昆明骏泽岩土工程有限公司
摘要：本文首先对数字处理技术进行简要介绍，并在此基础上对该技术在岩土工程测试中的应用与未来的发展前景进行探讨。
关键词：数字图像；处理技术；岩土工程；测试
随着我国科学技术的飞速发展，在岩土工程测试领域中所应用的技术也越来越先进、成熟，使得该领域的测试技术逐步向着高精度、快速性和自动化的方向发展。数字图像处理作为当前岩土工程测试中应用十分广泛的技术，对工程测试质量的提升具有重要意义。
一、数字图像处理技术概述
数字图像处理技术最早出现在20世纪50年代，所谓数字图像处理技术，主要是指利用计算机技术将图像信号转换为数字信号，并对其进行处理的过程。数字图像处理技术包含的内容有很多，比如说，图像的变换、编码压缩、分割、描述、分类以及数字摄影测量等。早期的图像处理是为了将图像的质量进一步改善，图像处理过程中，输入的是质量低的图像，输出的质量高的图像，常用的处理方法主要包括图片复原、编码和压缩。但是，随着数字图像处理技术的不断成熟与完善，其应用范围也越来越广，目前，数字图像处理技术的应用范围已经遍布了科学研究、医疗卫生、通信和工业生产等多个领域，并且发挥着重要作用。
二、数字图像处理技术在岩土工程测试中的应用
1、基于数字钻孔图像的地质分析
利用数字图像处理技术对裂隙等结构面进行识别和统计最早开始于20世纪70年代，主要是利用钻孔电视图像对裂隙特征的全面分析和研究，来对裂隙的发展特点和深度分布情况进行充分掌握与了解的一种方法。经过长时间的发展，钻孔成像系统已经趋于成熟，并且均配备了相对完善的裂隙识别和分析软件，例如，BHTV、FMI、BIPS和OPTV等，每种类型的软件在成像效果上各有不同，但具体的识别步骤趋势是大同小异的，都是将获取到的钻孔图像进行特定的处理之后，使其能够实现裂隙产状的手动识别或自动识别，然后在此基础上根据地质测试中常用的统计手段，对结构面的分布情况进行全面、系统的分析。
基于数字钻孔图像的地质分析还包括对钻孔进行描述和岩体的完整性评价。首先对钻孔进行描述，如图1所示，图中（a）所指的主要是利用岩性图、蝌蚪图和钻孔图像等来对钻孔进行描述，（b）给出的则是某段图像I与F的划分。其次是对岩体完整性的评价，这一理论最早是由王川婴在岩石质量设计指标的启发下提出的。所以岩体完整性评价，主要是基于数字全孔成像技术的评价岩体完整性的新概念，定义为全孔孔壁图像中岩体完整特征（I）与计算孔壁岩体长度（即I与F之和）之间的百分比。其中，I和F分别表示的是所有的相邻节理裂隙、结构面或破碎带边界之间大于10cm的完整岩体长度中的总和、所有的相邻节理裂隙之间小于10cm岩体长度、破碎带宽度或结构面隙宽的总和。
图1：基于数字钻孔图像的岩体完整性分析
2、岩体结构数字识别
近几年来，三维技术与数字图像处理技术之间的联系越来越紧密，从而使得三维技术在岩土工程测试中的应用也越来越广泛，我们可以在岩土工程测试中看到各类三维数字模型的应用，利用完善的软件分析系统来对这些三维数字模型进行分析，可以获取到大量的有关岩土工程的地质信息，比如说，隧道轮廓、记录边坡、岩体不连续面的空间位置以及产状等，而且各方面的数据翔实、可靠，可以为工程施工的有效开展提供真实、准确的参考资料。最具代表性的是澳大利亚的CSIRO Exploration and Mining Technology Court 推出的Ciro3D和SIROJOINT以及奥地利Startup公司的3GSM系统。
