CN111119870B - 一种基于声波周向扫描的钻孔围岩结构探测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于声波周向扫描的钻孔围岩结构探测装置，扫描部件包括扫描部筒体和设置在扫描部筒体内的滑动密封装置、钻孔匹配头、直线电机、声波换能器和直线电机控制模块，方位部件包括方位部筒体和设置在方位部筒体下端的导向保护头，旋转部件包括旋转部筒体以及设置在旋转部筒体内的旋转电机控制模块和旋转电机，旋转部件还包括电滑环和旋转驱动轴，电路部件包括电路部筒体以及设置在电路部壳体内的电源模块、数据采集存储模块和控制电路模块，本发明还公开了一种基于声波周向扫描的钻孔围岩结构探测方法，本发明克服传统探测钻孔围岩结构的无方向性、范围局限性和结果解释复杂性问题。
Description
技术领域
本发明属于地下钻孔围岩结构的探测技术领域，具体涉及一种基于声波周向扫描的钻孔围岩结构探测装置，还涉及一种基于声波周向扫描的钻孔围岩结构探测方法，适用于对各类工程领域中地质钻孔内的围岩结构进行详尽勘察和探测，获取钻孔围岩结构的精细地质结构，探明围岩结构中可能存在的隐伏不良地质体特征，能够实现量程范围内各种尺寸不良地质体的无盲点精确探测，并能够有效获取各地质信息的方位特征。
背景技术
随着我国经济建设的快速发展，尤其是西部大开发战略的实施，大型水利水电、能源交通等基础设施的建设正在掀起一个新的高潮，特别是水利水电工程建设的规模和水平也正在向大型、超大型发展，而大型土木工程建设通常将岩体作为建筑物的地基和环境。不同建造的岩体在漫长的地质历史时期曾遭受过多期的构造运动，以及浅表地质作用的改造，使得岩体具有复杂性、非连续性、各向异性等特性，而岩体中存在的不良地质特征区域构成了岩体中的薄弱部分，详细查明区域及建设场地所在岩体内部的裂隙、节理、断层、空洞等不良地质条件，是保证工程建设顺利进行的重要基础，因此，岩体结构的探测具有重要意义。
目前，岩体结构探测方法中的物探方法较为高效，能够快速获取岩体的结构特征，但是这些方法都有各自的局限性，如：超声波法通过测定岩体中声波的速度变化来反映围岩的结构变化，但超声波传播距离有限，且在破碎岩体中传播性能差，探测范围小，探测结果也不够精确；地震层析成像技术通过观测地震波穿透地质体时的走向和能量变化，然后反演出地质体内部的精细结构，但受空间的限制影响较大，而且工作效率不高，无法直观探测出钻孔周围岩体可能存在的裂隙及孔洞等不良地质体；探地雷达与反射地震及声纳技术的原理相似，它的最显著的特点就是分辨率高，但探测深度受到限制，周围环境产生的电磁场对探测结果有很大的影响。因此，提出一种适用于钻孔围岩结构精细探测的方法具有重要意义。
鉴于现有岩体围岩结构探测方法中存在的问题，本发明提出一种基于基于声波周向扫描的钻孔围岩结构探测方法及装置，从根本上解决了传统探测钻孔围岩结构的无方向性、范围局限性和结果解释复杂性问题，该装置有效解决了声波换能器与钻孔岩壁耦合的问题，同时，结合旋转部件，实现了钻孔围岩各断面的全方位扫描，在叠加方位和深度的基础上，能够实现钻孔围岩各水平断面以及钻孔围岩立体轮廓的重构，使钻孔围岩的探测结果更加精确和高效，并能够直观地显示出钻孔围岩结构体可能存在的裂隙及孔洞等不良地质体特征。基于声波周向扫描的钻孔围岩结构探测装置的优点在于：1)探测精度高。