专利名称：高密度电法堤坝探测空洞位置的自动确定方法
技术领域：
本发明涉及到一种高密度电法堤坝探测空洞位置的自动确定方法，与现行方法截然不同 的是，本方法利用高密度电法实测数据得到的视电阻率断面图及显示视电阻率的视电阻率索 引条信息，自动确定堤坝是否存在空洞及其位置，属于智能信息处理技术领域。
背景技术：
随着国民经济的飞速发展，作为防御洪水和风暴潮的主要屏障的堤坝治理越来越引起人 们的高度重视。引起堤坝地质灾害的原因多种多样，如坡体滑落、滑塌、采空区的陷落、地 基裂缝、破碎带、溶洞、堤坝体下面被海水淘空等，这些隐患给人们的生产、生活带来极大 影响，甚至危及到人身安全。这就要求对堤坝异常区域的稳定性、位置、范围、边界等进行 勘查与评价，及时根据评价结果，制定可行方案。随着地球物理勘探技术的发展，高密度电 法以其生产成本低、工作效率高等特点，基于被探测目标体与周围介质之间的电性差异，分 析堤坝地电信息，判识是否存在洞穴或裂缝等隐患，在工程地质调查、坝基及桥墩选址、采 空区、堤坝隐患探测等众多工程勘察领域，取得了明显的地质勘探效果和显著的社会经济效 益，并在探测地下结构、寻找金属和非金属矿产、考古以及水文工程地质方面得到了广泛应 用。目前国内外虽然已经有多款高密度电法的处理软件，但是，这些软件的功能仅仅是将高 密度电法测量数据成像，并没有对这些图像做进一步的解释，更没有自动确定异常区域及其 异常位置，异常区域的确定采用人为分析与判断，费时、费力，受主体知识和人为因素影响 大。
发明内容
本发明的目的在于针对现有方法不能自动确定堤坝是否存在空洞及其位置，提供一种高 密度电法堤坝探测空洞位置的自动确定方法。
为达到上述目的，本发明的构思是根据不同介质具有不同导电性能，当堤坝质量均匀、 无空洞、土质均一时，视电阻率断面图中的视电阻率等值线分布均匀；当存在上述隐患时，
视电阻率等值线呈闭合圈、梯度变化大。因此判定堤坝是否存在空洞，可转化为在视电阻率 断面图中寻找对应区域。在视电阻率断面图中，不同颜色(或灰度)区域表示不同的视电阻 率大小，因此，根据视电阻率断面图颜色信息，可自动确定堤坝是否存在空洞及其位置。
根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案
一种高密度电法堤坝探测空洞位置的自动确定方法，其特征在于利用釆集的高密度电法 勘探数据，获得高密度电法视电阻率断面图及显示视电阻率的视电阻率索引条信息，提取与堤坝空洞视电阻率相对应的索引条灰度信息，寻找是否与堤坝空洞视电阻率索引条灰度信息 相匹配的区域，判断堤坝是否存在空洞并确定空洞位置。
上述步骤(1)读取高密度电法实测数据，获取视电阻率断面图及其视电阻率索引条的具 体步骤如下
1) 对两相邻数据断面重叠部分进行数据平均，并沿剖面方向作五点三次平滑；
2) 采用线性拟合方式进行数据插值，形成完整数据断面，克服实际工作中两相邻数据 断面不完全衔接而形成数据空缺的不足；
3) 采用平滑滤波方法，剔除数据断面中的虚假点，克服因电极接触不良或其它干扰等 原因导致数据断面出现虚假点或突变点，造成视电阻率断面图的虚假异常；
4) 采用视电阻率比值法，克服因地形起伏导致探测目标视电阻率异常形态与位置随地 形发生畸变与位移的影响；
5) 采用视电阻率等级剖面图或视电阻率反演成像方法进行视电阻率断面成像；
a) 视电阻率等级剖面图法在指定剖面内，利用上述步骤后的实测数据处理结果， 根据视电阻率值的大小，将其分成十七个不同等级；根据高密度电法工作时的 观测装置，绘制视电阻率断面图；根据十七个不同等级的视电阻率值，绘制相 应的视电阻率索引条；
b) 视电阻率反演成像法将探测剖面区域视为由十七个不同等级且视电阻率值为 常数的矩形块所构成，采用平滑限定条件下的最小二乘法，通过迭代非线性最 优化方法，确定每一矩形块的视电阻率值；根据十七个不同等级的视电阻率值， 绘制相应的视电阻率索引条。
上述步骤(2)提取对应堤坝空洞视电阻率的索引条灰度信息的具体步骤如下-
1) 对视电阻率断面图进行边缘检测，根据视电阻率索引条的矩形框小于视电阻率断 面图的矩形框，确定视电阻率索引条位置；
2) 根据视电阻率索引条位置，确定十七个不同等级视电阻率的条形框；
3) 根据堤坝空洞视电阻率值的大小，利用所划分的十七个等级视电阻率值，确定与 堤坝空洞视电阻率对应的条形框位置及其对应的索引条灰度信息。
