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岩体中存在的诸如节理、断层、软弱面、层面等结构面,是决定岩土工程稳定性的重要因素。目前,对于岩体结构面的判读主要还是由人工完成,由于工程量巨大,这将耗费非常多的人力物力。同时,不同的判读人员可能会给出不同的识别结果,造成解释结论的不准确性。数字式全景钻孔摄像系统通过孔内摄像技术可以获得钻孔内部结构面的高精度图片。本文在数字钻孔平面展开图的基础上,总结已有的图像预处理技术,结合钻孔图像的特点,提出了更适用于数字钻孔图像的预处理方法。同时,针对现有的结构面参数主要由人工提取的现状,提出了以曲线拟合的方式替代人工采样的方法,由此实现结构面信息的自动判读。本研究主要内容包括:
⑴通过阅读国内外的文献资料,本文总结了数字钻孔摄像技术的发展现状,归纳了数字式全景钻孔摄像系统的图像获取原理及方法,对数字钻孔平面展开图中结构面的主要参数进行了描述。同时,对现有的数字图像预处理方法进行了学习,主要研究了中值滤波、均值滤波、直方图均衡、对比度拉伸、全局阈值分割法、局部阈值分割法及Roberts、Sobel、Prewitt、Canny、 Laplace等边缘检测算子,将其编程运用于数字钻孔图像的预处理当中,并且引入了数字图像质量评估体系,对其在数字钻孔图像中的运用进行了可行性分析和实际效果比较;
⑵在经典的数字图像处理算法的基础上,结合数字钻孔平面展开图的特点,提出了更适用于数字钻孔图像的预处理方法,获得了较好的预处理效果。针对实际工程中钻孔图像噪声比较严重的情况,采用了最小均方误差的方法滤除图像中的较为明显的干扰噪声;分析钻孔图像的灰度直方图的分布特性,发现其呈现单峰分布,提出了分段线性灰度拉伸的方法,拉伸结构面所在区域的灰度值,抑制背景灰度值,使得结构面的信息得到突出;针对岩体结构面在数字钻孔图像中不仅灰度值相似而且分布具有连通性的特点,提出了基于连通性分析的区域生长图像分割法,获得较好的数字钻孔图像的分割效果。
⑶岩体结构面参数提取方法的研究。提出了对钻孔图像中结构面边缘点进行曲线拟合的方法,实现了特征采样点的自动获取,获取了结构面的参数特征(倾角、倾向、隙宽)。通过对预处理之后的钻孔图像中的离散边缘点进行多项式曲线拟合,获得拟合函数的解析式,对拟合之后的曲线进行操作,通过倾角及倾向计算公式获得相应信息;对边缘提取之后的结构面进行图像分析计算,获得隙宽信息。
⑷工程实际当中的方法运用及效果对比。通过对实际工程中钻孔的结构面信息提取,对比现有的人工判读方法,本文的方法大大提升了数据提取的速度和自动化程度。