(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210651738.9 (22)申请日 2022.06.09 (71)申请人 广西北投公路 建设投资集团有限公 司 地址 530029 广西壮 族自治区南宁市青秀 区云景路39号13、 14、 15、 16层 申请人 中南大学 (72)发明人 陈钊　周子龙　张云　袁航　 孙景楠　杨明　张铭志　韦才超　 游纪元　杜鑫　 (74)专利代理 机构 长沙永星专利商标事务所 (普通合伙) 43001 专利代理师 周咏　米中业 (51)Int.Cl. G06V 20/10(2022.01)G06V 10/22(2022.01) G06V 10/74(2022.01) G06V 10/764(2022.01) G06V 10/774(2022.01) G06N 20/00(2019.01) (54)发明名称 非接触式围岩快速分区分级方法 (57)摘要 本发明公开了一种非接触式围岩快速分区 分级方法， 包括构建隧道围岩快速分级指标体 系； 获取隧道掌子面的围岩波谱图像和数字图 像； 得到围岩岩性数据和结构面胶结物质数据； 获取隧道现场围岩岩石、 进行波谱测试、 拟合波 谱特征与含水量关系模型并得到围岩含水量信 息； 得到结构面参数； 获取围岩BQ 分类等级； 构建 隧道围岩快速分级数据库并得到围岩快速分级 预测模型； 获取待分级的掌子面围岩的波谱数据 和数字图像数据并分区； 从分区中获取数据并输 入围岩快速分级预测模型中得到掌子面各个分 区的围岩等级划分结果。 本发明方法的可靠性 高、 精确性 好且效率较高。 权利要求书4页 说明书9页 附图3页 CN 115019171 A 2022.09.06 CN 115019171 A 1.一种非接触式围岩快速分区分级方法， 包括如下步骤： S1.以BQ法指标为依据， 构建隧道围岩快速分级指标体系； S2.获取隧道掌子面的围岩波谱图像和隧道掌子面的数字图像； S3.将步骤S2获取的围岩波谱图像中的波普曲线与标准地物波谱库曲线进行比较， 从 而得到围岩 岩性数据和结构面胶结物质数据； S4.获取隧道现场的围岩岩石， 进行不同含水量的波谱测试， 拟合波谱特征与含水量关 系模型， 并从围岩波谱图像中提取 得到围岩含水量信息； S5.根据围岩数字图像， 建立二维坐标系， 拟合结构面的像素位置坐标， 从而提取得到 结构面参数； S6.获取拍摄波谱和拍摄数字图像时的岩样并进行实验， 获取单轴饱和抗压强度和岩 体完整性系数， 从而得到对应的围岩BQ分类等级； S7.根据步骤S6得到的若干数据， 以隧道围岩快速分级指标作为预测变量， 以对应的围 岩BQ分类等级作为响应 变量， 构建隧道围岩快速分级数据库； S8.采用智能学习算法对构建的隧道围岩快速分级数据库中的数据进行学习， 并进行 超参数调整， 得到性能最优的围岩快速分级预测模型； S9.获取隧道现场待分级的掌子面围岩的波谱数据和数字图像数据， 并对掌子面进行 分区； S10.从步骤S9得到的各个分区中获取对应的隧道围岩快速分级指标， 并输入到步骤S8 得到的围岩快速分级 预测模型中， 得到最终的隧道现场待分级的掌子面的各个分区的围岩 等级划分结果。 2.根据权利要求1所述的非接触式围岩快速分区分级方法， 其特征在于步骤S1所述的 以BQ法指标为依据， 构建隧道围岩快速分级指标体系， 具体包括如下步骤： 以岩性和含水量表征岩石坚硬程度， 以结构面组数、 结构面平均间距、 主要结构面张开 度和主要 结构面胶结程度 表征岩体完整性， 以岩性、 含水量、 结构面组数、 结构面平均间距、 主要结构面平均张开度和主 要结构面胶结程度构建隧道围岩快速分级指标体系。 3.根据权利要求2所述的非接触式围岩快速分区分级方法， 其特征在于步骤S3所述的 将步骤S2获取的围岩波谱图像中的波普曲线与标准地物波谱库曲线进 行比较， 从而得到围 岩岩性数据和结构面胶结物质数据， 具体包括如下步骤： A.选定波谱对比的标准库； B.采用如下算式对获取的围岩波谱图像中的波谱曲线和标准地物波谱库中的波谱曲 线进行一阶导数 预处理， 从而增强波谱曲线在波谱方面的辨识度： 式中i为波长值， 根据波谱设备的参数决定， 一般为可见光—短波红外波段(350～ 2500nm)； Δi为波长增量； Ri为波长i处的反射率； MDRi为波长i和波长i+Δ i的波段间的平均 一阶导数反射 率； C.采用如下算式计算波谱曲线间的相似度S：权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115019171 A 2式中i为波长值， 其范围为350～2500nm； 为曲线A在波长i处的反射率； 为曲线B 在波长i处的反射 率； D.选择与围岩波谱曲线相似度最大的标准库波谱曲线所对应的物质成分作为围岩岩 性： E.提取结构面胶结物质的波谱曲线并进行物质识别， 依据胶结物质的种类和BQ定性分 级法， 将结构面胶结物质识别为 为无充填、 钙质胶结、 铁质胶结或泥质胶结。 4.根据权利要求3所述的非接触式围岩快速分区分级方法， 其特征在于步骤S4所述的 获取隧道现场的围岩岩石， 进 行不同含 水量的波谱测试， 拟合波谱特征与含水量关系模型， 并从围岩波谱图像中提取 得到围岩含水量信息， 具体包括如下步骤： a.获取隧道现场的围岩岩石， 在实验室开展岩石不同含水量的波谱测试试验； 试验时， 选定的波段为140 0±100nm和190 0±100nm波段； b.获得岩石在不同含水量情况下的波谱曲线在选定的两个波段的吸收特征参数数据； 所述的吸 收特征参数数据包括吸 收峰峰值反射 率和吸收峰图形面积； c.对含水量和吸收特征参数进行数值拟合， 得到含水量和吸收特征参数之间的关系 模 型c＝f(P1,P2,A1,A2)， 其中P1和A1分别为1400 ±100nm波段吸收峰的峰值反射率和吸收峰面 积； P2和A2分别为190 0±100nm波段吸 收峰的峰值反射 率和吸收峰面积； d.提取现场围岩波谱曲线两个选定的波段的吸收特征参数， 并根据步骤c得到的关系 模型， 得到围岩的实际含水量。 5.根据权利要求4所述的非接触式围岩快速分区分级方法， 其特征在于步骤S5所述的 根据围岩数字图像， 建立二 维坐标系， 拟合结构面的像素位置坐标， 从而提取得到结构面参 数， 具体包括如下步骤： (1)对围岩数据图像进行图像预处 理， 并提取 结构面像素； (2)以围岩数字图像的任一角点为原点， 构建二维坐标系， 从而得到结构面像素的各个 像素点的位置坐标； (3)根据步骤(2)得到的位置坐标， 通过线性最小二乘法将结构面像素点拟合成直线， 将相互平行的结构面作为一组， 统计结构面组数； 将直线表达式进 行积分， 得到每条结构面 的长度l； 由平行线距离公式计算每组结构面内相邻两条结构面之间的距离d； 采用如下算 式计算得到结构面平均间距R， 再根据拍摄数字图像时选取的比例尺， 还原得到 真实的结构 面平均间距： 式 中 m 为 结 构 面 的 组 数 ；Wi为 第 i 组 结 构 面 的 平 均 间 距 权 重 ，且权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115019171 A 3