一种隧道地震波探测数据预处理方法、设备及存储设备

本发明涉及复杂隧道超前地质预报领域，尤其涉及一种隧道地震波探测数据预处理方法、设备及存储设备。

背景技术：

1、在交通工程建设过程中，高地应力、高地温等不良地质影响较为突出，工程人员施工常常会遭遇断层破碎带、岩溶、突水突泥、软弱岩层等不良地质灾害，因此需要对隧道前方的不良地质情况进行预报。地震波作为一种长距离探测方式，是目前在深埋隧道中使用最多的一种超前地质预报方法，由于地下岩层的复杂性以及测量仪器的精度和灵敏性，在地震波探测时可能会造成一些误差，获取到的岩石物理参数会存在一些异常突变值，这些异常参数对于我们判断隧道前方的地质情况也会有一定的影响，因此在进行超前地质预报之前需要对地震波获取到的岩石物理参数进行预处理去除掉异常值。

技术实现思路

1、为了解决现有的隧道地震波探测数据存在异常值导致超前地质预报准确率不高的问题，本发明提供了一种隧道地震波探测数据预处理方法、设备及存储设备，一种隧道地震波探测数据预处理方法，主要包括：

2、s1：从地震波探测成果图中提取指定里程对应的成果岩石物理参数，包括纵波速度vp、横波速度vs、纵横波速比vp/vs、泊松比、动态杨氏模量的数值信息；从地震波探测原始岩石属性记录表中提取原始地震波探测数据，包括隧道里程及其对应的vp、vs、vp/vs、泊松比、动态杨氏模量的数值信息，然后将地震波探测成果图数据作为模板对原始地震波探测数据进行校正，从而去除掉原始地震波探测数据中的异常值；

3、s2：基于工程经验对去除异常值后的地震波探测数据提取相对于施作面的趋势特征；

4、s3：对地震波趋势特征进行标准化处理，得到地震波趋势特征数据库；

5、s4：通过解译所述数据库中的特征数据，实现对隧道的超前地质预报。

6、进一步地，步骤s1中，通过光学字符识别(optical character recognition，ocr)方法从地震波探测成果图中提取指定里程对应的vp、vs、vp/vs、泊松比、动态杨氏模量的数值信息，具体过程为：

7、首先训练一个离线的ocr模型，根据实际需要提取地震波探测成果图中的文字信息及其对应的位置信息，对这些提取的文字信息进行一些筛选和预处理，经过筛选和预处理之后得到一个包含里程及岩石物理参数的标准文本信息；

8、然后对坐标刻度的位置信息与参数的位置信息进行配准，需要将图像二值化，对于彩色图像，只有r、g、b三个通道的像素均为0时得到的是黑色，地震波探测成果图中所有需要提取的曲线以及刻度均为黑色，按照如下公式得到；

9、

10、其中g(i，j)为成果图中某一点(i,j)像素，r(i，j)、g(i，j)、b(i，j)分别为成果图中某一点(i,j)的r、g、b三个通道的像素值；

11、最后利用完成配准的里程与坐标刻度，任意给定一个里程即可计算出它距离初始位置的距离，从而确定它在图片中的位置信息，然后沿着该里程竖着画线即可得到与vp、vs、vp/vs、泊松比、动态杨氏模量的交点位置信息，再利用已经与坐标刻度配准的岩石物理参数的位置信息，即可得到这些交点对应的岩石物理参数的数值信息；按照上述ocr方法即可从地震波探测成果图中得到探测里程及其对应的vp、vs、vp/vs、泊松比和动态杨氏模量。

12、进一步地，步骤s1中，通过关键词匹配的方法从铁路超前地质预报项目部提供的不规则地震波探测原始岩石属性记录表中提取原始地震波探测数据，具体过程为：

13、首先需要对要提取信息中的所有关键词建立索引，其中包括的索引有“隧道轴线相交里程”、“vp”、“vs”、“vp/vs”、“泊松比”、“动态杨氏模量”，这些关键词下方包含着所有需要提取的参数值，然后只需要遍历表格内容即可获取所有关键词的位置信息；最后提取关键词下方对应的岩石物理参数数值即可获取原始地震波探测数据。

