一种基于不规则三角网和空间几何法的地下病害识别方法

摘要

本发明提供了一种识别和计算地下病害信息的方法，属于计算机图形图像处理领域。其特点在于采用不规则三角网构建地下病害三维形体，和用空间几何法估算病害体积大小。本发明通过探地雷达获取地下地质数据，对地质数据中的病害信息进行交互式拾取，再通过不规则三角网自动构建地下病害三维形体，最后利用空间几何法求取三维形体的体积。本发明具有良好的适应性、准确性和通用性。

说明书

技术领域

本发明属于计算机图形图像处理领域，针对探地雷达数据的特点，利用不规则三角网和空间几何法精确识别和计算地下病害信息。

背景技术

本发明对地下病害信息的识别基于探地雷达探测数据。探地雷达发射机向地下介质发射脉冲电磁波，遇到不同介质的地下目标和界面时，部分电磁波会被反射回地面并被接收天线接收。当探地雷达发射机在探测区域沿测线方向移动时，接收天线会按固定频率接收反射电磁波数据，并形成探测区域测线数据集。为提高识别精度，测线数据经过插值处理后可以生成探测区域三维空间离散数据集，通过对该数据集进行切片处理可形成相互平行的地质数据切片图像，在二维地质数据切片图像上拾取的病害信息通过不规则三角网方法可以构造出三维病害体，再结合空间几何法可以估算该病害体的体积信息。

1908年，G.Voronoi首先在数学上限定了离散数据点的有效作用范围，并定义了二维平面上的Voronoi图，1934年，Delaunay由Voronoi图演化出更易分析和应用的Delaunay三角网。常见的Delaunay三角网的剖分准则包括空外接圆准则和最大最小角准则，同一种剖分方法可以保证构建的三角网的唯一性，并且数学上已经证明外接圆准则和最大最小角准则是等价的。

发明内容

本发明的目的是通过对探地雷达数据按层拾取平面病害信息，利用不规则三角网构建地下病害三维形体，进而采用空间几何法估算病害体积大小。本方法具有良好的适应性、准确性和通用性。

本发明所采用的基于不规则三角网和空间几何法的地下病害识别方法步骤如下：

步骤(A1)：通过雷达数据构造相互平行的地质数据切片图像(p＝1,2,…,u)，其中p为的编号，u为地质数据切片图像的个数，为地质数据切片图像上的地质数据点，为的三维坐标，为的地质属性值，m和n为在上的行数和列数；

步骤(A2)：在上通过构造拾取线(p＝1,2,…,u)对地质病害进行交互式拾取，其中，为上第r个地质数据点，b＝1,2,…,t为对应的地质病害体的编号，t为地质病害体的个数，c＝1,2，…,N_b为在第b个地质病害体所对应的N_b个拾取线中的编号，N_b为第b个地质病害体所对应的拾取线的个数，为中地质数据点的个数；

步骤(A3)：构造与间的拾取线对p，q∈{1，2，…，u}且p≠q，c＝1，2，…，N_b-1，其中q为地质数据切片图像的编号；

步骤(A4)：基于不规则三角网构造病害体全部拾取线对间的不规则多面体，累计得整个病害体；

步骤(A5)：基于空间几何法求病害体各拾取线对间不规则多面体的体积，累计求得病害体的总体积。

本发明所采用的基于不规则三角网构造拾取线对间不规则多面体的步骤如下：

步骤(B1)：从中选取地质数据点个数较少的一条拾取线作为基准线且另一条拾取线作为非基准线且其中为上的第r₁个地质数据点，为上的第r₂个地质数据点，令s＝1，k＝1，其中，s为步骤(B2)基准边的编号，k为步骤(B2)拾取三角形的编号；

步骤(B2)：将以和为端点的线段作为基准边根据Delaunay准则从非基准线上选取点与基准边构成三角形，如果k＞1且j_k＜j_k-1则令构造拾取三角形令k＝k+1；

步骤(B3)：如果s＝1，j₁≠1且是闭合曲线,则以为新的起始点，按由j_k到j_k+1的方向对中的点重新编号，即令s＝s+1；

步骤(B4)：如果s＝1，j₁≠1，则将点分别与点e∈{1,2,…,j₁-1}相连，k＝k+j₁-1；

步骤(B5)：如果k＞1且j_k-j_k-1＞1，则将点分别与点相连，e∈{j_k-1+1,j_k-1+2,…,j_k-1}，k＝k+j_k-j_k-1-1；

步骤(B6)：如果且则将点分别点相连，

步骤(B7)：如果且则将点分别与点相连，

步骤(B8)：如果转步骤(B2)；否则完成拾取线对间的不规则多面体的构造。

本发明采用的基于空间几何法求拾取线对间不规则多面体体积的步骤如下：

步骤(C1)：拾取线对对应的拾取三角形集为拾取三角形的三个顶点分别和

步骤(C2)：找到上相距最远的两个点记为分别以为圆心，以间的距离为半径在平行于地质数据切片的平面上作圆，两圆的交点记为构建四边形使得上的点尽可能位于的内部，同理构造四边形使得上的点尽可能位于的内部；

步骤(C3)：用三角形与对进行分割，用三角形与对进行分割；

步骤(C4)：计算其中表示向量和的混合积的绝对值(o为坐标原点)；

步骤(C5)：计算和

步骤(C6)：计算拾取线对对应的空间多面体的体积近似值为

本发明具有以下优点：

1、本发明能够识别任意形状的三维病害形体，适应性强。

2、本发明能够自动计算三维病害形体整体或部分体积，鲁棒性和准确性强。

3、本发明适合各种探地雷达数据的处理，通用性强。

附图说明

图1本发明不规则三角网构造拾取线对间不规则多面体流程图

图2本发明空间几何法求拾取线对间不规则多面体的体积流程图

图3本发明简明流程图

具体实施方式

本发明对探地雷达获取的地质数据中的病害信息进行交互式拾取，通过不规则三角网构造三维病害体，利用空间几何法求不规则多面体的体积，进而得到地下地质灾害的信息。

不规则三角网构造拾各取线对间不规则多面体流程如下：

(1)如图1所示，在拾取线对选包含地质数据点个数较少的拾取线作为基准线另一条拾取线作为非基准线

(2)把中相邻的两个点间的连线作为拾取边按照Delaunay准则从中选取一点与两端点相连构造拾取三角形最终得到间的三维病害体。

空间几何法求拾取线对间不规则多面体的体积流程如下：

(1)如图2所示，求拾取线和的对应的四边形与并用三角形分别对两外界矩形进行分割，得到三角形

(2)利用三角形和拾取线对对应的拾取三角形集计算对应的空间几何体的体积。