正因为三维技术在岩土工程测试中存在诸多优势，从而使得相关学者纷纷开始对其实际应用进行研究，并取得了良好的成果。例如，杨天鸿通过对三维岩体不接触测量技术的研究，对某煤矿12煤底板砂岩岩体结构面进行了现场测量，并根据测量的实际结果建立了完善的三维岩体结构面空间分布模型，建立了岩体水力学参数表征方法，得到宏观岩体水力学参数如图2所示。柳小波等通过数字摄影测量技术，对某露天石灰石矿岩体节理裂隙和结构面进行摄影测量，建立三维岩体结构面空间分布模型，从中提取节理裂隙和结构面的空间分布信息，从而实现了数字化测量岩体结构面几何参数。并在此基础上，通过测定岩石的点荷载强度、计算岩体的完整性系数来确定岩体的基本质量指标，为矿山岩体的稳定性分级提供理论依据。
图2：数字摄影测量技术获取裂隙样本并确定渗透张量
3、隧道掌子面地质分析
隧道是岩土工程施工中经常会遇到的情况，为了能够对隧道的地质状况进行全面掌握，在开展测量工作的时候，需要做到对隧道掌子面地质情况的全面掌握。通常情况下，根据隧道开挖选择的方法不同，所形成的掌子面的地质情况也会存在一定程度的区别。虽然其中蕴含了大量的有关工程的信息，但想要将有用信息从众多信息中提取处理，并进行有效分析却并不是件容易的事情。由于施工现场会受到多种因素的限制，从而导致不允许测试人员对掌子面进行长时间的测量。数码摄影技术的加入使得测试人员可以通过采集到的图像信息，来对掌子面的地质情况进行分析，对于地质信息的利用如下图所示。这种技术最早起源于日本，近年来我国在此方面的研究也越来越深入，在围岩分级、地质情况预测等方面均取得了令人满意的成果。
图3：基于数字图像技术掌子面地质信息利用
三、数字图像处理技术的发展前景
数字图像处理技术发展至今已经经历了90年的发展，虽然取得了很大的进步，应用范围也十分广泛。但在岩土工程测试中的应用由于刚刚起步，所以仍然存在一些有待解决的问题，比如说数据处理工作量较大，处理速度较低；软件和开发方法仍需加强等。这些问题的存在都会在一定程度降低数字图像处理在岩土工程测试中的效果，所以，需要相关部门对这些问题给予高度重视。结合我国当前岩土工程开的特点来看，数字图像处理技术在该领域中的应用必然会越来越广泛，未来的发展趋势大致体现在以下几个方面：（1）数字图像处理技术将继续朝着高速、高效、智能化和标准化方向发展；（2）三维重建，由最初的平面朝着三维成像或多维成像的方向发展；（3）硬件芯片的开发研究，伴随着多媒体技术在数字图像处理中的广泛应用，使得硬件芯片的应用数量也越来越多，使得图像处理技术的各项功能都能够得到进一步巩固，提高技术自身的服务效率；（4）新理论和新算法的研究，近年来，虽然数字图像处理技术的不断成熟与完善，越来越多的新理论和新算法被应用到具体的实施中，例如，分形集合、遗传算法、形态学以及神经网络等。这些新理论和新算法的加入，势必会进一步提高数字图像处理技术的应用效果，更好的提高岩土工程测试结果的质量。
结语
近年来，随着我国岩土工程的飞速发展，数字图像处理技术在该领域中的应用也日趋成熟，很大程度上促进了岩土工程测试技术的完善。从本文的分析我们能够看出，在未来的时间里，数字图像处理技术在岩土工程领域中的应用必定会朝着高速、高效、立体化、多媒体和智能化等多个方向发展，进而更好的为岩土工程测试质量的提升提供技术支撑，促进岩土工程的可持续发展。
参考文献：
[1]祝志恒.数字图像处理技术在岩土工程测试领域的应用与发展[J].广东公路交通，2014（04）.
[2]胡晓川.对数字图像处理技术的浅析[J].中国信息化，2013（04）.
[3]陈汗青，万艳玲，王国刚.数字图像处理技术研究进展[J].工业控制计算机，2013（01）.
论文作者:闵全平
论文发表刊物:《基层建设》2015年17期供稿
论文发表时间:2015/12/2
标签：图像处理论文; 数字论文; 技术论文; 岩土工程论文; 裂隙论文; 钻孔论文; 地质论文; 《基层建设》2015年17期供稿论文;