一种基于钻孔电视的裂隙影像测量方法与流程

本发明涉及一种裂隙大小的测量方法，具体是一种基于钻孔电视的裂隙影像测量方法。

背景技术：

岩层中发育的裂隙是地下各种流体运移的通道，地层中存储的地下水、石油、煤层气等均可以通过岩层中的裂隙实现运移。决定裂隙渗透性高低的因素包括裂隙的大小、裂隙度、裂隙通道变化和曲折性等，其中裂隙大小是影响裂隙渗透性的最主要因素，因此测量裂隙的大小能够评价其渗透性能。

目前对裂隙大小的直接探查，主要为钻探取芯和物探测井两种方法；钻探取芯是通过施工钻孔取得岩芯，将岩芯提升至地面来测量裂隙的大小；物探测井是通过在钻孔中测量孔壁的物理参数来分析裂隙的大小。但是上述两种方法中钻探取芯会对岩芯造成二次破坏，造成裂隙扩展甚至岩芯破碎；物探测井虽不存在该缺点，但是其施工成本较高，数据分析处理繁琐，而且存在多解性。因此，目前迫切需要一种不会对裂隙造成较大影响，同时结构简单，施工方便，能够快速精确测量出裂隙大小的方法。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于钻孔电视的裂隙影像测量方法，其结构简单，施工方便，能够快速精确地测量出裂隙大小；另外其测量过程中不会对裂隙造成较大的影响。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于钻孔电视的裂隙影像测量方法，采用的钻孔电视包括控制模块、触摸式显示屏、提升机、支架、旋转摄像模块和参照护网。其中旋转摄像模块能在水平方向上360°旋转、垂直方向上180°旋转；旋转摄像模块与提升机的连接绳固定连接，使提升机能带动旋转摄像模块在垂直方向上升降；控制模块通过数据线分别与触摸式显示屏、提升机和旋转摄像模块连接；所述参照护网包括铁环ⅰ和铁环ⅱ，铁环ⅰ和铁环ⅱ结构相同且均水平设置，铁环ⅰ处于铁环ⅱ的正上方，铁环ⅰ和铁环ⅱ之间通过支撑杆固定连接，铁环ⅰ通过连接杆固定在旋转摄像模块下方，使旋转摄像模块处于铁环ⅰ的圆心、且旋转摄像模块和铁环ⅰ处于同一水平面。具体的测量过程为：

a、施工钻孔：在待探测区域施工一个钻孔，该钻孔仅在孔口设有孔口管，内部不安装套管；

b、钻孔电视组装：将提升机、支架、旋转摄像模块和参照护网组装完成后，将旋转摄像模块和参照护网伸入钻孔的孔口；

c、影像观测：工作人员通过触摸式显示屏发出控制信号，控制信号传递到控制模块分析处理后，控制模块控制旋转摄像模块旋转，使其拍摄方向沿钻孔垂直向下；然后通过触摸式显示屏发出指令，使控制模块控制提升机工作，将旋转摄像模块和参照护网以设定的速度向钻孔底部移动，旋转摄像模块从孔口开始实时将拍摄的画面反馈给触摸式显示屏进行显示，在旋转摄像模块到达孔底时停止观测，并将整个观测过程的影像存储；

d、测量孔壁实际长度和画面中影像大小的比例关系：在钻孔电视观测过程中，工作人员在显示的钻孔孔壁影像中任意选择一个位置点作为基准点，钻孔电视持续向钻孔的孔底移动观测；当该基准点被铁环ⅱ遮挡无法显示在触摸式显示屏上时，记录此时旋转摄像模块所处的位置，并发出指令使旋转摄像模块拍摄方向朝该基准点所处位置旋转直至到达水平方向停止，此时基准点重新显示在触摸式显示屏上；继续向孔底移动观测，直至该基准点被铁环ⅰ遮挡无法在触摸式显示屏上显示时停止，记录旋转摄像模块的位置并得出该段时间内旋转摄像模块的下降距离，最后将旋转摄像模块的拍摄方向恢复垂直向下；已知旋转摄像模块与铁环ⅱ之间的距离和铁环ⅱ的实际宽度，因此能得出铁环ⅱ处实际长度和画面中影像大小的比例关系；根据旋转摄像模块的下降距离和参照护网的几何关系得出旋转摄像模块与孔壁裂隙的距离，画面中单位大小的影像所代表的实际长度和物体与旋转摄像模块的距离成正比，由此可知孔壁处实际长度与影像大小的比例关系；

e、观测影像的数据处理：将步骤c存储的观测影像传递给计算机进行播放，当裂隙出现在画面中时进行图像截取，采用图像处理程序量取该图像中裂隙宽所占用的像素数量a、裂隙长所占用的像素数量b和铁环ⅱ宽所占用的像素数量c；

f、计算得出裂隙的长度和宽度：

根据参照护网的几何关系，旋转摄像模块与孔壁裂隙的距离l2：

式中h为旋转摄像模块与孔壁裂隙之间从被铁环ⅱ遮挡到被铁环ⅰ遮挡过程中旋转摄像模块的下降距离；θ为旋转摄像模块和铁环ⅱ连线与垂直方向的夹角；

根据成像原理，被铁环ⅰ遮挡部分孔壁的宽度e：

式中d为制作铁环ⅰ和铁环ⅱ的铁丝直径；l1为旋转摄像模块与铁环ⅱ之间的距离；

根据实际长度和影像大小的比例关系，裂隙宽度m的计算公式为：

根据实际长度和影像大小的比例关系，裂隙长度n的计算公式为：

与现有技术相比，本发明采用钻孔电视沿钻孔持续拍摄，并在钻孔电视的旋转摄像模块下部设有铁环ⅰ和铁环ⅱ，通过旋转摄像模块与铁环ⅱ之间的距离和铁环ⅱ的实际宽度，能得出铁环ⅱ处实际长度和画面中影像大小的比例关系；根据旋转摄像模块的下降距离和参照护网的几何关系得出旋转摄像模块与孔壁裂隙的距离，画面中单位大小的影像所代表的实际长度和物体与旋转摄像模块的距离成正比，由此可知孔壁处实际长度与影像大小的比例关系；最后根据此比例关系在录像中对孔壁裂隙进行计算，最终得出裂隙的长度和宽度。因此本发明的结构简单，施工方便，能够快速精确地测量出裂隙大小；另外其测量过程中不会对裂隙造成较大的影响。

