一种串状溶洞地质钻孔探测与弹性波CT扫描的数据聚类分析方法与流程

一种串状溶洞地质钻孔探测与弹性波ct扫描的数据聚类分析方法
技术领域
1.本发明涉及工程探测技术，具体而言，涉及一种串状溶洞地质钻孔探测与弹性波ct扫描的数据聚类分析方法。


背景技术：

2.串状溶洞是一种地下岩溶地貌，通常由多个相互连接的小型洞穴组成，形成了复杂的三维空间结构；为了更好地了解该地貌的内部结构和特征，需要进行地质钻孔探测。
3.钻孔探测是一种常见的地质勘探方法，通过钻取地下岩石或土壤样本，获取其物理性质和化学成分等信息，以了解地下构造、矿产资源、工程地质情况等；弹性波ct检测是一种基于声波传播原理的无损检测技术，可以对地下介质的物理性质进行非破坏性测试，并获得高分辨率的图像数据；与传统的x射线ct检测相比，弹性波ct检测具有更好的局部探测能力，可以在不破坏地下介质的情况下获取更为详细的信息。
4.将钻孔探测和弹性波ct检测相结合，对工程地点的地质进行探测；并通过分析，将钻孔探测和弹性波ct的分析结果结合起来，验证弹性波ct检测是否和钻孔探测一致；分析方法通常是通过单独的对弹性波ct检测中收集到的数据进行聚类分析，然后再对比钻孔探测数据，是近年来对钻孔探测和弹性波ct进行结合分析的主要手段；但该方法需要拿钻孔探测和弹性波ct的数据专门对比，操作起来比较麻烦，且容易出错；本发明通过将钻孔探测数据转化为弹性波ct数据，并进行标记，将标记以后的钻孔探测数据和弹性波ct数据同时进行聚类分析；通过聚类分析结果，能够直观的给出钻孔探测和弹性波ct检测的结果的一致性。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，以及在原有技术基础上大大提高其技术效果；为此，本发明提供了一种串状溶洞地质钻孔探测与弹性波ct扫描的数据聚类分析方法，该方法包括：
6.选择串状溶洞工程地点适当的位置进行钻孔，并对钻孔数据进行处理，使得处理以后，将钻孔数据转化为不同地质对应的弹性波标准波速；
7.进行弹性波ct检测，获取弹性波ct扫描图像；提取弹性波ct图像信息，提取各点的ct值；所述ct值对应ct图像中各地质中弹性波波速，ct图像所对应的数据以矩阵的形式储存在计算机中；
8.将钻孔数据转化的弹性波标准波速混入提取的ct值中，获取混合数据；
9.对混合数据中钻孔数据转化的弹性波标准波速进行标记处理；并对标记处理后的混合数据进行聚类分析；通过聚类分析的结果，判定钻孔结果和弹性波ct检测的结果是否一致。
10.所述对钻孔数据进行处理包括：所述钻孔数据指钻孔的结果，钻孔的结果指工程
地点不同位置对应的土质材料；根据土质情况，查找钻探数据表，获取不同土质材料对应的弹性波波速；所述对应的弹性波波速是一个范围值，取所述范围值最中间的值作为不同土质材料对应的弹性波标准波速。
11.所述进行弹性波ct检测包括：使用弹性波检测仪器对工程地点的地质情况进行检测，生成二维弹性波ct图像，提取ct图像中各点的ct值，所述ct值对应ct图像中各地质中弹性波波速。
12.所述将钻孔数据转化的弹性波标准波速混入提取的ct值中包括：将钻孔数据转化的弹性波标准波速混入到ct图像对应数据的矩阵中。
13.所述并对标记处理后的混合数据进行聚类分析包括：通过k均值聚类算法判别混合数据中每一点的数据所属的范围，所述每一点的数据所属的范围为波速范围；所属k均值聚类算法是根据离散分布的样本集d＝{x1，x2，
…
xn}，x1、x2、直到xn分别代表单个样本，通过不断更新中心对象的方法，获得聚类所得簇划分c＝{c1，c2，
