專利名稱：高密度電法堤壩探測(cè)空洞位置的自動(dòng)確定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種高密度電法堤壩探測(cè)空洞位置的自動(dòng)確定方法，與現(xiàn)行方法截然不同 的是，本方法利用高密度電法實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)得到的視電阻率斷面圖及顯示視電阻率的視電阻率索 引條信息，自動(dòng)確定堤壩是否存在空洞及其位置，屬于智能信息處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，作為防御洪水和風(fēng)暴潮的主要屏障的堤壩治理越來越引起人 們的高度重視。引起堤壩地質(zhì)災(zāi)害的原因多種多樣，如坡體滑落、滑塌、采空區(qū)的陷落、地 基裂縫、破碎帶、溶洞、堤壩體下面被海水淘空等，這些隱患給人們的生產(chǎn)、生活帶來極大 影響，甚至危及到人身安全。這就要求對(duì)堤壩異常區(qū)域的穩(wěn)定性、位置、范圍、邊界等進(jìn)行 勘查與評(píng)價(jià)，及時(shí)根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果，制定可行方案。隨著地球物理勘探技術(shù)的發(fā)展，高密度電 法以其生產(chǎn)成本低、工作效率高等特點(diǎn)，基于被探測(cè)目標(biāo)體與周圍介質(zhì)之間的電性差異，分 析堤壩地電信息，判識(shí)是否存在洞穴或裂縫等隱患，在工程地質(zhì)調(diào)查、壩基及橋墩選址、采 空區(qū)、堤壩隱患探測(cè)等眾多工程勘察領(lǐng)域，取得了明顯的地質(zhì)勘探效果和顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效 益，并在探測(cè)地下結(jié)構(gòu)、尋找金屬和非金屬礦產(chǎn)、考古以及水文工程地質(zhì)方面得到了廣泛應(yīng) 用。目前國(guó)內(nèi)外雖然已經(jīng)有多款高密度電法的處理軟件，但是，這些軟件的功能僅僅是將高 密度電法測(cè)量數(shù)據(jù)成像，并沒有對(duì)這些圖像做進(jìn)一步的解釋，更沒有自動(dòng)確定異常區(qū)域及其 異常位置，異常區(qū)域的確定采用人為分析與判斷，費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，受主體知識(shí)和人為因素影響 大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有方法不能自動(dòng)確定堤壩是否存在空洞及其位置，提供一種高 密度電法堤壩探測(cè)空洞位置的自動(dòng)確定方法。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思是根據(jù)不同介質(zhì)具有不同導(dǎo)電性能，當(dāng)?shù)虊钨|(zhì)量均勻、 無空洞、土質(zhì)均一時(shí)，視電阻率斷面圖中的視電阻率等值線分布均勻；當(dāng)存在上述隱患時(shí)，
視電阻率等值線呈閉合圈、梯度變化大。因此判定堤壩是否存在空洞，可轉(zhuǎn)化為在視電阻率 斷面圖中尋找對(duì)應(yīng)區(qū)域。在視電阻率斷面圖中，不同顏色(或灰度)區(qū)域表示不同的視電阻 率大小，因此，根據(jù)視電阻率斷面圖顏色信息，可自動(dòng)確定堤壩是否存在空洞及其位置。
根據(jù)上述發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案
