[发明专利]一种直立岩层自动化识别和提取的方法

摘要

本发明公开了一种基于地质体面图层与等高线图层，自动化识别提取直立岩层的方法。该方法包括如下步骤：1)对地质图中的岩层面要素进行预处理，消除多边形内岛(洞)及图幅边界的影响，得到线状的岩层界线要素；2)对岩层界线要素上的点进行霍夫变换，将岩层界线要素变换为一组曲线。通过判断曲线交点的分布是否在预设窗口内，来实现岩层界线要素平直部分的提取；3)对提取出的平直岩层界线进行断层界线过滤、平缓界线过滤和非平行成对界线的过滤，筛选出成对的组成直立岩层的界线，并绘制直立岩层。

主权项

1.一种直立岩层自动化识别和提取的方法，具体步骤如下：步骤一、岩层边界读取及预处理步骤1.1加载shp格式的岩层面要素图层StratumLayer，得到所有面要素集合Stratums＝{stai|i＝1，2，3，...，n}，n为岩层面要素的数量，stai是各个岩层面要素；步骤1.2读取集合Stratums中每个岩层面要素stai的边界，存为线要素集合OriL＝{oli|i＝1，2，3，...，n}，每一个面要素stai的边界存储为一个线要素oli；每个线要素oli对应一个点集OLPi＝{opij(xij，yij)|j＝1，2，3，...，mi}，点opij为点集OLPi中的第j个点，j为点opij在点集OLPi中的下标，其坐标表示为(xij，yij)，mi为线要素oli对应的点集OLPi中的点的数量；oli存储id属性来记录其归属的岩层面要素stai的编号；步骤1.3对于线要素集合OriL中存在的部分多部件线要素oli进行拆分，得到新的线要素集合SinL＝{slk|k＝1，2，3，...，l}，l 为拆分后岩层面要素边界的数量总和，线要素slk属性id继承拆分前oli线要素的属性id；步骤1.4对于线要素集合SinL中存在的部分位于图幅边界而并非真实的岩层边界的线要素slk，对其位于岩层边界的部分进行删除；步骤1.5：遍历岩层边界删除后的线要素集合SinL＝{slk|k＝1，2，3，...，l}，若存在属性id相同，且空间邻接的线要素sli与slj，i，j＝1，2，3，…，l ，且j≠i，对线要素sli与slj进行合并，得到新的线要素集合FinL＝{flu|u＝1，2，3，...，p}，p为预处理完成后的岩层界线的数量总和；步骤二、岩层平直界线提取建立直线集合AllSL用于存放所有线要素提取出的平直界线；对线要素集合FinL中的每个线要素flu进行平直界线提取；针对单个线要素flu，创建一个空的直线集合StaightL存放flu中提取出的直线，线要素flu的平直界线提取方案如下：步骤2.1给定一个长度标准Llimit来限制提取的直线的最短长度；步骤2.2每个线要素flu表示均为点集FLPu＝{flpuv|v＝1，2，3，...，qu}，qu为线flu上的顶点个数；笛卡尔坐标系上的线通过霍夫变换映射为一点，点通过霍夫变换映射为一曲线，对线flu上的每个点flpuv(xuv，yuv)进行霍夫变换；对于点flpuv，以Δθ为间隔，取θ0＝0，θ1＝Δθ，θ2＝Δθ*2，θ3＝Δθ*3，…，θd＝π(d＝[π/Δθ])，根据公式(1)分别计算ρ0，ρ1，ρ2，ρ3，…，ρd，得到点flpuv霍夫变换后的曲线点集HoughLuv＝{(0，xuv)，(Δθ，xuvcosΔθ+yuvsinΔθ)，(Δθ*2，xuvcos(Δθ*2)+yuvsin(Δθ*2))，(π，‑xuv)}；ρ＝xcosθ+ysinθ    (1)其中：Δθ为霍夫变换的角度容限，d为角度π在此容限下划分的间隔数量；步骤2.3创建一个直线点集StaightLineP，用于存放组成一条直线的点；首先记录开始下标s为1，将flpus加入集合StaightLineP；步骤2.4将FLPu中的点依次添加进StaightLineP，每次往StaightLineP中添加新点时，即对StaightLineP进行如下操作：1)若StaightLineP包含的点数少于3，则继续往StaightLineP中添加新点；反之，求取StaightLineP中所有点flput对应的HoughLut，t＝1，2，…，c，c为当前StaightLineP中点的数量；2)取ρmax为所有HoughLut中最大的ρ值，取ρmin