通过选择较为合适的钻孔匹配头，能够实现声波换能器与钻孔岩壁的完美匹配，降低外界环境对声波信号的干扰，同时有效提高声波扫描探测范围，使探测装置更适用于不同尺寸的地质钻孔探测；2)探测方式简单。通过旋转电机带动扫描部件和方位部件即能获得钻孔围岩全方位岩壁的声波扫描信号，通过直线电机带动钻孔匹配头即能实现声波换能器与钻孔岩壁的完好耦合；3)探测范围广。通过选取合适频率的声波换能器能够探测到钻孔围岩更远的探测区域，获取更丰富的地质信息；4)探测结果直观。能够实现钻孔围岩各水平断面以及钻孔围岩立体轮廓的重构，呈现出更直观的图像信息；5)结构小巧，布局灵活，连接简洁，易于实施。
发明内容
本发明的目的就是为了克服传统探测钻孔围岩结构的无方向性、范围局限性和结果解释复杂性问题，提出一种基于声波周向扫描的钻孔围岩结构探测装置，还提供一种基于声波周向扫描的钻孔围岩结构探测方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术措施：
一种基于声波周向扫描的钻孔围岩结构探测装置，包括扫描部件，扫描部件包括扫描部筒体和设置在扫描部筒体内的滑动密封装置、钻孔匹配头、直线电机、声波换能器和直线电机控制模块，
滑动密封装置包括滑动密封圈和换能器密封槽，扫描部筒体的侧壁开设有径向圆孔滑腔，径向圆孔滑腔的内壁周向设置换能器密封槽，滑动密封圈设置在换能器密封槽中，声波换能器设置在径向圆孔滑腔内，声波换能器的外端设置有钻孔匹配头，钻孔匹配头延伸出扫描部筒体外部，直线电机的直线运动轴与声波换能器相连，直线电机的固定座与扫描部筒体的内壁固定，直线电机控制模块与直线电机连接。
一种基于声波周向扫描的钻孔围岩结构探测装置，还包括方位部件，方位部件包括方位部筒体和设置在方位部筒体下端的导向保护头，方位部筒体和扫描部筒体一体化连接，导向保护头呈半球状，方位模块设置方位部筒体中。
一种基于声波周向扫描的钻孔围岩结构探测装置，还包括旋转部件，旋转部件包括旋转部筒体以及设置在旋转部筒体内的旋转电机控制模块和旋转电机，旋转部件还包括电滑环和旋转驱动轴，电滑环包括电滑环旋转部和电滑环固定部，电滑环旋转部和电滑环固定部适配电性连接，电滑环固定部设置在旋转部筒体内，电滑环旋转部套设固定在旋转驱动轴位于旋转部筒体内的部分，旋转驱动轴的上端与旋转电机的旋转轴轴接，旋转驱动轴的下端密封穿出旋转部筒体并与扫描部件连接。
一种基于声波周向扫描的钻孔围岩结构探测装置，还包括电路部件，电路部件包括电路部筒体以及设置在电路部壳体内的电源模块、数据采集存储模块和控制电路模块，
电路部筒体与旋转部筒体一体化连接，
电源模块分别与数据采集存储模块、控制电路、旋转电机控制模块、旋转电机连接，电源模块通过电滑环分别与声波换能器、直线电机控制模块、直线电机和方位模块连接，
数据采集存储模块与控制电路连接，数据采集存储模块通过电滑环与声波换能器连接，
控制电路模块分别与旋转电机控制模块和数据采集存储模块连接，控制电路模块通过电滑环分别与声波换能器、直线电机控制模块和方位模块连接，
控制电路模块内设置有内部时钟，控制电路模块内的内部时钟与地面处理记时装置的时间保持一致。
一种基于声波周向扫描的钻孔围岩结构探测方法，包括以下步骤：
步骤1、通过声波换能器对深度H钻孔孔壁的周向各个扫描点发射声波信号，并接收对应的各个扫描点的原始回波信号，对原始回波信号进行去除多余回波，对去除多余回波的回波信号提取信号轮廓，获得扫描信号，对扫描信号进行增强处理，获得第i个扫描信号对应的增强扫描信号fH,i，以及第i个扫描信号对应的增强离散扫描信号fH,i,j，其中，i为扫描信号的序号，j为扫描信号的采样点序号，