…ck
}，c1、c2、直到ck分别代表单个簇，其中每个簇中包括多个处于同一簇的单个样本；聚类标准是使得平方误差最小化，所述平方误差公式为：其中，ui是簇ci的均值向量，可以看出，ed的值越小，从整体上讲，簇内样本x的相似度越高。
14.所述并对标记处理后的混合数据进行聚类分析还包括：通过k均值聚类算法对混合数据进行聚类分析，将混合数据分为k簇，即k类；每类中包括被标记的钻孔数据转化的弹性波标准波速和弹性波ct图像提取的各点ct值；分析每个分类中的被标记的钻孔数据转化的弹性波标准波速对应的土质材料与k均值聚类算法所得所属分类的土质材料是否相同，判定钻孔探测与弹性波ct检测结果是否一致。
15.本发明的有益效果是：
16.本发明提出了一种串状溶洞地质钻孔探测与弹性波ct扫描的数据聚类分析方法；根据钻孔探测得到的土层结构和弹性波在各土层结构的传播速度，将钻孔探测数据转化为弹性波ct数据，并进行标记；将标记以后的钻孔探测数据和弹性波ct数据同时进行聚类分析；通过聚类分析结果，直观的给出钻孔探测和弹性波ct检测的结果的一致性。
附图说明
17.图1：本发明的一种串状溶洞地质钻孔探测与弹性波ct扫描的数据聚类分析方法的流程图。
具体实施方式
18.以下结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明；应当理解的是此处所给出的具体实施例仅用于说明和解释本发明，并不能用来限制本发明。
19.如图1所示，根据本发明的实施例的一种串状溶洞地质钻孔探测与弹性波ct扫描的数据聚类分析方法，该方法包括：步骤s200，选择串状溶洞工程地点适当的位置进行钻孔，并对钻孔数据进行处理，使得处理以后，将钻孔数据转化为不同地质对应的弹性波标准波速；步骤s201，进行弹性波ct检测，获取弹性波ct扫描图像；提取弹性波ct图像信息，提取各点的ct值；所述ct值对应ct图像中各地质中弹性波波速，ct图像所对应的数据以矩阵的
形式储存在计算机中；步骤s202，将钻孔数据转化的弹性波标准波速混入提取的ct值中，获取混合数据；步骤s203，对混合数据中钻孔数据转化的弹性波标准波速进行标记处理；并对标记处理后的混合数据进行聚类分析；通过聚类分析的结果，判定钻孔结果和弹性波ct检测的结果是否一致。
20.具体地，本发明首先选择串状溶洞工程地点适当的位置进行钻孔，并将钻孔数据转化为不同地质对应的弹性波标准波速；随后，进行弹性波ct检测，获取弹性波ct扫描图像；提取图像信息中各点的ct值；将钻孔数据转化的弹性波标准波速混入提取的ct值中，获取混合数据；对混合数据中钻孔数据转化的弹性波标准波速进行标记处理，并对标记处理后的混合数据进行聚类分析；通过聚类分析的结果，判定钻孔结果和弹性波ct检测的结果的一致性。
21.步骤s200，选择串状溶洞工程地点适当的位置进行钻孔，并对钻孔数据进行处理，使得处理以后，将钻孔数据转化为不同地质对应的弹性波标准波速；具体地，根据钻孔探测的原则，在串状溶洞工程地点选择适当的位置进行钻孔探测；根据钻孔探测结果，将钻孔数据转化为不同地质对应的弹性波标准波速。
22.在上述实施例中，具体地，所述钻孔数据指钻孔的结果，钻孔的结果指工程地点不同位置对应的土质材料；根据土质情况，查找钻探数据表，获取不同土质材料对应的弹性波波速；所述对应的弹性波波速是一个范围值，取所述范围值最中间的值作为钻孔探测结果中不同土质材料对应的弹性波标准波速。