为最小的ρ值，由容限Δθ，和Δρ＝(ρmax‑ρmin)/d，得到容限窗口(Δθ，Δρ)；3)依次计算HoughLut与HoughLu(t+1)的交点pt(θt(t+1)，ρt(t+1))(t＝1，2，3，…，c‑1)，得到点集InterP＝{p1(θ12，ρ12)，p2(θ23，ρ23)，p3(θ34，ρ34)，…，pc‑1(θ(c‑1)c，ρ(c‑1)c)}，每个交点pt代表笛卡尔坐标系中的一条直线，其坐标(θt(t+1)，ρt(t+1))为该直线霍夫变换后的坐标；判断所有交点的分布是否超过设定的容限窗口(Δθ，Δρ)，只有一个交点则不进行该判断：若所有交点的分布不超出容限，且新加的点flput不是线flu上最后一点，则继续添加点，重复步骤2.4的1)‑3)步骤；若所有交点的分布不超出设定的容限，且新加的点flput即为线flu上的最后一点，则将StaightLineP＝{flpus，flpu(s+1)，...，flput}存成平直界线li，根据公式(2)计算其所在直线的霍夫坐标(lθx，lρx)，存储至平直界线li的属性θ与ρ；将平直界线li加入集合StaightL，完成线要素flu中直线要素的提取；其中，lθx与lρx为平直界线li霍夫变换映射的点坐标，θt(t+1)，ρt(t+1)为交点pt的坐标，c为当前StaightLineP中点的数量；若所有交点的分布超出设定的容限，且将点flput从StaightLineP中移除后，线SL的长度大于等于Llimit，则将StaightLineP＝{flpus，flpu(s+1)，....，flpu(t‑1)}存成平直界线li，根据公式(2)计算其所在直线的霍夫坐标(lθx，lρx)，存储至平直界线li的属性“θ”与“ρ”；将平直界线li加入集合StaightL；然后清空StaightLineP，重新记录开始下标s为t‑1，将点flpu(t‑1)加入StaightLineP，重复步骤2.4的1)‑3)步骤；若所有交点的分布超出设定的容限，且将点flput从StaightLineP中移除后，线SL的长度小于Llimit，则将点flpus从StaightLineP中移除，重新记录开始下标s为s+1，将点flpu(t‑1)加入StaightLineP，重复步骤2.4的1)‑3)步骤；步骤2.5对于StaightL中的平直界线li与lj(j≠i)，若满足：顶点重合且属性θ差值小于容限Δθ，则将两个平直界线li与lj进行合并；步骤2.6StaightL中的所有平直界线li的属性id继承线要素flu的同名属性，并将StaightL中的元素加入所有直线集合AllSL；步骤三、直立岩层识别绘制步骤3.1对所有线要素提取平直界线得到直线集合AllSL＝{li|i＝1，2，3，...，w}，w是对所有岩层的平直界线的数量总和；步骤3.2对直线集合AllSL进行倾向断层过滤；对于一组相互有重叠的直线要素分别记录这组直线要素两侧的岩层“地层符号”序列，若两侧的序列一致，则认为这组平直界线组成一条断层界线，对这组平直界线进行过滤操作；步骤3.3加载等高线图层，得到等高线集合Contour＝{clj|j＝123，...，r}，基于等高线对AllSL进行平缓界线过滤；设定夹角阈值α，对于平直界线li，顺序记录其与等高线的交点，并计算交点处等高线与界线li的夹角{lci1，lci2，...，lcik}；求取平均夹角lci，若其小于设定的夹角阈值α，则将平直界线li视为平缓地质界线进行过滤操作；步骤3.4将属性id相等的平直界线lx加入同一集合SSLt，最后得到集合AllSL＝SSL1∪SSL2∪SSL3，...，SSLg，g为过滤后仍保留平直界线的岩层数量；有成对平行的平直界线的岩层视作直立岩层，对非平行成对的平直界线进行过滤；本发明取容限Δθ为筛选平行平直界线的阈值，判断岩层SSLt中是否满足，存在成对的平直界线lx与ly，y≠x，属性θ差值小于容限Δθ，对不满足上述条件的平直界线进行过滤操作；步骤3.5对于满足直立岩层条件的岩层，其平直界线lx与ly围起来的部分即为直立的，自动连接平直界线lx与ly的首尾点，绘制面要素sltai，即为直立岩层；最终得到直立岩层集合LStatum＝{lstai|i＝1，2，3，...，f}，f为识别得到的直立岩层的数量。