步骤2、对增强扫描信号fH,i进行修复获得第i个扫描信号对应的修复扫描信号UH,i和修复离散扫描信号UH,i,j，将UH,i,j在进行区间归一化处理得到JH,i,j，
将JH,i,j映射到方格阵列CH的各个方格单元CH，i，j，
对方格阵列CH进行特征搜索和连通处理，
将进行特征搜索和连通处理的方格阵列CH转换为深度H对应的环形扫描断面图；
步骤3、对环形扫描断面图增强处理后进行三维表面的重建，生成立体结构扫描图。
一种基于声波周向扫描的钻孔围岩结构探测方法，所述的步骤1中去除多余回波包括以下步骤：
步骤1.1.1、对原始回波信号进行傅里叶变换，将原始回波信号转化成频谱信号FFT(f)，将频谱信号FFT(f)复制成两份，分别为第一份频谱信号和第二频谱信号，将第一频谱信号中对应频率在[F-△f-δ，F-△f+δ]区间以外的频谱信号归零，生成第三频谱信号FFT(f1)，将第二频谱信号中对应频率在[F+△f-δ，F+△f+δ]区间以外的频谱信号归零，生成第四频谱信号FFT(f2)，f为频率，f1为参考左频率，f2为参考右频率，△f为频率偏离因子，F为声波换能器的主工作频率，δ为偏离区间，
步骤1.1.2、将第三频谱信号FFT(f1)进行反傅里叶变换，生成第一回波信号H1(t)，将第四频谱信号FFT(f2)进行反傅里叶变换，生成第二回波信号H2(t)，
步骤1.1.3、若第一回波信号H1(t)与第二回波信号H2(t)对应的采样点都存在波形起伏，即第一回波信号H1(t)中的第j个采样点大于e，第二回波信号H2(t)中的第j个采样点也大于e,则将第一回波信号H1(t)与第二回波信号H2(t)对应的第j个采样点波形幅值相加，再除以2，
若第一回波信号H1(t)与第二回波信号H2(t)对应的采样点不是都存在波形起伏，即第一回波信号H1(t)中的第j个采样点小于e，或者第二回波信号H2(t)中的第j个采样点小于e，或者H1(t)和H2(t)中的第j个采样点都小于e，则将第一回波信号H1(t)与第二回波信号H2(t)对应的第j个采样点的波形幅值归零处理，e为噪音干扰因子，
步骤1.1.4、通过对第一回波信号H1(t)与第二回波信号H2(t)进行逻辑与处理后，生成无多余回波的回波信号h(t)，该无多余回波的回波信号h(t)即为祛除多余回波的回波信号。
一种基于声波周向扫描的钻孔围岩结构探测方法，所述的步骤1中对扫描信号进行增强处理，获得第i个扫描信号对应的增强扫描信号fH,i，以及第i个扫描信号对应的增强离散扫描信号用fH,i,j，基于以下公式：
fH,i,j＝|FH,i,j|*aH
其中，a为修正增强系数，FH,i,j为深度为H处的第i个扫描信号信号离散化处理成为离散扫描信号。
一种基于声波周向扫描的钻孔围岩结构探测方法，所述的步骤2中，对增强扫描信号fH,i进行修复获得第i个扫描信号对应的修复扫描信号UH,i和修复离散扫描信号UH,i,j包括以下步骤：
若第i-1条增强扫描信号fH,i-1和第i+1条增强扫描信号fH,i+1信息完整，而第i条增强扫描信号fH,i和信息丢失或者不完整，则第i条增强扫描信号fH,i上第j个采样点的增强离散扫描信号fH,i,j的值等于(fH,i-1,j+fH,i+1,j)/2，定义修复后增强离散扫描信号fH,i,j为修复离散扫描信号UH,i,j，定义修复后增强扫描信号fH,i为修复扫描信号UH,i。