一種高密度電法堤壩探測(cè)空洞位置的自動(dòng)確定方法，其特征在于利用釆集的高密度電法 勘探數(shù)據(jù)，獲得高密度電法視電阻率斷面圖及顯示視電阻率的視電阻率索引條信息，提取與堤壩空洞視電阻率相對(duì)應(yīng)的索引條灰度信息，尋找是否與堤壩空洞視電阻率索引條灰度信息 相匹配的區(qū)域，判斷堤壩是否存在空洞并確定空洞位置。
上述步驟(1)讀取高密度電法實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，獲取視電阻率斷面圖及其視電阻率索引條的具 體步驟如下
1) 對(duì)兩相鄰數(shù)據(jù)斷面重疊部分進(jìn)行數(shù)據(jù)平均，并沿剖面方向作五點(diǎn)三次平滑；
2) 采用線性擬合方式進(jìn)行數(shù)據(jù)插值，形成完整數(shù)據(jù)斷面，克服實(shí)際工作中兩相鄰數(shù)據(jù) 斷面不完全銜接而形成數(shù)據(jù)空缺的不足；
3) 采用平滑濾波方法，剔除數(shù)據(jù)斷面中的虛假點(diǎn)，克服因電極接觸不良或其它干擾等 原因?qū)е聰?shù)據(jù)斷面出現(xiàn)虛假點(diǎn)或突變點(diǎn)，造成視電阻率斷面圖的虛假異常；
4) 采用視電阻率比值法，克服因地形起伏導(dǎo)致探測(cè)目標(biāo)視電阻率異常形態(tài)與位置隨地 形發(fā)生畸變與位移的影響；
5) 采用視電阻率等級(jí)剖面圖或視電阻率反演成像方法進(jìn)行視電阻率斷面成像；
a) 視電阻率等級(jí)剖面圖法在指定剖面內(nèi)，利用上述步驟后的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)處理結(jié)果， 根據(jù)視電阻率值的大小，將其分成十七個(gè)不同等級(jí)；根據(jù)高密度電法工作時(shí)的 觀測(cè)裝置，繪制視電阻率斷面圖；根據(jù)十七個(gè)不同等級(jí)的視電阻率值，繪制相 應(yīng)的視電阻率索引條；
b) 視電阻率反演成像法將探測(cè)剖面區(qū)域視為由十七個(gè)不同等級(jí)且視電阻率值為 常數(shù)的矩形塊所構(gòu)成，采用平滑限定條件下的最小二乘法，通過迭代非線性最 優(yōu)化方法，確定每一矩形塊的視電阻率值；根據(jù)十七個(gè)不同等級(jí)的視電阻率值， 繪制相應(yīng)的視電阻率索引條。
上述步驟(2)提取對(duì)應(yīng)堤壩空洞視電阻率的索引條灰度信息的具體步驟如下-
1) 對(duì)視電阻率斷面圖進(jìn)行邊緣檢測(cè)，根據(jù)視電阻率索引條的矩形框小于視電阻率斷 面圖的矩形框，確定視電阻率索引條位置；
2) 根據(jù)視電阻率索引條位置，確定十七個(gè)不同等級(jí)視電阻率的條形框；
3) 根據(jù)堤壩空洞視電阻率值的大小，利用所劃分的十七個(gè)等級(jí)視電阻率值，確定與 堤壩空洞視電阻率對(duì)應(yīng)的條形框位置及其對(duì)應(yīng)的索引條灰度信息。
上述步驟(3)判斷堤壩是否存在空洞及確定堤壩空洞位置的具體步驟如下-
1) 對(duì)視電阻率斷面圖進(jìn)行邊緣檢測(cè)，根據(jù)視電阻率斷面圖的矩形框大于視電阻率索 引條的矩形框，確定視電阻率斷面圖位置；
2) 利用步驟(2)提取的堤壩空洞視電阻率的索引條灰度信息，在視電阻率斷面圖中，尋求是否存在與該視電阻率的索引條灰度信息一致的區(qū)域；
3) 若存在上述區(qū)域，則將該區(qū)域確定為堤壩空洞區(qū)域，表明堤壩存在空洞；否則， 堤壩無空洞；
