基于图像处理的岩体结构面迹线自动检测

提出了一种自动检测岩体结构面迹线的方法,该方法通过特征过滤技术,处理边缘检测结果,利用结构面信息和非结构面噪声在像素连通区域上特定数学特征的普遍差异,滤除非结构面噪声,只保留结构面信息,从而直接提取结构面迹线。以甘肃北山花岗岩岩体露头面图像为研究对象,并利用该方法对其进行了MATLAB图像处理,得出岩体结构面迹线图。结果表明,对于结构面数量较多且分布复杂的岩体露头面图像,该方法能够快速且较为准确完整地自动检测出结构面迹线。     

基于钻孔图像的岩体结构面几何信息智能测量

针对钻孔图像中岩体结构面形态特征,提出了一种基于Canny检测的岩体结构面几何信息智能测量方法。该方法首先采用灰度共生矩阵特征参数,在长幅钻孔图像中定位结构面区域;然后,对识别的结构面区域,采用Canny检测算法识别出结构面边缘,并通过边缘连接和合适的阈值筛选边缘,提取出结构面上下边缘;最后,对结构面边缘进行三角函数拟合,得到结构面上下边缘的正弦曲线,结合立体空间几何理论,从而计算出岩体结构面的倾向、倾角、隙宽等参数。以如美水电站坝址区两钻孔为例,基于本算法提取结构面几何信息,并与已有成功算法进行对比得到了较为一致的结果,证明了算法的可行性。     

孔壁钻孔图像的结构面参数提取方法研究

为了提升岩体结构面参数提取的自动化程度以及准确性,结合钻孔图像中岩体结构面的特性,开展了适用于结构面图像预处理和结构面参数提取的方法研究。首先,采用自适应中值滤波法对钻孔图像进行去噪处理,通过对梯度算子法和最大类间方差法的图像分割进行比较,提出了更适用于实际钻孔图像分割的改进方差法,即结合梯度算子与最大类间方差法;然后对分割后的图像进行Canny算子边缘检测;最后,通过多项式曲线拟合获得结构面的正弦曲线,从而计算出岩体结构面的参数——倾向、倾角和隙宽。通过将提取方法与传统的手动识别结果进行对比,其结果表明:提取方法获取的参数较为精确。从而证明了该结构面参数提取方法具有可行性和准确性,且提取效率高于传统的手动识别。     

岩体结构面面密度的数字化统计方法及其应用

岩体结构面密度是结构面三维网络模拟的基本参数,一般是在现场通过测窗法人工记录、统计计算得到,效率较低,易出错。为此,提出了一种可以由计算机完成结构面面密度统计估算的数字化方法。该方法主要包括三个步骤:建立结构面迹线及露头面三维数字模型(简称迹线三维模型);自动布置数字化矩形及圆形测窗;基于数字化测窗自动计算结构面面密度。将其应用于甘肃北山调查区域,验证了Mauldon估算理论的准确性,发现以双参数负指数分布函数拟合面密度分布一般具有良好的效果。实践证明,该数字化统计方法可高效准确地完成大量结构面面密度的统计工作,有很好的应用前景。     

碎裂煤二维显微裂隙自动识别及信息提取

碎裂煤二维裂隙定量分析对构造复杂区煤储层渗透性、煤体强度有效预测有重要意义。针对2张分别取自不同变形程度碎裂煤的二维显微裂隙位图,基于MATLAB图像处理平台,经二值化、降噪和修复,编程实现裂隙自动识别,成功消除擦痕及大小不等杂斑干扰,识别裂隙与原裂隙趋于一致;然后在裂隙分割的基础上,实现了裂隙面积、长度、平均宽度及面裂隙率等参数的自动提取,并对2张位图获得的裂隙信息进行对比,结果与直观反映的裂隙发育程度一致。      

