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申请/专利权人：江汉大学

摘要：本发明提供一种碎裂块石几何特征提取与评价方法及系统，方法包括以下步骤：采集堆积体碎裂块石信息，获得数字正射影像地图；基于所述数字正射影像地图，识别碎裂块石边界矢量特征；基于所述碎裂块石边界矢量特征，提取并分析碎裂块石几何参数，完成碎裂块石的几何特征提取与评价。本发明能够帮助加强对块石分布空间特征与规律的认识，推动不同工况条件下产生的碎裂块石分布的预测与评估。

主权项：1.一种碎裂块石几何特征提取与评价方法，其特征在于，包括以下步骤：采集堆积体碎裂块石信息，获得数字正射影像地图；基于所述数字正射影像地图，识别碎裂块石边界矢量特征；识别碎裂块石边界矢量特征的方法为：基于正射影像特征，将所述数字正射影像地图分割为若干采样窗口；基于所述采样窗口，通过调整图像分割阈值，将高于所述图像分割阈值的像素设置为前景值，其他像素设置为背景值，获得最佳分割阈值；基于所述最佳分割阈值，识别出块石边界，获得分割图像；调整所述分割图像的曝光值，直至所述前景值为白色，所述背景值为黑色，获得高曝光图像；对所述高曝光图像进行二值分类，获得二值图像；对所述二值图像进行地理校准，获得块体位置矢量信息，并对所述块体位置矢量信息进行重分类以及矢量多边形转换，获得所述碎裂块石边界矢量特征；根据研究区域的无人机获取的数字正射影像地图，提取堆积体表层块石的几何特征；步骤包括：识别块体轮廓，进行图像曝光调整和二值化处理，以及进行栅格到矢量的转换，绘制每个块石的多边形矢量边界；如果研究区域较大，根据正射影像特征将DOM分割为多个小采样窗口W*，分别进行数据处理；对于每个采样窗口的图像切片，第一步是通过阈值化方法识别块石边界，手动设定阈值分割图像，将高于阈值的像素设置为前景值，其他像素则定义为背景值，通过目视法确定最佳的分割阈值，实现块石边界的识别，并通过人工编辑改进结果；第二步是调整图像的曝光值，直至前景值为白色，背景值为黑色，最小化由于块石表面亮度和灰度阈值的显著差异而导致的过度分割问题；第三步是对高曝光图像进行二值分类；第四步是对二值图像进行地理校准，随后进行重新分类，并将其转换为矢量多边形；基于所述碎裂块石边界矢量特征，提取并分析碎裂块石几何参数，完成碎裂块石的几何特征提取与评价；所述碎裂块石几何参数包括块石形状特征参数、块石尺寸特征参数以及块石碎裂分形特征参数；提取并分析所述块石形状特征参数的方法为：简化碎裂块石边界矢量特征，基于块石形状因子，描述运动路径上所有块石的形状特征，公式如下： 式中：代表块石形状因子；代表块石的表面积；代表块石的最大边长；其中，块石形状包括等径球体、扁盘状、长片状和三轴片状；堆积体块石尺寸特征现场测量的方法为：数据人工测量是指通过无人机测量获取高精度的数字正射影像地图，用于图像分析和测量较大块石的三维空间模型；基于模型测量最长轴超过1米的块石的尺寸，采用扫描窗口法，并在现场使用配备全球导航卫星系统的移动GIS进行结果验证；基于图像识别的堆积体块石尺寸特征提取的方法为：计算块石的面积Sa，并使用包含每个块石多边形的最小面积矩形来计算Feret直径，块石的长度和宽度分别由最大和最小Feret直径df表示，获得每个块石的形状和几何参数；计算块石的体积并获得相对质量和颗粒大小分布，使用等效面积圆法： 式中：Re是等效直径，Sa代表几何面积，V是块石的体积；块石碎裂分形特征提取与分析的方法为：分形维数描述了一个尺度不变的过程，该过程要不同尺度上大、小元素的相对数量恒定；采用基于数量和尺寸的方法计算分形维度： 其中，N代表直径大于d的块体的数量，C是一个比例常数，Df是与分形维数对应的指数；基于分形维数数值，通过不同的模型来解释分形碎裂过程：强度柱机制，Df值约为2.84；约束压碎模型，Df值约为2.5；脆性平面模型，Df值约为1.97。

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