4) 對(duì)堤壩空洞區(qū)域進(jìn)行連通區(qū)域分析，確定每一連通區(qū)域的左、右、上、下邊界范 圍，該邊界范圍為對(duì)應(yīng)堤壩空洞的位置信息。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn)根據(jù)不同 介質(zhì)具有不同導(dǎo)電性能，若堤壩存在空洞，則它會(huì)直接反映在視電阻率斷面圖中，因此判定 堤壩是否存在空洞，可轉(zhuǎn)化為在視電阻率斷面圖中尋找相應(yīng)區(qū)域；在視電阻率斷面圖中，不 同顏色(或灰度)區(qū)域表示不同的視電阻率大小，因此，根據(jù)視電阻率斷面圖顏色信息，可 自動(dòng)確定堤壩是否存在空洞及其位置；克服目前人工判斷，既耗時(shí)又受人為因素影響的不足， 簡(jiǎn)單、快速地自動(dòng)確定堤壩是否存在空洞及其位置信息。


圖l是本發(fā)明方法的操作程序框圖。
圖2是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的高密度電法堤壩實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)視電阻率斷面圖。 圖3是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的堤壩空洞區(qū)域提取結(jié)果顯示圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例是高密度電法勘探堤壩實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)處理編輯后的視電阻率斷面圖(圖2) 進(jìn)行堤壩空洞位置的自動(dòng)確定。
參見圖2，本高密度電法堤壩探測(cè)空洞位置的自動(dòng)確定方法，其特征在于利用采集的高 密度電法勘探數(shù)據(jù)，獲得高密度電法視電阻率斷面圖及顯示視電阻率的視電阻率索引條信息， 提取與堤壩空洞視電阻率相對(duì)應(yīng)的索引條灰度信息，尋找是否與堤壩空洞視電阻率索引條灰 度信息相匹配的區(qū)域，判斷堤壩是否存在空洞并確定空洞位置；其操作步驟如下-
(1)讀取高密度電法實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，獲取視電阻率斷面圖及其視電阻率索引條讀取高密度 電法實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)處理編輯，獲取視電阻率斷面圖及其視電阻率索引條，其具體步 驟如下-
1) 對(duì)兩相鄰數(shù)據(jù)斷面重疊部分進(jìn)行數(shù)據(jù)平均，并沿剖面方向作五點(diǎn)三次平滑；
2) 采用線性擬合方式進(jìn)行數(shù)據(jù)插值，形成完整數(shù)據(jù)斷面，克服實(shí)際工作中兩相鄰數(shù)據(jù) 斷面不完全銜接而形成數(shù)據(jù)空缺的不足；
3) 采用平滑濾波方法，剔除數(shù)據(jù)斷面中的虛假點(diǎn)，克服因電極接觸不良或其它干擾等 原因?qū)е聰?shù)據(jù)斷面出現(xiàn)虛假點(diǎn)或突變點(diǎn)，造成視電阻率斷面圖的虛假異常；4) 采用視電阻率比值法，克服因地形起伏導(dǎo)致探測(cè)目標(biāo)視電阻率異常形態(tài)與位置隨地 形發(fā)生畸變與位移的影響；
5) 采用視電阻率等級(jí)剖面圖或視電阻率反演成像方法進(jìn)行視電阻率斷面成像；
a) 視電阻率等級(jí)剖面圖法在指定剖面內(nèi)，利用上述步驟后的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)處理結(jié)果， 根據(jù)視電阻率值的大小，將其分成十七個(gè)不同等級(jí)；根據(jù)高密度電法工作時(shí)的 觀測(cè)裝置，繪制視電阻率斷面圖；根據(jù)十七個(gè)不同等級(jí)的視電阻率值，繪制相 應(yīng)的視電阻率索引條；