23.步骤s201，进行弹性波ct检测，获取弹性波ct扫描图像；提取弹性波ct图像信息，提取各点的ct值；所述ct值对应ct图像中各地质中弹性波波速，ct图像所对应的数据以矩阵的形式储存在计算机中；具体地，采用地震勘探仪器、电阻率仪器或雷达探测仪器等对工程地点适当位置进行弹性波探测；通过接收的结果，生成弹性波ct图像，提取ct图像中各点对应的ct值。
24.在上述实施例中，具体地，根据弹性波在不同地质结构的传播强度不同，进行弹性波ct图像中的ct值的提取；所述弹性波在不同地质结构的传播强度不同包括：波速、振幅和波长等；本发明通过提取ct图像中各点的ct值，提取的ct值对应ct图像中各地质中弹性波波速。
25.步骤s202，将钻孔数据转化的弹性波标准波速混入提取的ct值中，获取混合数据；具体地，根据弹性波在不同土质结构的传播速度不同的这一特性，将钻孔数据转化为对应频率的弹性波标准波速，并将转化以后的弹性波标准波速混入通过ct图像得到的ct值中。
26.在上述实施例中，具体地，将钻孔数据转化的弹性波标准波速混入提取的ct值中的方法是：将钻孔数据转化的弹性波标准波速混入到ct图像对应数据的矩阵中。
27.步骤s203，对混合数据中钻孔数据转化的弹性波标准波速进行标记处理；并对标记处理后的混合数据进行聚类分析；通过聚类分析的结果，判定钻孔结果和弹性波ct检测的结果是否一致；具体地，将钻孔数据转化的弹性波标准波速混入提取的ct值后，对混合数据中的钻孔数据转化的弹性波标准波速进行荧光标记；对标记处理以后的混合数据进行聚类分析，根据聚类分析结果，判断钻孔探测结果和弹性波ct检测结果是否一致。
28.在上述实施例中，具体地，聚类分析的方法为：通过k均值聚类算法判别混合数据中每一点的数据所属的范围，所述每一点的数据所属的范围为波速范围；所述k均值聚类算
法是根据离散分布的样本集d＝{x1，x2，
…
xn}，x1、x2、直到xn分别代表单个样本，通过不断更新中心对象的方法，获得聚类所得簇划分c＝{c1，c2，
…ck
}，c1到ck分别代表单个簇，其中每个簇中包括多个处于同一簇的单个样本；聚类标准是使得平方误差最小化，所述平方误差公式为：其中，ui是簇ci的均值向量，可以看出，ed的值越小，从整体上讲，簇内样本x的相似度越高。
29.在上述实施例中，具体地，通过k均值聚类算法对混合数据进行聚类分析，将混合数据分为k簇，即k类；每类中包括被标记的钻孔数据转化的弹性波标准波速和弹性波ct图像提取的各点ct值；分析每个分类中的被标记的钻孔数据转化的弹性波标准波速对应的土质材料与k均值聚类算法所得所属分类的土质材料是否相同，若相同，则证明钻孔探测结果与弹性波ct检测结果一致。
30.需要理解的是，上述实施例为本发明的一个或多个实施例，基于本发明还有很多其他实施例及其变形；本行业的普通技术人员在没有作出开拓性的创新的时候，通过本发明进行的变形和修改，均属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种串状溶洞地质钻孔探测与弹性波ct检测的数据聚类分析方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：选择串状溶洞工程地点适当的位置进行钻孔，并对钻孔数据进行处理，使得处理以后，将钻孔数据转化为不同地质对应的弹性波标准波速；进行弹性波ct检测，获取弹性波ct扫描图像；提取弹性波ct图像信息，提取各点的ct值；所述ct值对应ct图像中各地质中弹性波波速，ct图像所对应的数据以矩阵的形式储存在计算机中；将钻孔数据转化的弹性波标准波速混入提取的ct值中，获取混合数据；对混合数据中钻孔数据转化的弹性波标准波速进行标记处理；并对标记处理后的混合数据进行聚类分析；通过聚类分析的结果，判定钻孔结果和弹性波ct检测的结果是否一致。