一种基于声波周向扫描的钻孔围岩结构探测方法，所述的步骤2中，将UH,i,j在进行区间归一化处理得到JH,i,j基于以下公式：
UH,i,max表示深度H处，第i条修复扫描信号UH,i的各个采样点的最大幅值；UH,i,min表示深度H处，第i条修复扫描信号UH,i的各个采样点的最小幅值。
一种基于声波周向扫描的钻孔围岩结构探测方法，所述的步骤2中，对方格阵列CH进行特征搜索和连通处理包括以下步骤：
步骤2.3.1、i赋值为2，j赋值为2，
步骤2.3.2、若CH，i，j＜M,进入步骤2.3.3；
若方格单元CH，i，j的像素点平均值≥M,
若方格单元CH，i-1，j-1的像素点平均值<M且方格单元CH，i-1，j+1的像素点平均值<M，则进入步骤2.3.3，
若方格单元CH，i-1，j-1的像素点平均值≥M，将方格单元CH，i，j的左下角与方格单元CH，i-1，j-1的左下角相连，形成分别与方格单元CH，i，j和方格单元CH，i-1，j-1相邻的左下三角区，将左下三角区中的像素点赋值为方格单元CH，i，j的像素点平均值与方格单元CH，i-1，j-1的像素点平均值的平均值，将方格单元CH，i，j的右上角与方格单元CH，i-1，j-1的右上角相连，形成分别与方格单元CH，i，j和方格单元CH，i-1，j-1相邻的右上三角区，将右上三角区中的像素点赋值为方格单元CH，i，j的像素点平均值与方格单元CH，i-1，j-1的像素点平均值的平均值，若方格单元CH，i-1，j-1<M，方格单元CH，i-1，j-1不需要进行特征连通处理，
若方格单元CH，i-1，j+1的像素点平均值≥M，则将方格单元CH，i，j的左上角与方格单元CH，i-1，j+1的左上角相连，形成分别与方格单元CH，i，j和方格单元CH，i-1，j+1相邻的左上三角区，将左上三角区中的像素点赋值为方格单元CH，i，j的像素点平均值与方格单元CH，i-1，j+1的像素点平均值的平均值，将方格单元CH，i，j的右下角与方格单元CH，i-1，j+1的右下角相连，形成分别与方格单元CH，i，j和方格单元CH，i-1，j+1相邻的右下三角区，将右下三角区中的像素点赋值为方格单元CH，i，j的像素点平均值与方格单元CH，i-1，j+1的像素点平均值的平均值，若方格单元CH，i-1，j+1<M，进入步骤2.3.3，
步骤2.3.3、若j＜J-1，则j＝j+1,返回步骤2.3.2，
若j等于J-1且i小于I，则j＝2，i＝i+1，返回步骤2.3.2；
若j等于J-1且i等于I，则完成全部方格阵列CH的特征搜索和连通处理。
本发明相对于现有技术具有以下优势：
1、本发明将旋转部件、扫描部件和方位部件相互配合，能够有效实现钻孔断面全方位的围岩结构声学扫描，解决传统探测方法的无方向性问题；
2、本发明整套装置的核心部件可以进行方便更换，能够有效提高钻孔围岩的探测范围，从而有效避免传统探测方法的范围探测局限性问题；
3、本发明中每束扫描声波所反映的是该扫描线上的岩石声学反射特征，即扫描声束较为集中，反映的探测信息更为准确和集中；
4、本发明采用扫描信号修正增强处理，通过选择合适的修正增强系数a，来达到钻孔围岩结内部特征的构断面图更直观和更准确的目的；