b) 視電阻率反演成像法將探測(cè)剖面區(qū)域視為由十七個(gè)不同等級(jí)且視電阻率值為 常數(shù)的矩形塊所構(gòu)成，采用平滑限定條件下的最小二乘法，通過迭代非線性最 優(yōu)化方法，確定每一矩形塊的視電阻率值；根據(jù)十七個(gè)不同等級(jí)的視電阻率值， 繪制相應(yīng)的視電阻率索引條。
(2)提取對(duì)應(yīng)堤壩空洞視電阻率的索引條灰度信息根據(jù)視電阻率反映堤壩地層不同介 質(zhì)導(dǎo)電性能，在視電阻率斷面圖的視電阻率索引條中，確定與堤壩空洞視電阻率對(duì) 應(yīng)的視電阻率索引條灰度信息；具體步驟如下
1) 對(duì)視電阻率斷面圖進(jìn)行邊緣檢測(cè)，根據(jù)視電阻率索引條的矩形框小于視電阻率斷 面圖的矩形框，確定視電阻率索引條位置；
2) 根據(jù)視電阻率索引條位置，確定十七個(gè)不同等級(jí)視電阻率的條形框；
3) 根據(jù)堤壩空洞視電阻率值的大小，利用所劃分的十七個(gè)等級(jí)視電阻率值，確定與 堤壩空洞視電阻率對(duì)應(yīng)的條形框位置及其對(duì)應(yīng)的索引條灰度信息。
(3)判斷堤壩是否存在空洞及確定堤壩空洞位置，具體步驟如下
1) 對(duì)視電阻率斷面圖進(jìn)行邊緣檢測(cè)，根據(jù)視電阻率斷面圖的矩形框大于視電阻率索 引條的矩形框，確定視電阻率斷面圖位置；
2) 利用步驟(2)提取的堤壩空洞視電阻率的索引條灰度信息，在視電阻率斷面圖 中，尋求是否存在與該視電阻率的索引條灰度信息一致的區(qū)域；
3) 若存在上述區(qū)域，則將該區(qū)域確定為堤壩空洞區(qū)域，表明堤壩存在空洞；否則， 堤壩無空洞；
4) 對(duì)堤壩空洞區(qū)域進(jìn)行連通區(qū)域分析，確定每一連通區(qū)域的左、右、上、下邊界范 圍，該邊界范圍為對(duì)應(yīng)堤壩空洞的位置信息。
圖3為堤壩空洞區(qū)域提取結(jié)果，圖中深灰色與淺灰色交界灰白色線為堤壩空洞區(qū)域邊界，圖 下方為堤壩空洞位置信息。
權(quán)利要求
1.一種高密度電法堤壩探測(cè)空洞位置的自動(dòng)確定方法，其特征在于利用采集的高密度電法勘探數(shù)據(jù)，獲得高密度電法視電阻率斷面圖及顯示視電阻率的視電阻率索引條信息，提取與堤壩空洞視電阻率相對(duì)應(yīng)的索引條灰度信息，尋找是否與堤壩空洞視電阻率索引條灰度信息相匹配的區(qū)域，判斷堤壩是否存在空洞并確定空洞位置；其操作步驟如下(1)讀取高密度電法實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，獲取視電阻率斷面圖及其視電阻率索引條；(2)提取對(duì)應(yīng)堤壩空洞視電阻率的索引條灰度信息；(3)判斷堤壩是否存在空洞及確定堤壩空洞位置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高密度電法堤壩探測(cè)空洞位置的自動(dòng)確定方法，其特征在于所述步 驟(1)讀取高密度電法實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，獲取視電阻率斷面圖及顯示視電阻率的視電阻率索引 條的具體步驟如下1) 對(duì)兩相鄰數(shù)據(jù)斷面重疊部分進(jìn)行數(shù)據(jù)平均，并沿剖面方向作五點(diǎn)三次平滑；2) 采用線性擬合方式進(jìn)行數(shù)據(jù)插值，形成完整數(shù)據(jù)斷面，克服實(shí)際工作中兩相鄰數(shù)據(jù) 斷面不完全銜接而形成數(shù)據(jù)空缺的不足；3) 采用平滑濾波方法，剔除數(shù)據(jù)斷面中的虛假點(diǎn)，克服因電極接觸不良或其它干擾等 原因?qū)е聰?shù)據(jù)斷面出現(xiàn)虛假點(diǎn)或突變點(diǎn)，造成視電阻率斷面圖的虛假異常；4) 采用視電阻率比值法，克服因地形起伏導(dǎo)致探測(cè)目標(biāo)視電阻率異常形態(tài)與位置隨地 