上述步骤(3)判断堤坝是否存在空洞及确定堤坝空洞位置的具体步骤如下-
1) 对视电阻率断面图进行边缘检测，根据视电阻率断面图的矩形框大于视电阻率索 引条的矩形框，确定视电阻率断面图位置；
2) 利用步骤(2)提取的堤坝空洞视电阻率的索引条灰度信息，在视电阻率断面图中，寻求是否存在与该视电阻率的索引条灰度信息一致的区域；
3) 若存在上述区域，则将该区域确定为堤坝空洞区域，表明堤坝存在空洞；否则， 堤坝无空洞；
4) 对堤坝空洞区域进行连通区域分析，确定每一连通区域的左、右、上、下边界范 围，该边界范围为对应堤坝空洞的位置信息。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点根据不同 介质具有不同导电性能，若堤坝存在空洞，则它会直接反映在视电阻率断面图中，因此判定 堤坝是否存在空洞，可转化为在视电阻率断面图中寻找相应区域；在视电阻率断面图中，不 同颜色(或灰度)区域表示不同的视电阻率大小，因此，根据视电阻率断面图颜色信息，可 自动确定堤坝是否存在空洞及其位置；克服目前人工判断，既耗时又受人为因素影响的不足， 简单、快速地自动确定堤坝是否存在空洞及其位置信息。
图l是本发明方法的操作程序框图。
图2是本发明一个实施例的高密度电法堤坝实测数据视电阻率断面图。 图3是本发明一个实施例的堤坝空洞区域提取结果显示图。
具体实施例方式
本发明的一个实施例是高密度电法勘探堤坝实测数据处理编辑后的视电阻率断面图(图2) 进行堤坝空洞位置的自动确定。
参见图2，本高密度电法堤坝探测空洞位置的自动确定方法，其特征在于利用采集的高 密度电法勘探数据，获得高密度电法视电阻率断面图及显示视电阻率的视电阻率索引条信息， 提取与堤坝空洞视电阻率相对应的索引条灰度信息，寻找是否与堤坝空洞视电阻率索引条灰 度信息相匹配的区域，判断堤坝是否存在空洞并确定空洞位置；其操作步骤如下-
(1)读取高密度电法实测数据，获取视电阻率断面图及其视电阻率索引条读取高密度 电法实测数据，对实测数据处理编辑，获取视电阻率断面图及其视电阻率索引条，其具体步 骤如下-
1) 对两相邻数据断面重叠部分进行数据平均，并沿剖面方向作五点三次平滑；
2) 采用线性拟合方式进行数据插值，形成完整数据断面，克服实际工作中两相邻数据 断面不完全衔接而形成数据空缺的不足；
3) 采用平滑滤波方法，剔除数据断面中的虚假点，克服因电极接触不良或其它干扰等 原因导致数据断面出现虚假点或突变点，造成视电阻率断面图的虚假异常；4) 采用视电阻率比值法，克服因地形起伏导致探测目标视电阻率异常形态与位置随地 形发生畸变与位移的影响；
5) 采用视电阻率等级剖面图或视电阻率反演成像方法进行视电阻率断面成像；
a) 视电阻率等级剖面图法在指定剖面内，利用上述步骤后的实测数据处理结果， 根据视电阻率值的大小，将其分成十七个不同等级；根据高密度电法工作时的 观测装置，绘制视电阻率断面图；根据十七个不同等级的视电阻率值，绘制相 应的视电阻率索引条；
b) 视电阻率反演成像法将探测剖面区域视为由十七个不同等级且视电阻率值为 常数的矩形块所构成，采用平滑限定条件下的最小二乘法，通过迭代非线性最 优化方法，确定每一矩形块的视电阻率值；根据十七个不同等级的视电阻率值， 绘制相应的视电阻率索引条。
(2)提取对应堤坝空洞视电阻率的索引条灰度信息根据视电阻率反映堤坝地层不同介 质导电性能，在视电阻率断面图的视电阻率索引条中，确定与堤坝空洞视电阻率对 应的视电阻率索引条灰度信息；具体步骤如下
1) 对视电阻率断面图进行边缘检测，根据视电阻率索引条的矩形框小于视电阻率断 面图的矩形框，确定视电阻率索引条位置；
2) 根据视电阻率索引条位置，确定十七个不同等级视电阻率的条形框；
3) 根据堤坝空洞视电阻率值的大小，利用所划分的十七个等级视电阻率值，确定与 堤坝空洞视电阻率对应的条形框位置及其对应的索引条灰度信息。
(3)判断堤坝是否存在空洞及确定堤坝空洞位置，具体步骤如下
1) 对视电阻率断面图进行边缘检测，根据视电阻率断面图的矩形框大于视电阻率索 引条的矩形框，确定视电阻率断面图位置；
2) 利用步骤(2)提取的堤坝空洞视电阻率的索引条灰度信息，在视电阻率断面图 中，寻求是否存在与该视电阻率的索引条灰度信息一致的区域；