附图说明

图1是本发明中钻孔电视的结构示意图；

图2是本发明使用过程中处于垂直拍摄方向的旋转摄像模块与裂隙之间被铁环ⅱ遮挡时的示意图；

图3是本发明使用过程中处于水平拍摄方向的旋转摄像模块与裂隙之间被铁环ⅰ遮挡时的示意图。

图中：1-旋转摄像模块；2-连接杆；3-铁环ⅰ；4-铁环ⅱ；5-钻孔；6-裂隙。

具体实施方式

下面将对本发明做进一步说明。

如图所示，本发明采用的钻孔电视包括控制模块、触摸式显示屏、提升机、支架、旋转摄像模块1和参照护网。其中旋转摄像模块1能在水平方向上360°旋转、垂直方向上180°旋转；旋转摄像模块1与提升机的连接绳固定连接，使提升机能带动旋转摄像模块1在垂直方向上升降；控制模块通过数据线分别与触摸式显示屏、提升机和旋转摄像模块1连接；所述参照护网包括铁环ⅰ3和铁环ⅱ4，铁环ⅰ3和铁环ⅱ4结构相同且均水平设置，铁环ⅰ3处于铁环ⅱ4的正上方，铁环ⅰ3和铁环ⅱ4之间通过支撑杆固定连接，铁环ⅰ3通过连接杆2固定在旋转摄像模块1下方，使旋转摄像模块1处于铁环ⅰ3的圆心、且旋转摄像模块1和铁环ⅰ3处于同一水平面。具体的测量过程为：

a、施工钻孔5：在待探测区域施工一个钻孔5，该钻孔5仅在孔口设有孔口管，内部不安装套管；

b、钻孔电视组装：将提升机、支架、旋转摄像模块1和参照护网组装完成后，将旋转摄像模块1和参照护网伸入钻孔5的孔口；

c、影像观测：工作人员通过触摸式显示屏发出控制信号，控制信号传递到控制模块分析处理后，控制模块控制旋转摄像模块1旋转，使其拍摄方向沿钻孔5垂直向下；然后通过触摸式显示屏发出指令，使控制模块控制提升机工作，将旋转摄像模块1和参照护网以设定的速度向钻孔5底部移动，旋转摄像模块1从孔口开始实时将拍摄的画面反馈给触摸式显示屏进行显示，在旋转摄像模块1到达孔底时停止观测，并将整个观测过程的影像存储；

d、测量孔壁实际长度和画面中影像大小的比例关系：在钻孔电视观测过程中，工作人员在显示的钻孔孔壁影像中任意选择一个位置点作为基准点，钻孔电视持续向钻孔的孔底移动观测；当该基准点被铁环ⅱ4遮挡无法显示在触摸式显示屏上时，记录此时旋转摄像模块1所处的位置，并发出指令使旋转摄像模块1拍摄方向朝该基准点所处位置旋转直至到达水平方向停止，此时基准点重新显示在触摸式显示屏上；继续向孔底移动观测，直至该基准点被铁环ⅰ3遮挡无法在触摸式显示屏上显示时停止，记录旋转摄像模块1的位置并得出该段时间内旋转摄像模块1的下降距离，最后将旋转摄像模块1的拍摄方向恢复垂直向下；已知旋转摄像模块1与铁环ⅱ4之间的距离和铁环ⅱ4的实际宽度，因此能得出铁环ⅱ4处实际长度和画面中影像大小的比例关系；根据旋转摄像模块1的下降距离和参照护网的几何关系得出旋转摄像模块1与孔壁裂隙6的距离，画面中单位大小的影像所代表的实际长度和物体与旋转摄像模块的距离成正比，由此可知孔壁处实际长度与影像大小的比例关系；

e、观测影像的数据处理：将步骤c存储的观测影像传递给计算机进行播放，当裂隙6出现在画面中时进行图像截取，采用图像处理程序量取该图像中裂隙6宽所占用的像素数量a、裂隙6长所占用的像素数量b和铁环ⅱ宽所占用的像素数量c；

f、计算得出裂隙的长度和宽度：

根据参照护网的几何关系，旋转摄像模块与孔壁裂隙6的距离l2：

式中h为旋转摄像模块与孔壁裂隙6之间从被铁环ⅱ4遮挡到被铁环ⅰ3遮挡过程中旋转摄像模块1的下降距离；θ为旋转摄像模块1和铁环ⅱ4连线与垂直方向的夹角；

根据成像原理，被铁环ⅰ3遮挡部分孔壁的宽度e：

式中d为制作铁环ⅰ3和铁环ⅱ4的铁丝直径；l1为旋转摄像模块与铁环ⅱ4之间的距离；

根据实际长度和影像大小的比例关系，裂隙6宽度m的计算公式为：

根据实际长度和影像大小的比例关系，裂隙6长度n的计算公式为：