5、本发明可以对不良地质体特征进行参数提取和分析，通过数据分析和计算，能够有效提取关心区域的不良地质体方位及位置信息，
6、本发明采用装置内部供电和数据存储，能够大大提高采样效率和增大探测深度；
7、本发明装置操作方便，容易实现，获得的数据更加丰富，取得的结果更加可靠，大大地提高了探测效率；
8、本发明的结构体系和总体布局简单，易于实施。
总之，本发明利用合适的钻孔匹配头来实现声波换能器与钻孔岩壁耦合，并结合旋转电机与直线电机来实现钻孔围岩结构的全方位以及全深度的声波扫描探测装置，来解决传统探测钻孔围岩结构的无方向性、范围局限性和结果解释复杂性问题，同时，建立钻孔围岩各环形扫描矩阵对应关系，实现探测深度的钻孔围岩断面图绘制，为深部地下岩体结构探测提高更多的有效数据。本发明构思新颖、实施容易，是声波在围岩结构探测中的新方法和新一代装置，具有广阔的应用前景。克服传统探测钻孔围岩结构的无方向性、范围局限性和结果解释复杂性问题。
附图说明
图1为本发明装置结构框图；
图2为单扫描点扫描探测前结构示意图；
图3为单扫描点扫描探测中结构示意图；
图4为单扫描点扫描探测后结构示意图；
图5为下一扫描点扫描探测前结构示意图；
图6为方格阵列映射图；
图7为特征搜索起始图；
图8为特征搜索状态图；
图9为特征搜索连通图；
图中：1-电路部件；2-旋转部件；3-扫描部件；4-方位部件；1.1-电源模块；1.2-数据采集存储模块；1.3-控制电路模块；2.1-旋转电机控制模块；2.2-旋转电机；2.3-电滑环；2.4-旋转驱动轴；3.1-滑动密封装置；3.2-钻孔匹配头；3.3-直线电机；3.4-声波换能器；3.5-直线电机控制模块；4.1-方位模块；4.2-导向保护头；
具体实施方式
下面结合附图和实施示例对本发明进一步说明：
如图1所示，一种基于声波周向扫描的钻孔围岩结构探测装置，包括电路部件1、旋转部件2、扫描部件3和方位部件4，电路部件1为整套装置的电路及控制部分的部件集成，电路部件1的外围呈圆筒状，电路部件1位于整套装置的上方，电路部件1的顶部与外在钢丝绳连接，从而整套装置的下放与上提，电路部件1包括电路部筒体，以及设置在电路部壳体内的电源模块1.1、数据采集存储模块1.2、控制电路模块1.3，电路部筒体的外围呈圆筒状，电路部筒体与旋转部筒体一体化连接。电源模块1.1、数据采集存储模块1.2、控制电路模块1.3由金属的电路部筒体保护。
电源模块1.1分别与数据采集存储模块1.2、控制电路1.3、旋转电机控制模块2.1、旋转电机2.2连接，电源模块1.1通过电滑环2.3分别与声波换能器3.4、直线电机控制模块3.5、直线电机3.3和方位模块4.1连接，用于为整套装置提供电力能量，实现装置各电子元器件的供电。
数据采集存储模块1.2与控制电路1.3连接，数据采集存储模块1.2通过电滑环2.3与声波换能器3.4连接，用于实现声波换能器3.4的回波信号的采集与实时存储，并将采集的回波信号发送到控制电路1.3，在突然断电或者电路发生异常的情况下，数据采集存储模块1.2能够确保采集的回波信号的完整保存，避免回波信号的损失，
控制电路模块1.3分别与旋转电机控制模块2.1和数据采集存储模块1.2连接，控制电路模块1.3通过电滑环2.3分别与声波换能器3.4、直线电机控制模块3.5和方位模块4.1连接。控制电路模块1.3用于控制旋转电机控制模块2.1驱动旋转电机2.2旋转，控制电路模块1.3还用于接收数据采集存储模块1.2采集的回波信号，控制电路模块1.3还用于控制声波换能器3.4的声波信号的发送和接收，控制电路模块1.3还用于控制直线电机控制模块3.5驱动直线电机3.3运动，控制电路模块1.3还用于接收方位模块4.1的信息。
