一种基于钻孔数据利用计算机视觉技术重构隧道工程地质的方法及系统

本发明属于三维地质重构，尤其涉及一种基于钻孔数据利用计算机视觉技术重构隧道工程地质的方法。

背景技术：

1、在隧道工程中，地质条件是确保安全施工的关键因素。传统的二维地质断面图已无法满足现代工程对地质信息精确度的需求，因此，建立三维地质模型变得尤为重要。

2、目前，地质重构主要依赖两种方法：基于地球物理勘察技术和基于钻孔技术的模型解释。地球物理方法通过地震波、电磁波等物理探测技术获取地层信息，而钻孔技术则通过直接钻探获取地质数据。尽管钻孔技术能提供准确的地质信息，但由于成本限制，钻探点通常较为稀疏，这就需要有效的地质建模方法来推断地层分布。现有的建模方法包括统计学的克里金法、概率学的马尔可夫随机场和马尔可夫链，以及多点统计法等，这些方法在处理复杂地质结构和模拟未知地层变化方面存在局限性。

3、现有的地质建模方法，如克里金法，受到变异函数选择的影响，具有较强的主观性，难以准确模拟复杂的地质结构。概率学方法依赖于转移概率矩阵和地层方向的准确确定，而多点统计法虽然使用训练图像来模拟地质空间结构，却无法处理训练图像中未出现的局部地层变化，且计算成本较高。机器学习方法虽然在特征挖掘和预测方面表现出色，但结合传统方法时计算成本依然较高，且纯机器学习方法受限于神经网络的输入输出格式，需要额外的后处理步骤才能生成直观的地质模型。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出了一种基于钻孔数据利用计算机视觉技术重构隧道工程地质的方法及系统，开发了一种能够降低计算成本并直接输出直观地质模型的新方法，对于提高地质重构的准确性和效率至关重要。

2、为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种基于钻孔数据利用计算机视觉技术重构隧道工程地质的方法，包括：

3、对钻孔中暴露的所有地层进行计数和编号，得到钻孔数据库；

4、根据所述钻孔数据库，利用最大信息原则确定重建任务；其中，所述重建任务包括任务类型和重建位置；

5、根据所述重建任务，利用基于钻孔数据的截面重建模型进行地质截面的地层分布重建，得到关键截面的地质分布信息；根据所述地质分布信息，利用基于相邻截面的中间截面重建模型重建中间截面，得到地质截面序列；

6、对所述地质截面序列进行处理，得到三维地质模型。

7、优选地，所述钻孔数据库包含x坐标、y坐标、地层顶部标高、地层底部标高和地层编号。

8、优选地，利用基于钻孔数据的截面重建模型进行地质截面的地层分布重建包括：

9、利用图像修复方法，将已知探孔信息视为图像的真实数据，将探孔间未知的地质信息视为图像中受到污损的部分，得到地质截面的初始模型；

10、根据所述初始模型，通过基于对抗神经网络的图像修复神经网络模型进行截面重建，得到关键截面的地质分布信息。

11、优选地，所述图像修复神经网络模型包括生成网络和判别网络。

12、优选地，利用基于相邻截面的中间截面重建模型重建中间截面包括：

13、根据所述地质分布信息，得到模型训练所需的地层分布特征数据集；

14、根据所述地层分布特征数据集，利用修改后的变分自编码器结构模型进行学习，得到插值模型；

15、根据所述插值模型，输入已重建的连续两相邻截面，得到中间位置的重建截面信息，完成中间截面的地质重构。

16、第二方面，本发明还提供了一种基于钻孔数据利用计算机视觉技术重构隧道工程地质的系统，包括：

17、数据获取模块，用于对钻孔中暴露的所有地层进行计数和编号，得到钻孔数据库；

18、重建任务确认模块，用于根据所述钻孔数据库，利用最大信息原则确定重建任务；其中，所述重建任务包括任务类型和重建位置；

19、截面重建模块，用于根据所述重建任务，利用基于钻孔数据的截面重建模型进行地质截面的地层分布重建，得到关键截面的地质分布信息；根据所述地质分布信息，利用基于相邻截面的中间截面重建模型重建中间截面，得到地质截面序列；

20、模型构建模块，对所述地质截面序列进行处理，得到三维地质模型。

21、第三方面，本发明还公开了一种计算机装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序以实现第一方面所述方法的步骤。

22、第四方面，本发明还公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现第一方面所述方法的步骤。

23、第五方面，本发明还公开了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现第一方面所述方法的步骤。

24、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

25、本发明提供了一种基于钻孔数据利用计算机视觉技术重构隧道工程地质的方法，首先，对钻孔中暴露的所有地层进行计数和编号，得到钻孔数据库；其次，根据所述钻孔数据库，利用最大信息原则确定重建任务；其中，所述重建任务包括任务类型和重建位置；接着，根据所述重建任务，利用基于钻孔数据的截面重建模型进行地质截面的地层分布重建，得到关键截面的地质分布信息；根据所述地质分布信息，利用基于相邻截面的中间截面重建模型重建中间截面，得到地质截面序列；最后，对所述地质截面序列进行处理，得到三维地质模型。

26、本发明基于图像修复与视频插帧思想的地质信息智能重构框架流程，首先利用图像修复思想进行探孔截面的重建，将重建的截面视为视频中的帧图像，利用视频插帧思想进行中间截面的重建，形成满足需求精度的连续平行的地质重建截面。本发明能够在处理高维数据、提取空间特征、降低计算复杂度和生成图像输出方面具有显著优势，可以大幅降低计算时间成本，并输出点云或体素的三维地质模型。

技术特征：

1.一种基于钻孔数据利用计算机视觉技术重构隧道工程地质的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钻孔数据库包含x坐标、y坐标、地层顶部标高、地层底部标高和地层编号。

3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，利用基于钻孔数据的截面重建模型进行地质截面的地层分布重建包括：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述图像修复神经网络模型包括生成网络和判别网络。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用基于相邻截面的中间截面重建模型重建中间截面包括：

6.一种基于钻孔数据利用计算机视觉技术重构隧道工程地质的系统，其特征在于，包括：

7.一种计算机装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序以实现权利要求1-5所述方法的步骤。

8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-5所述方法的步骤。

9.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-5所述方法的步骤。

技术总结
本发明公开了一种基于钻孔数据利用计算机视觉技术重构隧道工程地质的方法及系统，方法包括：对钻孔中暴露的所有地层进行计数和编号，得到钻孔数据库；根据钻孔数据库，利用最大信息原则确定重建任务；其中，重建任务包括任务类型和重建位置；根据重建任务，利用基于钻孔数据的截面重建模型进行地质截面的地层分布重建，得到关键截面的地质分布信息；根据地质分布信息，利用基于相邻截面的中间截面重建模型重建中间截面，得到地质截面序列；对地质截面序列进行处理，得到三维地质模型。本发明能够在处理高维数据、提取空间特征、降低计算复杂度和生成图像输出方面具有显著优势，可以大幅降低计算时间成本，并输出点云或体素的三维地质模型。

技术研发人员：房倩,李启明,王军,王赶,郑国力,尤麒兆
受保护的技术使用者：北京交通大学
技术研发日：
技术公布日：2025/4/6