[发明专利]基于图像的地下洞室掌子面快速安全预测方法

权利要求书

1.一种基于图像的地下洞室掌子面快速安全预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)红外相机拍照，获取当前里程的掌子面图像；

2)对获得的掌子面图像进行图像预处理，分别执行步骤3)和5)；

3)对步骤2)预处理好的图像进行聚类分析，得到初步分类结果；

4)在步骤3)初步分类结果的基础上进行岩性识别，得到岩性分类信息，执行步骤7)；

5)对步骤2)预处理好的图像进行边缘检测，获取图像结构面分界线；

6)在步骤5)边缘检测后进行边界提取，得到掌子面层理节理信息，执行步骤7)；

7)结合步骤4)和步骤6)获得的岩性分类信息和层理节理信息绘制当前掌子面的地质素描图，获得当前掌子面的结构面信息；

8)移动至下一个里程，重复步骤1)-7)后，执行步骤9)；

9)根据提取到的结构面信息进行三维地质建模；

10)根据三维地质建模进行岩体块体分析，预测岩体稳定性，最终得到洞室安全预测结果。

2.根据权利要求1所述的一种基于图像的地下洞室掌子面快速安全预测方法，其特征在于，所述的红外相机包括红外发射二极管和CCD黑白摄像机；红外发射二极管发射红外光，黑白CCD摄像机捕捉掌子面反射回来的红外光，实现成像。

3.根据权利要求2所述的一种基于图像的地下洞室掌子面快速安全预测方法，其特征在于，所述的红外光的中心波长830～950nm。

4.根据权利要求1所述的一种基于图像的地下洞室掌子面快速安全预测方法，其特征在于，所述的图像预处理具体为：在拍照前，对掌子面光强进行分布测量，根据测量结果，得出横纵两个方向的光强分布曲线，依据此分布曲线，对所拍摄的照片进行亮度均衡化处理。

5.根据权利要求1所述的一种基于图像的地下洞室掌子面快速安全预测方法，其特征在于，所述的聚类分析在HSV颜色空间进行，对掌子面图像的岩性进行分类。

6.根据权利要求1所述的一种基于图像的地下洞室掌子面快速安全预测方法，其特征在于，所述的边缘检测采用基于SUSAN算子的边缘检测算法。

7.根据权利要求1所述的一种基于图像的地下洞室掌子面快速安全预测方法，其特征在于，所述的边界提取具体为：首先采用下抽样使不连续的折线连起来，然后采用霍夫变换进行直线检测提取。

8.根据权利要求1所述的一种基于图像的地下洞室掌子面快速安全预测方法，其特征在于，所述的结构面信息包括起点坐标、终点坐标、裂缝宽度和节理层理类型。

9.根据权利要求1所述的一种基于图像的地下洞室掌子面快速安全预测方法，其特征在于，所述的三维地质建模是依据前后两次掌子面分析的结构面分界线，进行三维曲面重建，具体步骤包括：

a)基于结构面分界线，建立若干剖面多边形；

b)建立前后两次掌子面的边界多边形对应关系，自动搜索控制点对；

c)前后两次掌子面边界多边形自动连接生成体周三角形；

d)判断体周三角形是否有交叉，若是，则调整控制点对，返回步骤c)，若否，则执行步骤e)；

e)相邻的前后掌子面边界多边形分别三角剖分，闭合体元前后剖面；

f)建立三维地质模型。

10.根据权利要求1所述的一种基于图像的地下洞室掌子面快速安全预测方法，其特征在于，所述的岩体块体分析采用块体元法进行岩体稳定性分析。