形發(fā)生畸變與位移的影響；5) 采用視電阻率等級(jí)剖面圖或視電阻率反演成像方法進(jìn)行視電阻率斷面成像；a) 視電阻率等級(jí)剖面圖法在指定剖面內(nèi)，利用上述步驟后的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)處理結(jié)果， 根據(jù)視電阻率值的大小，將其分成十七個(gè)不同等級(jí)；根據(jù)高密度電法工作時(shí)的 觀測(cè)裝置，繪制視電阻率斷面圖；根據(jù)十七個(gè)不同等級(jí)的視電阻率值，繪制相 應(yīng)的視電阻率索引條；b) 視電阻率反演成像法將探測(cè)剖面區(qū)域視為由十七個(gè)不同等級(jí)且視電阻率值為 常數(shù)的矩形塊所構(gòu)成，采用平滑限定條件下的最小二乘法，通過迭代非線性最 優(yōu)化方法，確定每一矩形塊的視電阻率值；根據(jù)十七個(gè)不同等級(jí)的視電阻率值， 繪制相應(yīng)的視電阻率索引條。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高密度電法堤壩探測(cè)空洞位置的自動(dòng)確定方法，其特征在于所述步 驟(2)提取對(duì)應(yīng)堤壩空洞視電阻率的索引條灰度信息的具體步驟如下-1)對(duì)視電阻率斷面圖進(jìn)行邊緣檢測(cè)，根據(jù)視電阻率索引條的矩形框小于視電阻率斷面 圖的矩形框，確定視電阻率索引條位置；2) 根據(jù)視電阻率索引條位置，確定十七個(gè)不同等級(jí)視電阻率的條形框；3) 根據(jù)堤壩空洞視電阻率值的大小，利用所劃分的十七個(gè)等級(jí)視電阻率值，確定與堤 壩空洞視電阻率對(duì)應(yīng)的條形框位置及其對(duì)應(yīng)的索引條灰度信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求l所述的高密度電法堤壩探測(cè)空洞位置的自動(dòng)確定方法，其特征在于所述步 驟(3)判斷堤壩是否存在空洞及確定堤壩空洞位置的具體步驟如下1) 對(duì)視電阻率斷面圖進(jìn)行邊緣檢測(cè)，根據(jù)視電阻率斷面圖的矩形框大于視電阻率索引 條的矩形框，確定視電阻率斷面圖位置；2) 利用步驟(2)提取的堤壩空洞視電阻率的索引條灰度信息，在視電阻率斷面圖中， 尋求是否存在與該視電阻率的索引條灰度信息一致的區(qū)域；3) 若存在上述區(qū)域，則將該區(qū)域確定為堤壩空洞區(qū)域，表明堤壩存在空洞；否則，堤 壩無空洞；4) 對(duì)堤壩空洞區(qū)域進(jìn)行連通區(qū)域分析，確定每一連通區(qū)域的左、右、上、下邊界范 圍，該邊界范圍為對(duì)應(yīng)堤壩空洞的位置信息。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高密度電法堤壩探測(cè)空洞位置的自動(dòng)確定方法。它利用采集的高密度電法勘探數(shù)據(jù)得到的高密度電法視電阻率斷面圖及顯示視電阻率的視電阻率索引條信息，提取與堤壩空洞視電阻率相對(duì)應(yīng)的視電阻率索引條灰度信息，尋找是否存在與堤壩空洞視電阻率索引條灰度信息相匹配的區(qū)域；判斷堤壩是否存在空洞，并確定空洞位置。本發(fā)明可克服目前人工判斷，既耗時(shí)又受人為因素影響的不足，簡(jiǎn)單、快速地自動(dòng)確定堤壩是否存在空洞及其位置信息。
文檔編號(hào)G01V3/00GK101614828SQ20091005481
公開日2009年12月30日 申請(qǐng)日期2009年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月15日
發(fā)明者管業(yè)鵬, 賈新麗 申請(qǐng)人:上海大學(xué)