基于图像光谱的隧道内不良地质体实时判识方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于图像光谱的隧道内不良地质体实时判识方法及系统，属于隧道内不良地质体判识技术领域。本发明专利技术借助图像数据与光谱数据多源数据融合、光谱学与地质学等多学科知识交叉结合，实现对不良地质体从“形”(位置、形态、规模)与“性”(类型、性质)两个方面进行综合判识，实现了隧道内不良地体的实时判识；本发明专利技术提出了直接通过“光谱异常”对矿物进行快速定性定量的综合判识的方法，基于不良地质标志矿物特征波段的选取，进行了光谱数据的简化，减小了数据处理的工作量，降低其他波段对于吸收特征波段的影响，提升了标志矿物的定量反演精度，实现了对于矿物异常的快速精准判识，并为不良地质体的精确判识奠定基础。并为不良地质体的精确判识奠定基础。并为不良地质体的精确判识奠定基础。

【技术实现步骤摘要】
基于图像光谱的隧道内不良地质体实时判识方法及系统


[0001]本专利技术涉及隧道内不良地质体判识
，特别涉及一种基于图像光谱的隧道内不良地质体实时判识方法及系统。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
，并不必然构成现有技术。
[0003]隧道在穿越断层破碎带、岩溶、蚀变带等不良地质发育区域时，若未采取及时的防控措施，往往导致突水突泥、卡机、塌方等重大地质灾害，严重威胁隧道施工安全；伴随着巨大的建设和应用需求，准确可靠的不良地质实时判识结果对于保障隧道安全施工具有重要的意义。
[0004]传统隧道内地质分析方法，例如地质调查法、钻探法、物探法等，主要是对不良地质体的“形”(位置、形态、规模)进行识别，地质调查法主要依靠经验定性分析，主观性强，常出现误判漏判现象；钻探法时效性较差，且有“一孔之见”的局限性；物探法缺少地质定量信息约束，存在多解性的固有难题，上述方法均难以判断不良地质体的“性”(类型、性质)，无法实现不良地质体识别由“形”到“性”的跨越以及“形”与“性”的共同判识，且上述方法的操作流程较为复杂，现场识别速度较慢，费时费力，对于现场技术人员的专业地质知识要求较高，难以满足现场快速施工的要求，极易造成对不良地质的误判、漏判，造成重大安全事故的发生。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于图像光谱的隧道内不良地质体实时判识方法及系统，通过图像数据对不良地质体的“形”进行初步判识，通过光谱数据对掌子面的矿物成分进行定性定量识别，基于不良地质与矿物之间的关系，实现对不良地质体“性”的判识，融合图像数据与光谱数据的综合判识结果，达到对不良地质体“形”和“性”快速识别、实时判识的目的。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]本专利技术第一方面提供了一种基于图像光谱的隧道内不良地质体实时判识方法。
[0008]一种基于图像光谱的隧道内不良地质体实时判识方法，包括以下过程：
[0009]获取掌子面成像光谱数据，包括图像数据和光谱数据；
[0010]对图像数据进行颜色提取，与正常围岩的颜色特征对比，若未出现颜色异常；判断是否出现不良地质前兆特征，如是则继续进行光谱信息处理，否则当前区域未遭遇不良地质；
[0011]若出现颜色异常，计算颜色异常区域面积占比，若颜色异常区域面积占比小于设定阈值，判断是否出现不良地质前兆特征，如是则继续进行光谱信息处理，否则当前区域未遭遇不良地质，若颜色异常区域面积占比大于或设定阈值，进行光谱信息处理；
[0012]进行光谱信息处理，截取不良地质标志矿物的特征吸收波段，判断掌子面光谱信
息是否出现光谱异常，如是则判断当前区域未出现不良地质，否则，执行下一步；
[0013]利用不良地质标志矿物的特征吸收波段的吸收特征进行矿物定量反演，得到掌子面每个像素点处的矿物丰度，每种矿物分配一个色系，利用色系的深浅表示矿物的丰度，掌子面未识别出不良地质标志矿物的部分自动标为特定颜色；
[0014]根据不良地质标志矿物的种类组合、分布情况及丰度信息判断不良地质体的类型、规模及位置。
[0015]作为可选的一种实现方式，设定阈值为遭遇不良地质时掌子面颜色异常的面积占比阈值，根据获取的掌子面成像光谱数据进行正常围岩的颜色特征、不良地质标志矿物以及遭遇不良地质时掌子面颜色异常的面积占比阈值的动态调整。