2.根据权利要求1所述的一种串状溶洞地质钻孔探测与弹性波ct扫描的数据聚类分析方法，其特征在于，所述对钻孔数据进行处理包括：所述钻孔数据指钻孔的结果，钻孔的结果指工程地点不同位置对应的土质材料；根据土质情况，查找钻探数据表，获取不同土质材料对应的弹性波波速；所述对应的弹性波波速是一个范围值，取所述范围值最中间的值作为不同土质材料对应的弹性波标准波速。3.根据权利要求1所述的一种串状溶洞地质钻孔探测与弹性波ct扫描的数据聚类分析方法，其特征在于，所述进行弹性波ct检测包括：使用弹性波检测仪器对工程地点的地质情况进行检测，生成二维弹性波ct图像，提取ct图像中各点的ct值，所述ct值对应ct图像中各地质中弹性波波速。4.根据权利要求1所述的一种串状溶洞地质钻孔探测与弹性波ct扫描的数据聚类分析方法，其特征在于，所述将钻孔数据转化的弹性波标准波速混入提取的ct值中包括：将钻孔数据转化的弹性波标准波速混入到ct图像对应数据的矩阵中。5.根据权利要求1所述的一种串状溶洞地质钻孔探测与弹性波ct扫描的数据聚类分析方法，其特征在于，所述并对标记处理后的混合数据进行聚类分析包括：通过k均值聚类算法判别混合数据中每一点的数据所属的范围，所述每一点的数据所属的范围为波速范围；所属k均值聚类算法是根据离散分布的样本集d＝{x1，x2，
…
x
n
}，x1、x2、直到x
n
分别代表单个样本，通过不断更新中心对象的方法，获得聚类所得簇划分c＝{c1，c2，
…
c
k
}，c1、c2、直到c
k
分别代表单个簇，其中每个簇中包括多个处于同一簇的单个样本；聚类标准是使得平方误差最小化，所述平方误差公式为：其中，u
i
是簇c
i
的均值向量，可以看出，e
d
的值越小，从整体上讲，簇内样本x的相似度越高。6.根据权利要求5所述的一种串状溶洞地质钻孔探测与弹性波ct扫描的数据聚类分析方法，其特征在于，所述并对标记处理后的混合数据进行聚类分析还包括：通过k均值聚类算法对混合数据进行聚类分析，将混合数据分为k簇，即k类；每类中包括被标记的钻孔数据转化的弹性波标准波速和弹性波ct图像提取的各点ct值；分析每个分类中的被标记的钻孔数据转化的弹性波标准波速对应的土质材料与k均值聚类算法所得所属分类的土质材料是否相同，判定钻孔探测与弹性波ct检测结果是否一致。

技术总结
本发明公开了一种串状溶洞地质钻孔探测与弹性波CT检测的数据聚类分析方法，该方法包括：首先选择串状溶洞工程地点适当的位置进行钻孔，并将钻孔数据转化为不同地质对应的弹性波标准波速；随后，进行弹性波CT检测，获取弹性波CT扫描图像；提取图像信息中各点的CT值；将钻孔数据转化的弹性波标准波速混入提取的CT值中，获取混合数据；对混合数据中钻孔数据转化的弹性波标准波速进行标记处理，并对标记处理后的混合数据进行聚类分析；通过聚类分析的结果，判定钻孔结果和弹性波CT检测的结果的一致性；本发明将标记以后的钻孔探测数据和弹性波CT数据同时进行聚类分析；通过聚类分析结果，能够直观的分辨钻孔探测和弹性波CT检测的结果的一致性。结果的一致性。结果的一致性。


技术研发人员：刘文建 刘宇峰 杨双弟 蔡祺锋 胡志华 万昕 李枢 黄国忠 许应杰 王惠鸿 曹玉红
受保护的技术使用者：中交四航局第一工程有限公司
技术研发日：2023.04.17
技术公布日：2023/8/14