3) 若存在上述区域，则将该区域确定为堤坝空洞区域，表明堤坝存在空洞；否则， 堤坝无空洞；
4) 对堤坝空洞区域进行连通区域分析，确定每一连通区域的左、右、上、下边界范 围，该边界范围为对应堤坝空洞的位置信息。
图3为堤坝空洞区域提取结果，图中深灰色与浅灰色交界灰白色线为堤坝空洞区域边界，图 下方为堤坝空洞位置信息。
权利要求
1.一种高密度电法堤坝探测空洞位置的自动确定方法，其特征在于利用采集的高密度电法勘探数据，获得高密度电法视电阻率断面图及显示视电阻率的视电阻率索引条信息，提取与堤坝空洞视电阻率相对应的索引条灰度信息，寻找是否与堤坝空洞视电阻率索引条灰度信息相匹配的区域，判断堤坝是否存在空洞并确定空洞位置；其操作步骤如下(1)读取高密度电法实测数据，获取视电阻率断面图及其视电阻率索引条；(2)提取对应堤坝空洞视电阻率的索引条灰度信息；(3)判断堤坝是否存在空洞及确定堤坝空洞位置。
2. 根据权利要求1所述的高密度电法堤坝探测空洞位置的自动确定方法，其特征在于所述步 骤(1)读取高密度电法实测数据，获取视电阻率断面图及显示视电阻率的视电阻率索引 条的具体步骤如下1) 对两相邻数据断面重叠部分进行数据平均，并沿剖面方向作五点三次平滑；2) 采用线性拟合方式进行数据插值，形成完整数据断面，克服实际工作中两相邻数据 断面不完全衔接而形成数据空缺的不足；3) 采用平滑滤波方法，剔除数据断面中的虚假点，克服因电极接触不良或其它干扰等 原因导致数据断面出现虚假点或突变点，造成视电阻率断面图的虚假异常；4) 采用视电阻率比值法，克服因地形起伏导致探测目标视电阻率异常形态与位置随地 形发生畸变与位移的影响；5) 采用视电阻率等级剖面图或视电阻率反演成像方法进行视电阻率断面成像；a) 视电阻率等级剖面图法在指定剖面内，利用上述步骤后的实测数据处理结果， 根据视电阻率值的大小，将其分成十七个不同等级；根据高密度电法工作时的 观测装置，绘制视电阻率断面图；根据十七个不同等级的视电阻率值，绘制相 应的视电阻率索引条；b) 视电阻率反演成像法将探测剖面区域视为由十七个不同等级且视电阻率值为 常数的矩形块所构成，采用平滑限定条件下的最小二乘法，通过迭代非线性最 优化方法，确定每一矩形块的视电阻率值；根据十七个不同等级的视电阻率值， 绘制相应的视电阻率索引条。
3. 根据权利要求1所述的高密度电法堤坝探测空洞位置的自动确定方法，其特征在于所述步 骤(2)提取对应堤坝空洞视电阻率的索引条灰度信息的具体步骤如下-1)对视电阻率断面图进行边缘检测，根据视电阻率索引条的矩形框小于视电阻率断面 图的矩形框，确定视电阻率索引条位置；2) 根据视电阻率索引条位置，确定十七个不同等级视电阻率的条形框；3) 根据堤坝空洞视电阻率值的大小，利用所划分的十七个等级视电阻率值，确定与堤 坝空洞视电阻率对应的条形框位置及其对应的索引条灰度信息。
4.根据权利要求l所述的高密度电法堤坝探测空洞位置的自动确定方法，其特征在于所述步 骤(3)判断堤坝是否存在空洞及确定堤坝空洞位置的具体步骤如下1) 对视电阻率断面图进行边缘检测，根据视电阻率断面图的矩形框大于视电阻率索引 条的矩形框，确定视电阻率断面图位置；2) 利用步骤(2)提取的堤坝空洞视电阻率的索引条灰度信息，在视电阻率断面图中， 寻求是否存在与该视电阻率的索引条灰度信息一致的区域；3) 若存在上述区域，则将该区域确定为堤坝空洞区域，表明堤坝存在空洞；否则，堤 坝无空洞；4) 对堤坝空洞区域进行连通区域分析，确定每一连通区域的左、右、上、下边界范 围，该边界范围为对应堤坝空洞的位置信息。
全文摘要
本发明涉及一种高密度电法堤坝探测空洞位置的自动确定方法。它利用采集的高密度电法勘探数据得到的高密度电法视电阻率断面图及显示视电阻率的视电阻率索引条信息，提取与堤坝空洞视电阻率相对应的视电阻率索引条灰度信息，寻找是否存在与堤坝空洞视电阻率索引条灰度信息相匹配的区域；判断堤坝是否存在空洞，并确定空洞位置。本发明可克服目前人工判断，既耗时又受人为因素影响的不足，简单、快速地自动确定堤坝是否存在空洞及其位置信息。
文档编号G01V3/00GK101614828SQ20091005481
公开日2009年12月30日 申请日期2009年7月15日 优先权日2009年7月15日
发明者管业鹏, 贾新丽 申请人:上海大学