钻孔成像中结构面自动判读技术研究

通过钻孔数字成像系统得到地质钻孔的孔壁数字图像并研判地下地质结构是一种重要的地质勘查手段。对钻孔成像中的结构面信息的判读通常是由人工完成的,不同的人判读结果可能存在差异。钻孔成像自动辨识结构面系统首先对图像进行RGB(red红,green绿,blue蓝)到HSV(hue色相,saturation饱和度,value明度)颜色空间的转换,使得结构面信息突出显示出来,以利于图像的结构面提取;再对转换后的S分量进行图像滤波及增强等预处理,然后对图像进行分割,对分割后的图像进行数学形态学中的二值图像边缘提取和细化处理,快速分离出结构面信息,对结构面边缘进行有效的提取;最后采用正弦曲线的Hough变换对图像边缘点进行识别,可得到钻孔结构面的产状和厚度参数。以实际钻孔数字图像为例,经过钻孔成像自动辨识结构面系统提取了其中的4个结构面的空间参数,与人工判读结果比较,自动辨识得到的参数更精确,结果具有唯一性。     

膨胀土裂隙图像处理及特征提取方法的改进

裂隙特征作为膨胀土裂隙研究的基础,其定量化描述有助于进一步研究裂隙对膨胀土工程性质的影响。以膨胀土平面裂隙为研究对象,使用数码摄影获取膨胀土裂隙图像,通过优化和改进裂隙图像处理方法及裂隙特征提取方法,获得膨胀土裂隙的各特征参数。对于裂隙图像处理方法,采用改进的局部阈值二值化方法,相比大津法能更好地将裂隙和背景区分开来,而通过标记连通区域的方法有效去除了裂隙二值图像中全局分布的细小杂点,同时,利用闭运算填充了裂隙图像中细小的孔洞和缺口,上述处理方法使裂隙二值图像更清晰可靠。对于裂隙特征提取方法,基于对裂隙端点和交点的快捷识别能力,选择了查找表方法作为裂隙条数统计的基础;改进了端点识别算法以去除毛刺,提高了裂隙长度统计的精度;采用改进的最小外接矩形算法进行裂隙宽度的统计,提高了计算精度,节省了计算时间;尝试采用玫瑰花图进行裂隙方向统计,更直观明了地分析裂隙方向及条数的变化规律。     

岩体体裂隙率野外测量及计算方法的研究

裂隙率作为表征岩体裂隙特征的一项重要参数,有线裂隙率、面裂隙率、体裂隙率3种表征方法。目前常用测线法、统计窗法获取线、面裂隙率仅能从一维或二维反映裂隙发育情况,其方法还存在测量结果随机性、应用受出露条件所限等不足;现有体裂隙率测量方法也存在着实际应用性较差、成本高等问题,尚缺乏简便易操作的野外测量方法。为此本文提出了一种新的野外测量岩体体裂隙率的工作方法--球体法。由于构造、成岩裂隙发育的组系性、方向性,球体法根据各组裂隙产状从不同方向进行观测,通过多次测量统计岩体出露面上裂隙的发育特征,推断岩体内部裂隙的发育状况,其值能更好地反映局部区域岩体内部裂隙发育程度。此外,在测量时利用专利仪器可以得到沿裂隙面法线方向上隙宽以及隙间距数据真实值,测量条件对出露面平整情况要求不高,测量结果受露头平整性影响不大,具有更好的实用性。本文以安庆大龙山采石场研究区为例应用球体法,野外现场测量表明该方法可以在较为方便操作的基础上实现快速测量;研究区体裂隙率均值为2. 286%,集中分布在1%~4%,结合研究区实际情况以及误差分析结果,球体法可以很好地反映研究区各个测量点的裂隙发育程度。     

水力作用下顺层岩质边坡稳定性分析

通过对顺层岩质边坡中地下水力作用进行分析,认为地下水力作用主要为沿结构面分布的裂隙水压力和拖拽力。分析了滑动破坏中的控稳优势结构面,认为该面上的张裂隙静水压力、滑动面扬压力以及拖拽力的大小均取决于后缘张裂隙的充水高度。将典型岩石边坡进行简化假设,利用简化后的边坡水力学分析模型,推导出边坡稳定系数和决定边坡稳定性的张裂隙充水临界高度的表达式。选取实际边坡进行分析和计算,验证了公式的合理性,结果表明地下水作用下边坡稳定系数的降低主要与静水压力有关,而渗透力的影响很小。     