控制电路模块1.3内设置有内部时钟，控制电路模块1.3内的内部时钟与地面处理记时装置的时间保持一致。
旋转部件2为整套装置的周向旋转动力装置，旋转部件2用于实现扫描部件3和方位部件4的周向运动，旋转部件2包括旋转部筒体，以及设置在旋转部筒体内的旋转电机控制模块2.1和旋转电机2.2，旋转部件2还包括电滑环2.3和旋转驱动轴2.4，旋转部筒体外围呈圆筒状，旋转部筒体为金属壳体且与电路部筒体密封连接，避免钻孔内流体介质进入到旋转部筒体的内部，旋转电机控制模块2.1能够实现旋转电机2.2的转速及方向控制，旋转电机2.2通常采用步进电机，在完成一个旋转角度后，能够停顿一定的时间，便于扫描部件3的工作与测量，电滑环2.3包括电滑环旋转部和电滑环固定部，电滑环旋转部和电滑环固定部适配电性连接，电滑环固定部设置在旋转部筒体内，电滑环旋转部套设固定在旋转驱动轴2.4位于旋转部筒体内的部分，与电滑环旋转部连接的电线穿过旋转驱动轴2.4位于旋转部筒体内的部分的外壁，进入到旋转驱动轴2.4的中心内腔并穿过扫描部筒体分别与声波换能器3.4、直线电机控制模块3.5、直线电机3.3和方位模块4.1连接，与电滑环固定部连接的电线分别与电源模块1.1、数据采集存储模块1.2、控制电路模块1.3连接。旋转驱动轴2.4的上端与旋转电机2.2的旋转轴轴接，通过键来确保旋转驱动轴2.4与旋转电机2.2同步旋转，旋转驱动轴2.4的下端密封穿出旋转部筒体并与扫描部件3连接。
扫描部件3为整套装置的声波扫描测量装置，扫描部件3用于实现钻孔围岩结构的声波扫描探测，扫描部件3包括扫描部筒体和设置在扫描部筒体内的滑动密封装置3.1、钻孔匹配头3.2、直线电机3.3、声波换能器3.4和直线电机控制模块3.5，扫描部筒体为金属的圆筒状，避免钻孔内流体介质进入到扫描部件3的内部，并抵抗外部介质的压力，滑动密封装置3.1包括滑动密封圈和换能器密封槽，扫描部筒体的侧壁开设有径向圆孔滑腔，径向圆孔滑腔的内壁周向设置换能器密封槽，滑动密封圈设置在换能器密封槽中，声波换能器3.4设置在径向圆孔滑腔内，可沿径向圆孔滑腔往复滑动，滑动密封圈保证声波换能器3.4与径向圆孔滑腔之间的密封，确保钻孔内部流体介质不通过径向圆孔滑腔进入扫描部筒体内，损坏直线电机3.3与直线电机控制模块3.5，声波换能器3.4的外端设置有钻孔匹配头3.2，钻孔匹配头3.2延伸出扫描部筒体外部，钻孔匹配头3.2用于实现声波换能器3.4与钻孔岩壁之间的声耦合，钻孔匹配头3.2同时也能够防止钻孔岩壁对声波换能器3.4的磨损，实现对声波换能器3.4的保护，钻孔匹配头3.2的半圆头部分根据实际钻孔的尺寸进行调整和更换，确保钻孔匹配头3.2的半圆头的圆弧直径与测量钻孔的直径相一致或者接近一致，从而提高声波换能器3.4与钻孔岩壁之间的声耦合度，减少噪音干扰，增加测量精度，声波换能器3.4的外围封装材料能够承受一定的外界压力，直线电机3.3的直线运动轴与声波换能器3.4相连，直线电机3.3的轴作直线往返运动能够带动声波换能器3.4沿径向圆孔滑腔的中心轴线往返运动，直线电机3.3的固定座与扫描部筒体的内壁固定，从而确保直线电机3.3的轴能够始终在固定的位置往返运动，直线电机控制模块3.5与直线电机3.3连接，用于控制直线电机3.3以一定的运动周期往返运动，