[0016]作为可选的一种实现方式，计算颜色异常区域面积占比，包括：利用像素点的面积乘以颜色异常像素点的个数得到掌子面颜色异常区域的面积，将上述面积除以掌子面图像的总面积得到颜色异常区域面积占比。
[0017]作为可选的一种实现方式，不良地质前兆特征至少包括裂隙、断层擦痕以及破碎带，掌子面未识别出不良地质标志矿物部分标为灰色。
[0018]作为可选的一种实现方式，判断掌子面光谱信息是否出现光谱异常，包括：
[0019]特征吸收波段出现吸收特征，则出现光谱异常，否则，未出现光谱异常。
[0020]本专利技术第二方面提供了一种基于图像光谱的隧道内不良地质体实时判识系统。
[0021]一种基于图像光谱的隧道内不良地质体实时判识系统，包括：
[0022]数据获取模块，被配置为：获取掌子面成像光谱数据，包括图像数据和光谱数据；
[0023]颜色正常判断模块，被配置为：对图像数据进行颜色提取，与正常围岩的颜色特征对比，若未出现颜色异常，判断是否出现不良地质前兆特征，如是则继续进行光谱信息处理，否则当前区域未遭遇不良地质；
[0024]颜色异常判断模块，被配置为：若出现颜色异常，计算颜色异常区域面积占比，若颜色异常区域面积占比小于设定阈值，判断是否出现不良地质前兆特征，如是则继续进行光谱信息处理，否则当前区域未遭遇不良地质，若颜色异常区域面积占比大于或设定阈值，进行光谱信息处理；
[0025]光谱异常判断模块，被配置为：进行光谱信息处理，截取不良地质标志矿物的特征吸收波段，判断掌子面光谱信息是否出现光谱异常，如是则判断当前区域未出现不良地质，否则，执行反演标定模块的功能；
[0026]反演标定模块，被配置为：利用不良地质标志矿物的特征吸收波段的吸收特征进行矿物定量反演，得到掌子面每个像素点处的矿物丰度，每种矿物分配一个色系，利用色系的深浅表示矿物的丰度，掌子面未识别出不良地质标志矿物的部分自动标为特定颜色；
[0027]不良地质判识模块，被配置为：根据不良地质标志矿物的种类组合、分布情况及丰度信息判断不良地质体的类型、规模及位置。
[0028]作为可选的一种实现方式，设定阈值为遭遇不良地质时掌子面颜色异常的面积占比阈值，根据获取的掌子面成像光谱数据进行正常围岩的颜色特征、不良地质标志矿物以及遭遇不良地质时掌子面颜色异常的面积占比阈值的动态调整。
[0029]作为可选的一种实现方式，不良地质前兆特征至少包括裂隙、断层擦痕以及破碎带。
[0030]作为可选的一种实现方式，计算颜色异常区域面积占比，包括：利用像素点的面积乘以颜色异常像素点的个数得到掌子面颜色异常区域的面积，将上述面积除以掌子面图像的总面积得到颜色异常区域面积占比。
[0031]作为可选的一种实现方式，掌子面未识别出不良地质标志矿物部分标为灰色。
[0032]作为可选的一种实现方式，判断掌子面光谱信息是否出现光谱异常，包括：
[0033]特征吸收波段出现吸收特征，则出现光谱异常，否则，未出现光谱异常。
[0034]本专利技术第三方面提供了一种基于图像光谱的隧道内不良地质体实时判识系统。
[0035]一种基于图像光谱的隧道内不良地质体实时判识系统，包括：
[0036]主控模块、图像光谱数据获取模块和不良地质实时判识模块；
[0037]主控模块包括控制单元和定位单元；
[0038]控制单元，至少被配置为：实现对定位单元、图像光谱数据本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于图像光谱的隧道内不良地质体实时判识方法，其特征在于：获取掌子面成像光谱数据，包括图像数据和光谱数据；对图像数据进行颜色提取，与正常围岩的颜色特征对比，若未出现颜色异常，判断是否出现不良地质前兆特征，如是则继续进行光谱信息处理，否则当前区域未遭遇不良地质；若出现颜色异常，计算颜色异常区域面积占比，若颜色异常区域面积占比小于设定阈值，判断是否出现不良地质前兆特征，如是则继续进行光谱信息处理，否则当前区域未遭遇不良地质，若颜色异常区域面积占比大于或设定阈值，进行光谱信息处理；进行光谱信息处理，截取不良地质标志矿物的特征吸收波段，判断掌子面光谱信息是否出现光谱异常，如是则判断当前区域未出现不良地质，否则，执行下一步；利用不良地质标志矿物的特征吸收波段的吸收特征进行矿物定量反演，得到掌子面每个像素点处的矿物丰度，每种矿物分配一个色系，利用色系的深浅表示矿物的丰度，掌子面未识别出不良地质标志矿物的部分自动标为特定颜色；根据不良地质标志矿物的种类组合、分布情况及丰度信息判断不良地质体的类型、规模及位置。