基于SEM图像灰度水平的页岩孔隙分割方法研究

微观孔隙结构是研究页岩气吸附运移机制和建立地质模型的基础,氩离子抛光-扫描电子显微镜(SEM)技术是开展此项研究的主要实验方法,但已有的研究大多是关注页岩孔隙分类,较少从定量角度表征其特征。为开展页岩微观孔隙结构定量研究,提高孔隙分割质量,本研究分别利用边缘检测分割法、流域分割法、手动和自动阈值分割法对页岩无机孔和有机孔二次电子图像进行分割实验,对比不同方法的分割效果。结果表明,通过选取合适的分割阈值,基于SEM图像的手动阈值分割法能够表征1 nm以上的孔隙,准确地识别有机质与脆性矿物边缘、孔隙与有机质边缘,使得页岩孔隙提取结果趋近于真实,能更有效地对页岩孔隙结构进行定量分析。     

Identification of Mineral Grains in a Petrographic Thin Section Using Phi- and Max-Images

A new approach to identifying grains in a petrographic thin section is presented in this paper. The mineral grain boundaries are detected using two synthetic images, created by mapping the maximum birefringence color intensity (max-image) and the corresponding angular rotation at which it occurs (phi-image), instead of original images obtained by rotating the section between crossed polarizers. Edge detection and image segmentation operations are first applied on the phi- and max-images separately. The two segmented images resulting from edge detection are then combined to generate a new segmented image, which preserves edges with higher reliabilities and eliminates those with lower reliabilities in the two former segmented images. The identification rate is thereby greatly improved. The method has been implemented in C++ in the Linux environment. Two sets of images are used to test the method. Each set has 200 images corresponding to 200 rotation angles between 0 and 180°.     

穿越地裂缝带地铁隧道结构分段长度优化研究

目前西安地铁建设中过地裂缝带隧道均采取分段设缝的结构措施,而隧道结构分段长度的优化问题是地铁隧道穿越地裂缝带设防的关键。本文以西安地铁斜交穿越地裂缝带为工程背景,通过分段设缝的地铁隧道斜交跨地裂缝带的有限元数值模拟,研究了斜交跨地裂缝带地铁隧道分段设缝的合理模式及分段隧道的合理长度。计算结果表明:对缝设置模式下分段设缝隧道结构塑性区范围较小,集中在隧道拱底、拱脚;而悬臂设置模式下塑性区分布范围大且较为复杂,不利于进行衬砌加强。地铁隧道穿越地裂缝带衬砌结构宜采取分段设缝的对缝设置模式,跨地裂缝带的分段隧道合理长度为15 m,位于地裂缝主变形区内的分段隧道长度可按10～15 m考虑,而穿越地裂缝主变形区之外的地铁隧道分段长度可根据轨道调坡及隧道防水等其他要求适当增加。研究成果可为地裂缝发育的城市地铁隧道结构设计及其他地下空间开发提供重要的理论依据和技术参考。     

基于小波变换的遥感数据融合与边缘检测

介绍了小波图像的分解和重构方法以及小波融合过程。采用Symlet小波变换融合方法对西安地区鲸鱼沟水库的TM4、TM5子图进行单尺度二维离散小波变换融合，并进行水库的边缘检测。对图像通过TM4分解的低频图与TM5分解的高频图像融合再与TM4影像原图比较，融合图像提取细节效果明显优于TM4原图像。     

利用多尺度边缘检测研究碳酸盐岩裂缝分布

裂缝检测与图像分析中的边缘检测有许多相似之处,因此,能够借助某些边缘检测理论并结合实际地震资料形成有效的裂缝检测方法。作者基于小波多尺度边缘检测理论,结合地震波场对裂缝的多尺度特性,提出了碳酸岩裂缝预测的多尺度边缘检测方法。方法的主要思想是：利用小波变换械的局部极值,检测出三维地震记录裂缝点特征位置,并通过调整模值在图像中的灰度,自动识别裂缝发育区的范围。     

高陡边坡岩体结构信息无人机识别与离散元数值模拟

岩体结构特征的准确表征对边坡稳定性评价具有重要影响。由于高陡边坡岩体结构的人工编录工作开展困难,结构几何信息往往获取不全面,导致边坡数值模型构建往往不理想。以江西德兴银山铜矿露天边坡为工程背景,采用无人机与运动恢复结构法(SfM)获取边坡岩体点云模型。基于点云数据建立结构面识别和解译算法,自动获取结构面产状、迹长、间距等几何信息。对比人工测量结果,无人机测量与结构面识别能够获取更符合实际的坡面与岩体结构模型。采用非均匀有理B样条(NURBS)曲面重构和“Rhino-Griddle-3DEC”联合建模方法,结合岩体结构统计模型构建离散裂隙网络DFN能够快速建立三维离散元数值模型,从而获得更好的数值模拟计算结果,满足岩质高边坡稳定性评价的需要。     