方位部件4为整套装置的定位及导向装置，方位部件4用于实时获取扫描部件3所处方位，方位部件4包括方位部筒体和设置在方位部筒体下端的导向保护头4.2，方位部筒体外围呈圆筒状，方位部筒体和扫描部筒体一体化连接，导向保护头4.2呈半球状，方位模块4.1位于方位部筒体中，方位模块4.1可采用电子罗盘或者陀螺仪等元器件进行实时方位获取，方位模块4.1的地理北极指向方位与钻孔匹配头3.2的中心轴指向方位一致，若方位模块4.1显示的方位信息为θ，则说明扫描探测方位也为θ，导向保护头4.2的主要作用是为整套装置在钻孔内下放过程中导向，使整套装置能够顺利下放到钻孔内指定的探测位置，方位部筒体整体密封，防止钻孔内流体介质渗入，并抵抗外部介质的压力，
钻孔匹配头3.2的材料需要根据钻孔内声波传递的实际介质情况，选择合适的材料，达到声波透声接近完全透声的目的，钻孔匹配头3.2通常所采用的材料为聚四氟乙烯或者聚氨酯材料；
电路部件1的电路部筒体的底端与旋转部件2的旋转部筒体的顶端之间通过丝扣连接，并丝扣连接处布设有O型静密封圈，防止钻孔内流体介质从电路部筒体与旋转部筒体之间的缝隙渗入，并抵抗外部介质的压力，
旋转部筒体的底端开设有轴穿孔，轴穿孔的内壁周向设置有轴密封槽，轴密封槽内设置有轴密封圈，旋转驱动轴2.4的顶端与旋转电机2.2的旋转轴轴接，旋转驱动轴2.4的底端穿过轴穿孔并与扫描部筒体顶部通过螺栓或者丝扣固定连接，轴密封圈实现旋转驱动轴2.4与轴穿孔之间的动密封，避免钻孔内流体介质进入到旋转部筒体的内部，在旋转驱动轴2.4周向旋转时，确保扫描部件3与旋转驱动轴2.4同步旋转，旋转驱动轴2.4内与电滑环旋转部连接的电线穿过扫描部筒体顶部的线穿孔进入扫描部筒体内，线穿孔与电线之间密封，或者旋转驱动轴2.4的底部外侧设置与扫描部筒体的顶部的丝扣孔的内螺纹适配的外螺纹，旋转驱动轴2.4的底部拧入丝扣孔中，丝扣孔内设置有密封圈。从而实现静密封，防止钻孔内流体介质从旋转驱动轴2.4与扫描部筒体之间的缝隙渗入，并抵抗外部介质的压力，
扫描部件3的扫描部筒体和方位部件4的方位部筒体之间通过丝扣连接，且丝扣连接处布设有O型静密封圈，防止钻孔内流体介质从扫描部筒体和方位部筒体之间的缝隙渗入，并抵抗外部介质的压力，
滑动密封装置3.1、钻孔匹配头3.2、直线电机3.3、声波换能器3.4为共中心轴线布设及装配，
优选的，直线电机3.3驱动声波换能器3.4往复运动时，滑动密封圈始终套设在声波换能器3.4上，保持径向圆孔滑腔与声波换能器3.4之间的密封。
一种基于声波周向扫描的钻孔围岩结构探测装置的工作流程为：
步骤一、结合现场钻孔的尺寸，选择合适尺寸的钻孔匹配头3.2，校对控制电路模块1.3内设置的内部时钟与地面处理记时装置的时间，根据探测深度和探测速度，在控制电路模块1.3上设定好起始工作时间TS和结束工作时间TE，在地面上装配完成基于声波周向扫描的钻孔围岩结构探测装置，并检查各密封部位是否有效密封，基于声波周向扫描的钻孔围岩结构探测装置进入通电工作待命模式。
步骤二、通过测井钢丝绳或者抗拉电缆将基于声波周向扫描的钻孔围岩结构探测装置匀速下放到需要探测的区域深度，其状态如图2所示，此时，记录地面处理记时装置所对应的时刻，记录基于声波周向扫描的钻孔围岩结构探测装置所处的探测深度，在基于声波周向扫描的钻孔围岩结构探测装置进入通电工作待命模式起经过起始工作时间TS后，基于声波周向扫描的钻孔围岩结构探测装置进入工作模式，
