[发明专利]一种岩质滑坡破坏边界的特征提取方法

权利要求书

1.一种岩质滑坡破坏边界的特征提取方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、选择岩质滑坡不同部位布置人工测点，以及在滑区内设置若干台三维激光扫描站点，构建三维点云模型；

S2、在所述人工测点和三维激光扫描站点处测量结构面产状数据；

S3、根据所述结构面产状数据对岩质滑坡边界进行点云数据分析；

S4、根据所述三维点云模型，利用随机霍夫变换计算得到所述点云数据的法向量，并利用所述点云数据的法向量计算得到待检测结构面产状数据，将所述待检测结构面产状数据与步骤S2中测量得到的结构面产状数据进行校核；

S5、根据校核后的结构面产状数据，利用HIS色彩重建方法确定结构面组数；

S6、根据所述结构面组数，对结构面进行聚类分析；

S7、分别提取聚类后结构面的间距、延续性和粗糙度，完成岩质滑坡破坏边界的特征提取；

所述步骤S4包括以下步骤：

S401、根据所述三维点云模型，在三维激光扫描数据的坐标系中设Y轴正方向与北方向N相一致，设X轴正方向与东方向E相一致，设Z轴正方向为垂直方向H；

S402、利用随机霍夫变换算法计算点云数据的法向量：

A_x+B_y+C_z+D＝0[A,B,C,D]∈R

其中，(x,y,z)表示点云数据坐标，(A,B,C)表示构成结构面平面法向量D表示平面的空间位置，R表示实数集；

S403、根据所述点云数据的法向量，分别计算得到结构面走向线与北方向N夹角的关系以及结构面的倾角，并将所述结构面走向线与北方向N夹角的关系以及结构面的倾角作为待检测结构面产状数据；

所述结构面走向线与北方向N夹角β的表达式如下：

所述结构面的倾角α的表达式如下：

其中，(A,B,C)构成结构面平面法向量

S404、将所述待检测结构面产状数据与步骤S2中测量得到的结构面产状数据进行校核；

所述步骤S6包括以下步骤：

S601、根据所述结构面组数，利用基于密度的带噪声空间聚类算法对岩质滑坡破坏边界点云结构面进行分组，同时输入距离度量Eps和数量度量Min-pts两个参数；

S602、由三维激光扫描接收器接收到的激光脉冲，利用时差原理计算得到三维坐标点；

S603、根据分组结果，将所述三维坐标点按疏密程度分为若干团块；

S604、在某个团块之内点进行相邻点距计算，得到相邻点平均距离；

S605、将相邻点平均距离与标准差记为距离度量Eps；

S606、对所述数量度量Min-pts进行调整，并判断某点γ在距离度量Eps范围内所包含的点个数是否达到数量度量Min-pts，且所有在距离度量Eps范围内点个数总和达到阈值，若是，则数量度量Min-pts有效，并进入步骤S607，否则，持续步骤S606；

S607、将所有点标记为核心点、边界点或噪声点，其中，所述核心点为在距离度量Eps内含有超过数量度量Min-pts数量的点，所述边界点为在距离度量Eps内点的数量小于数量度量Min-pts数量的点，所述噪声点为核心点和边界点以外的点；

S608、删除所述噪声点，将距离不超过距离度量Eps的核心点相互连接，并与纳入核心点领域内的点形成一个簇；

S609、删除点云数据小于100的簇，完成对结构面的聚类分析；

所述步骤S7中结构面间距提取的步骤如下：

A1、根据聚类后的结构面，利用最小二乘法计算得到各簇平面的结构面空间位置D_ij：

其中，A_ij、B_ij和C_ij均表示k点的向量参数，n表示k的个数，和均表示一个簇中k点的坐标；

A2、将各所述簇平面的结构面空间位置以从小到大进行排序，并计算得到相邻簇之间的间距；

A3、判断是否计算完所有相邻簇之间的间距，若是，则进入步骤A4，否则，返回步骤A2；

A4、利用正态分布拟合得到所有相邻簇之间的间距，并以期望μ作为结构面间距的代表值，完成结构面间距的提取；

所述步骤S7中结构面延续性提取的步骤如下：

B1、根据聚类后的结构面，利用迹长表征结构面的延续性；

B2、以倾向方向为x轴，走向方法为y轴，建立坐标系，其中，oxyz为原始坐标系，o′x′y′z′为变换后的坐标系，点(x′，y′，z′)为局部坐标；

B3、沿o′x′提取结构面倾向方向延续性，沿o′y′方向提取结构面走向方向延续性，并计算得到最大延伸长度，完成对聚类后结构面的延续性提取；

所述步骤B3中结构面倾向方向延续性L_dip的表达式如下：

L_dip＝max(x′_(i，j))-min(x′_(i，j))

其中，x′_(i，j)表示结构面沿变换坐标轴o′x′倾向方向提取的迹线长度；

所述结构面走向方向延续性L_strike的表达式如下：

L_strike＝max(y′_(i，j))-min(y′_(i，j))

其中，y′_(i，j)表示结构面沿变换坐标轴o′y′走向方向提取的迹线长度；

所述最大延伸长度L_max的表达式如下：

L_max＝max(Ch(X_(i，j)))

其中，X_(i，j)表示结构面沿倾向和走向提取的迹线长度，Ch(·)表示MATLAB中convhull函数；

所述步骤S7中粗糙度提取的步骤如下：

C1、根据聚类后的结构面，利用相对起伏度R_a和伸长率R反映结构面粗糙度JRC；

C2、根据所述结构面粗糙度JRC的初略值，将结构面剖面轮廓分别划分为平直状剖面曲线、波浪状剖面曲线以及锯齿状剖面曲线；

C3、选取以滑动方向所在各测窗上10m为直径的圆形区域，圆内从0°开始，以倾向方向为0～180°，按顺时针方向每30°间隔设置剖面线，并分别计算得到平直状剖面曲线的粗糙度、波浪状剖面曲线的粗糙度以及锯齿状剖面曲线的粗糙度，完成对聚类后结构面的粗糙度提取。