复杂岩石节理裂隙图像处理及几何复杂度分析

摘要

天然岩石节理裂隙普遍存在于各类岩石中，了解节理裂隙的性质对于地质、地球物理、采矿、石油工程、水文地质以及核废料隔离都具有重要意义。 岩石节理裂隙研究的一项重要内容是表面形态属性数据的获取。传统获取数据的方法是人工实地测量。与人工实地测量相比，图像测量除安全性好、速度快和精确高外，还可得到人工测量不能获得的信息(如悬崖处的裂隙网络特征等)，并可以同时采集多个样本的多个属性参数，进行并发式测量。 图像测量涉及到多种图像处理方法，其中最重要的是图像分割，分割结果的好坏直接影响到节理裂隙的后续分析。本文对基于核函数的空间模糊 c 均值聚类分割算法进行了改进，提出了快速基于核函数的空间模糊c均值聚类算法。该算法不仅可以在分割过程中较好地去除噪声对分割结果的影响，还降低了时间复杂度。同时，还可以填补节理裂隙中微小的孔洞。 利用图像处理获取的数据，可以用来分析节理裂隙的几何复杂程度。这是各种岩石工程的设计和应用的重要信息。目前，国际岩石力学学会、中国国家标准、一些学者都提出了节理裂隙复杂程度等级划分的标准或方法。而传统的分级方法不适用于分析节理网络非常复杂的岩石。本文提出用节理裂隙面积/非节理裂隙面积，单位面积的节理裂隙分枝数，单位面积的节理裂隙网格数，网格平均面积/采样面面积四个参数来描述复杂岩石节理裂隙。并建立模糊综合评判模型，对节理裂隙几何复杂度进行分析，给出了分级标准。这样不仅可以综合考虑各参数对评判结果的贡献，并能定量地得出复杂岩石节理裂隙的几何复杂度等级。通过对复杂岩石节理图像的实例分析，验证了该方法的实用性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究背景和意义

1.2岩石节理裂隙表面形态等级划分研究现状

1.2.1国际岩石力学学会分级标准

1.2.2中华人民共和国国家标准工程岩体分级标准

1.2.3节理分形描述

1.3现有节理表面形态等级标准分析及存在的问题

1.4论文的研究内容

1.5论文组织结构

第二章岩石节理裂隙图像处理

2.1岩石节理裂隙图像获取

2.1.1常见的成像方式

2.1.2岩石节理裂隙成像

2.2岩石节理裂隙图像处理基本算法

2.2.1图像分割

2.2.2图像边缘检测

2.2.3图像去噪

2.2.4图像细线化

2.2.5图像算术和逻辑运算

2.2.6数学形态学图像处理

2.2.7断续节理裂隙的连接

2.3本章小结

第三章基于核函数的空间模糊c均值聚类图像分割算法及其改进

3.1模糊c均值聚类图像分割

3.2空间模糊c均值聚类图像分割

3.3基于核函数的空间模糊c均值聚类图像分割

3.3.1核函数

3.3.2基于核函数的空间模糊c均值聚类

3.4快速基于核函数的空间模糊c均值聚类图像分割

3.5算法分析

3.5.1传统分割方法(BCV)与FKFCM_S图像分割算法的比较

3.5.2不同FCM图像分割算法比较

3.6本章小结

第四章岩石节理裂隙几何复杂度综合评判

4.1岩石节理裂隙因素集的确定

4.2备择集的确定

4.3模糊评判矩阵

4.4权重集的确定

4.5一级综合评判

4.6二级综合评判

4.7评判结果的处理

4.8本章小结

第五章岩石节理裂隙几何复杂度实例分析

5.1基于图像处理的岩石节理裂隙因素值获取

5.1.1节理裂隙面积/非节理裂隙面积

5.1.2单位面积的节理裂隙分枝数

5.1.3单位面积的节理裂隙网格数

5.1.4网格平均面积/采样面面积

5.2节理裂隙形状相似的两块岩石采样面几何复杂度分析

5.2.1节理裂隙几何复杂度因素值获取

5.2.2节理裂隙几何复杂度分级标准

5.2.3模糊评判矩阵的确定

5.2.4权重集的确定

5.2.5节理裂隙几何复杂度综合评判

5.3另外一种形状的节理裂隙的几何复杂度分析

5.3.1获取影响节理裂隙几何复杂度的因素值

5.3.2模糊评判矩阵的确定

5.3.3节理裂隙几何复杂度综合评判

5.4本章小结

第六章结论与展望

6.1总结

6.2工作展望

致谢

攻读硕士学位期间从事的主要科研工作及发表的论文

参考文献