2.如权利要求1的基于图像光谱的隧道内不良地质体实时判识方法，其特征在于：设定阈值为遭遇不良地质时掌子面颜色异常的面积占比阈值，根据获取的掌子面成像光谱数据进行正常围岩的颜色特征、不良地质标志矿物以及遭遇不良地质时掌子面颜色异常的面积占比阈值的动态调整，动态调整，包括：随着掌子面不断开挖，每掘进设定距离，对掌子面前方一定距离内的数个掌子面进行整体的图像光谱测试，对测试结果进行定性定量识别，进而实现动态调整。3.如权利要求1的基于图像光谱的隧道内不良地质体实时判识方法，其特征在于：计算颜色异常区域面积占比，包括：利用像素点的面积乘以颜色异常像素点的个数得到掌子面颜色异常区域的面积，将上述面积除以掌子面图像的总面积得到颜色异常区域面积占比。4.如权利要求1的基于图像光谱的隧道内不良地质体实时判识方法，其特征在于：不良地质前兆特征至少包括裂隙、断层擦痕以及破碎带，掌子面未识别出不良地质标志矿物部分标为灰色。5.如权利要求1
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4任一项的基于图像光谱的隧道内不良地质体实时判识方法，其特征在于：判断掌子面光谱信息是否出现光谱异常，包括：特征吸收波段出现吸收特征，则出现光谱异常，否则，未出现光谱异常。6.一种基于图像光谱的隧道内不良地质体实时判识系统，其特征在于：数据获取模块，被配置为：获取掌子面成像光谱数据，包括图像数据和光谱数据；颜色正常判断模块，被配置为：对图像数据进行颜色提取，与正常围岩的颜色特征对比，若未出现颜色异常，判断是否出现不良地质前兆特征，如是则继续进行光谱信息处理，否则当前区域未遭遇不良地质；颜色异常判断模块，被配置为：若出现颜色异常，计算颜色异常区域面积占比，若颜色异常区域面积占比小于设定阈值，判断是否出现不良地质前兆特征，如是则继续进行光谱信息处理，否则当前区域未遭遇不良地质，若颜色异常区域面积占比大于或设定阈值，进行
光谱信息处理；光谱异常判断模块，被配置为：进行光谱信息处理，截取不良地质标志矿物的特征吸收波段，判断掌子面光谱信息是否出现光谱异常，如是则判断当前区域未出现不良地质，否则，执行反演标定模块的功能；反演标定模块，被配置为：利用不良地质标志矿物的特征吸收波段的吸收特征进行矿物定量反演，得到掌子面每个像素点处的矿物丰度，每种矿物分配一个色系，利用色系的深浅表示矿物的丰度，掌子面未识别出不良地质标志矿物的部分自动标为特定颜色；不良地质判识模块，被配置为：根据不良地质标志矿物的种类组合、分布情况及丰度信息判断不良地质体的类型、规模及位置。7.如权利要求6的基于图像光谱的隧道内不良地质体实时判识系统，其特征在于：设定阈值为遭遇不良地质时掌子面颜色异常的面积占比阈值，根据获取的掌子面成像光谱数据进行正常围岩的颜色特征、不良地质标志矿物以及遭遇不良地质时掌子面颜色异常的面积占比阈值的动态调整。8.如权利要求6的基于图像光谱的隧道内不良地质体实时判识系统，其特征在于：不良地质前兆特征至少包括裂隙、断层擦痕以及破碎带。9.如权利要求6的基于图像光谱的隧道内不良地质体实时判识系统，其特征在于：计算颜色异常区域面积占比，包括：利用像素点的面积乘以颜色异常像素点的个数得到掌子面颜色异常区域的面积，将上述面积除以掌子面图像的总面积得到颜色异常区域面积占比。10.如权利要求6的基于图像光谱的隧道内不良地质体实时判识系统，其特征在于：掌子面未识别出不良地质标志矿物部分标为灰色。11.如权利要求6
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10任一项的基于图像光谱的隧道内不良地质体实时判识系统，其特征在于：判断掌子面光谱信息是否出现光谱异常，包括：特征吸收波段出现吸收特征，则出现光谱异常，否则，未出现光谱异常。12.一种基于图像光谱的隧道内不良地质体实时判识系统，其特征在于：包括：主控模块、图像光谱数据获取模块和不良地质实时判识模块；主控模块包括控制单元和定位单元；控制单元，至少被配置为：实现对定位单元、图像光谱数据获取模块、不良地质实时判识模块的启停控制；定位单元，至少被配置为：通过数台微型相机定位，基于无线信号传输，控制高缓震耐磨橡胶轮的移动以实现调控搭载平台移...

【专利技术属性】
技术研发人员：林鹏，韩涛，刘福民，余腾飞，许广璐，李珊，许振浩，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：