活动断层作用下地裂缝开裂机理研究

地裂缝的成因机理争论不断,笔者认为活动断层与全新世浅表层开裂两者之间的联动机制为主要原因之一。文章以华北平原典型地裂缝为例,通过详尽地面调查、资料分析总结,结合地球物理勘察、槽探揭露和钻探等多种技术方法,得到以下几点认识:（1）依据全新世浅表层开裂形态特征,可将华北平原地裂缝划分为全新世节理裂隙型地裂缝和全新世活动断层型地裂缝。（2）节理裂隙型地裂缝开裂的外部条件是华北平原地下水位下降,疏干的松散含水层是地表水沿节理裂缝下渗后的储存场所,是产生渗透压力的原因;而活动断层是产生该类地裂缝的内部因素,两者缺一不可;活动断层型地裂缝实质是全新世活动断层。（3）节理裂隙型地裂缝主要特征是地表局部塌陷、间断性、地表无高差等;活动断层型地裂缝主要特征是连续性强,地表断距明显;地表断距是两种类型地裂缝的最主要区别特征。本文首次以构造活动断层与全新世浅表层开裂两者之间的联动机制为研究线索,阐述了构造活动断层在地裂缝形成过程中的具体作用,厘清了地下水位下降所扮演的“角色”,为城市规划建设提供了地质依据和建议。     

用形态学滤波从电导率图像中提取缝洞孔隙度谱

为了更好地实现对缝洞型储层孔隙结构和孔隙度的精细评价,基于高覆盖率和高分辨率电成像测井的电导率数据,用多尺度形态学滤波方法分离了基质孔、裂缝和溶蚀孔洞,提取了缝洞孔隙度谱。首先分析了电成像测井对裂缝和溶蚀孔洞的响应模式;其次,在简单介绍数学形态学算子的基础上,给出了结构元素选择和滤波算子构造的方法,用于电成像测井数据的噪声压制和缝洞异常电导率信息的提取;再次,基于缝洞发育处电导率异常的边缘检测结果,用椭圆形及不规则多边形函数拟合溶蚀孔洞,用多项式插值函数拟合裂缝边界,继而提取缝洞分布多类属性参数,获得缝洞孔隙度谱;最后,用实测数据对文中算法进行了测试,验证了多尺度数学形态学滤波方法用于电成像测井资料缝洞孔隙度谱计算的有效性。     

面向对象的遥感影像承灾体边缘提取方法

承灾体是研究地质灾害的一个重要方面,基于高分辨率遥感影像的地物自动提取将成为地质灾害承灾体识别的重要途径。依据面向对象思想,对高分辨率遥感影像进行分割获得承灾体对象;通过对分割后的图像提取图像梯度,进行二值化,去除毛刺等方法处理,获得完整的承灾体边缘。实验结果表明:提取的承灾体边缘完整且准确,在实际应用中具有广泛的适应性,优于传统的提取方法。     

利用人工神经网络方法检测地震剖面同相轴

在地震勘探中,经过各种处理后最终得到用于解释的地震剖面实际上都可以看作是一些图像。这样,就可以从图像处理的观点来看问题,图像的特征有边缘和区域,那么,地震反射同相轴在地震剖面图像上,可以看作是一边缘。人工神经网络是近年来发展起来的一种新技术,它可以进行二维图像的边缘检测,基于这一点,把神经网络边缘检测技术应用到地震剖面上来检测地震反射界面,压制地震剖面上的随机干扰,从而改善地震图像的质量,达到提高地震资料信噪比和分辨率的目的。运用该技术对实际剖面进行了处理,效果很好,证明了方法的可行性和有效性。     

超声波法在公路质量检测中的应用

超声波法检测技术易操作、速度快且对建筑物无破损,因此在公路质量检测中得到广泛应用。本文主要介绍了超声波法在桥梁桩基检测、土工材料力学参数测定以及隧道施工中的应用。另外,超声波在路面隐含裂隙探测、钢管拱桥的结构检测等方面也有成功应用。