14、进一步地，步骤s1中，使用ac自动机来建立索引。

15、进一步地，步骤s1中，将ocr方法获取的地震波探测成果图数据作为模板对原始地震波探测数据进行校正，从而去除掉原始地震波探测数据中的异常值的过程为：

16、首先，通过里程完成地震波成果数据和原始地震波探测数据的匹配，然后，以ocr方法获取的地震波探测成果图数据为模板，对里程匹配上的数据进行作差，通过设置vp、vs、vp/vs、泊松比、动态杨氏模量的阈值来去除掉异常值，具体为：设置阈值上界和下界，当差值小于阈值下界，或者差值大于阈值上界时，为异常探测数据，删除该异常探测数据。

17、一种存储设备，所述存储设备存储指令及数据用于实现一种隧道地震波探测数据预处理方法。

18、一种隧道地震波探测数据预处理方法设备，包括：处理器及所述存储设备；所述处理器加载并执行所述存储设备中的指令及数据用于实现一种隧道地震波探测数据预处理方法。

19、本发明提供的技术方案带来的有益效果是：本发明首先考虑地震波探测成果数据，运用ocr方法从地震波探测成果图中提取文本信息，可以得到成果岩石物理参数，即得到探测里程及其对应的vp、vs、vp/vs、泊松比、动态杨氏模量，可以形成地震波探测成果数据库，能够为后面的模板匹配工作奠定良好的基础。通过关键词匹配的方法从地震波探测原始记录表格中获取对应关键词下方对应的岩原始地震波探测数据，可以形成原始地震波探测数据库。使用地震波探测成果数据库和原始地震波探测数据库，以地震波探测成果数据库为模板，采用模板匹配方法对原始地震波探测数据库中的异常值进行自动去除，并绘制了去除异常值的数据的曲线图进行验证。使用校正后的地震波探测数据提取其趋势变化特征，这个特征是符合超前地质预报的机理和规范的，因此形成了地震波趋势特征数据库，有利于本发明在实际生产中应用，为隧道智能化超前地质预报工作奠定了重要基础。

技术特征：

1.一种隧道地震波探测数据预处理方法，其特征在于：包括：

2.如权利要求1所述的一种隧道地震波探测数据预处理方法，其特征在于：

3.如权利要求2所述的一种隧道地震波探测数据预处理方法，其特征在于：

4.如权利要求3所述的一种隧道地震波探测数据预处理方法，其特征在于：

5.如权利要求3所述的一种隧道地震波探测数据预处理方法，其特征在于：

6.一种存储设备，其特征在于：所述存储设备存储指令及数据用于实现权利要求1～5任一项所述的隧道地震波探测数据预处理方法。

7.一种隧道地震波探测数据预处理方法设备，其特征在于：包括：处理器及存储设备；所述处理器加载并执行所述存储设备中的指令及数据用于实现权利要求1～5任一项所述的隧道地震波探测数据预处理方法。

技术总结
本发明提供了一种隧道地震波探测数据预处理方法、设备及存储设备，首先，基于OCR方法从地震波探测成果图中提取成果岩石物理参数，基于关键词匹配方法从原始岩石属性记录表中提取原始地震波探测数据，将前者作为模板，采用模板匹配的方法去除原始地震波探测数据中的异常值；然后，在进行超前地质预报时，专家们解译地震波探测数据时是通过某个待预报里程点的岩石物理参数相对于施作面的变化情况来进行围岩级别的升级或者降级，针对该特点提出了提取岩石物理参数的趋势特征来进行隧道超前地质预报。本发明的有益效果是：有效去除了地震波探测数据中存在的异常值，并提取数据趋势特征，为隧道智能化超前地质预报工作奠定了重要基础。

技术研发人员：甘超,徐正,曹卫华
受保护的技术使用者：中国地质大学（武汉）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/5