟合：
[0012]Z(θ)＝a*sin(θ+b)+c
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(3)
[0013]式中，Z(θ)为当前钻孔深度，a,b,c为拟合常数；
[0014]基于拟合好的函数，构造出至少三个第二目标点，根据所述第二目标点计算平面法向量；
[0015]基于所述平面法向量和所述第二目标点，对平面方程进行求解，计算得到结构面倾角和结构面倾向。
[0016]进一步地，基于拟合好的函数，构造出三个第二目标点，所述三个第二目标点能够构造出一个平面，所述三个第二目标点分别为：
[0017]A((R*cos(0),R*sin(0)，Z(0)))
[0018]B((R*cos(π/4),R*sin(π/4)，Z(π/4))
[0019]C((R*cos(π),R*sin(π)，Z(π)))
[0020]其中R为钻孔半径。
[0021]进一步地，根据所述第二目标点，通过下式(5)计算得到平面法向量：
[0022][0023]式中，为平面ABC的法向量，为点B指向点A的矢量，为点C指向A的矢量。
[0024]进一步地，所述基于所述平面法向量和所述第二目标点，对平面方程进行求解，计算得到结构面倾角和结构面倾向，具体包括：
[0025]设则平面方程表示为：
[0026]l0x+n0y+r0z+Z(0)＝0
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(5)
[0027]选取二维展开图像中裂缝张开度最大点的坐标M(θ
m
,z
m
)，该点三维坐标为：
[0028][0029]计算点M到平面的距离即为裂缝张开度：
[0030][0031]设钻孔倾向为α0，倾角为β0；将绕着y轴旋转(π/2
‑
β0)，得到旋转后的法向量
[0032][0033]将绕着Z轴旋转(α0+180)，得到旋转后的法向量
[0034][0035]由法向量计算结构面倾角α，令D＝[0 0 1]，则
[0036][0037]由法向量计算结构面倾向β，设N2＝[x2,y2,z2]，(z2＞0)则
[0038]e0＝arctan(abs(y2/x2))*180/π
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(11)
[0039][0040]式中e0为结构面倾向计算值，β为结构面倾向。
[0041]根据本申请的第二方面，提供一种基于钻孔电视图像提取结构面特征的装置，所述装置包括：
[0042]第一获取模块，被配置为获取钻孔三维图像中裂缝上至少五个第一目标点；各个第一目标点的横纵坐标表示为:
[0043]θ＝[θ1,θ2,...θ
i
,...,θ
n
]ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0044]Z＝[Z1,Z2,...,Z
i
,...,Z
n
]ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0045]式中θ
i
，Z
i
为第i个点在钻孔二维展开图中的横坐标及纵坐标，θ为钻孔电视探头的自转角，Z为当前钻孔深度；
[0046]拟合模块，被配置为基于各个第一目标点的横纵坐标，进行以下形式的函数拟合：
[0047]Z(θ)＝a*sin(θ+b)+c
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(3)
[0048]式中，Z(θ)为θ当前钻孔深度，a,b,c为拟合常数；
[0049]第一计算模块，被配置为基于拟合好的函数，构造出至少三个第二目标点，根据所述第二目标点计算平面法向量；
[0050]第二计算模块，被配置为基于所述平面法向量和所述第二目标点，对平面方程进行求解，计算得到结构面倾角和结构面倾向。
[0051]进一步地，所述第一计算模块被进一步配置为：
[0052]基于拟合好的函数，构造出三个第二目标点，所述三个第二目标点能够构造出一个平面，所述三个第二目标点分别为：
[0053]A((R*cos(0),R*sin(0)，Z(0)))
[0054]B((R*cos(π/4),R*sin(π/4)，Z(π/4))
[0055]C((R*cos(π),R*sin(π)，Z(π)))
[0056]其中R为钻孔半径。
[0057]进一步地，所述第一计算模块被进一步配置为：
[0058]根据所述第二目标点，通过下式(4)计算得到平面法向量：
[0059][0060]式中，为平面ABC的法向量，为点B指向点A的矢量，为点C指向A的矢量。
[0061]进一步地，所述第二计算模块被进一步配置为：
[0062]设则平面方程表示为：
[0063]l0x+n0y+r0z+Z(0)＝0
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于钻孔电视图像提取结构面特征的方法，其特征在于：所述方法包括：获取钻孔三维图像中裂缝上至少五个第一目标点；各个第一目标点的横纵坐标表示为:θ＝[θ1,θ2,...θ
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,...,θ
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]
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(1)Z＝[Z1,Z2,...,Z
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,...,Z
n
]
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(2)式中θ
i
，Z
i
为第i个点在钻孔二维展开图中的横坐标及纵坐标，θ为钻孔电视探头的自转角度，Z为当前钻孔深度；基于各个第一目标点的横纵坐标，进行以下形式的函数拟合：Z(θ)＝a*sin(θ+b)+c
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(3)式中，Z(θ)为当前钻孔深度，a,b,c为拟合常数；基于拟合好的函数，构造出至少三个第二目标点，根据所述第二目标点计算平面法向量；基于所述平面法向量和所述第二目标点，对平面方程进行求解，计算得到结构面倾角和结构面倾向。2.根据权利要求1所述的基于钻孔电视图像提取结构面特征的方法，其特征在于：基于拟合好的函数，构造出三个第二目标点，所述三个第二目标点能够构造出一个平面，所述三个第二目标点分别为：A((R*cos(0),R*sin(0)，Z(0)))B((R*cos(π/4),R*sin(π/4)，Z(π/4))C((R*cos(π),R*sin(π)，Z(π)))其中R为钻孔半径。3.根据权利要求2所述的基于钻孔电视图像提取结构面特征的方法，其特征在于：根据所述第二目标点，通过下式(5)计算得到平面法向量：式中，为平面ABC的法向量，为点B指向点A的矢量，为点C指向A的矢量。4.根据权利要求3所述的基于钻孔电视图像提取结构面特征的方法，其特征在于：所述基于所述平面法向量和所述第二目标点，对平面方程进行求解，计算得到结构面倾角和结构面倾向，具体包括：设则平面方程表示为：l0x+n0y+r0z+Z(0)＝0
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(5)选取二维展开图像中裂缝张开度最大点的坐标M(θ
m
,z
m
)，该点三维坐标为：计算点M到平面的距离即为裂缝张开度：
设钻孔倾向为α0，倾角为β0；将绕着y轴旋转(π/2
‑
β0)，得到旋转将绕着Z轴旋转(α0+180)，得到旋转后的法向量+180)，得到旋转后的法向量S012由法向量计算结构面倾角α，令D＝[0 0 1]，则由法向量计算结构面倾向β，设N2＝[x2,y2,z2]，z2＞0，则e0＝arctan(abs(y2/x2))*180/π
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(11)式中e0为结构面倾向计算值，β为结构面倾向。5.一种基于钻孔电视图像提取结构面特征的装置，其特征在于：所述装置包括：第一获取模块，被配置为获取钻孔三维图像中裂缝上至少...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨栋，王军朝，李勇，崔华丽，贾谊，
申请(专利权)人：四川省水利水电勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：