步骤三、直线电机3.3推动声波换能器3.4沿径向圆孔滑腔向钻孔岩壁运动，直到钻孔匹配头3.2与钻孔岩壁的扫描点完好接触，当直线电机3.3不能再推动声波换能器3.4时，控制电路模块1.3通过直线电机控制模块3.5的电压变化来感知这一状态，控制电路模块1.3即刻控制声波换能器3.4发射声波信号，并接收声波信号的回波信号，同时，数据采集存储模块1.2实现回波信号的采集与实时存储，其状态如图3所示，
步骤四、当该扫描点的声波扫描探测完成后，控制电路模块1.3发出直线电机收回动作指令到直线电机控制模块3.5，直线电机控制模块3.5控制直线电机3.3完成这一收回动作，其状态如图4所示，
步骤五、当直线电机3.3带动钻孔匹配头3.2收回后，控制电路模块1.3向旋转电机控制模块2.1发出旋转指令，旋转电机控制模块2.1驱动旋转电机2.2旋转一设定的角度，完成这一动作后，其状态如图5所示，
步骤六、随后完成下一扫描点的声波扫描探测，重复步骤三、步骤四和步骤五，直至完成了一个断面的声波扫描，若完成了一定断面的扫描，进入步骤七，
步骤七，上提或者下放基于声波周向扫描的钻孔围岩结构探测装置到一定间隔的距离，并记录地面处理记时装置所对应的时刻，标记基于声波周向扫描的钻孔围岩结构探测装置所处的探测深度，重复步骤三、步骤四、步骤五和步骤六，
步骤八，当基于声波周向扫描的钻孔围岩结构探测装置从进入通电工作待命模式之后时间经过结束工作时间TE后，整套探测装置进入停止工作模式，控制电路模块1.3控制直线电机3.3处于收回状态，确保基于声波周向扫描的钻孔围岩结构探测装置能够从钻孔中顺利回收，导出各个断面的深度，各个端面的周向的各个扫描点的回波信号、方位和测量时刻点，完成整个探测过程，
一种基于声波周向扫描的钻孔围岩结构探测方法，主要包括：回波信号处理步骤、扫描断面成图步骤和围岩立体重构步骤，
步骤1、回波信号处理步骤：回波信号处理步骤包括祛除回波信号中多余回波步骤、提取信号轮廓步骤、增强回波信号步骤，回波信号是探测过程中，声波换能器3.4在完成发射声波信号之后，由声波换能器3.4所接收到的回波信号为回波全脉冲声学信号，回波信号处理步骤是对声波换能器3.4所接收到的回波全脉冲声学信号进行处理，具体包括以下步骤：
步骤1.1，祛除回波信号中多余回波步骤，由于发射声波信号在遇到围岩结构中存在的不良地质体时，发射声波信号一部分会发生反射形成回波信号H1，一部分会发生透射，回波信号H1在到达声波换能器3.4时，一部分被接收，一部分发生反射，在遇到不良地质体时，回波信号H1变成回波信号H2，以此往返，回波信号除了包含H1之后，可能还包括多次回波H2...等多余回波，为了减少这些多余回波对围岩结构探的影响，需要祛除多余回波，步骤1.1具体包括以下步骤：
步骤1.1.1、设定声波换能器3.4所接收到的未祛除多余回波的回波信号为原始回波信号H(t)，声波换能器3.4的主工作频率为F，首先，对原始回波信号H(t)进行傅里叶变换，将原始回波信号H(t)转化成频谱信号FFT(f)，将频谱信号FFT(f)复制成两份，分别为第一份频谱信号和第二频谱信号，将第一频谱信号中对应频率在[F-△f-δ，F-△f+δ]区间以外的频谱信号归零，生成第三频谱信号FFT(f1)，将其中第二频谱信号中对应频率在[F+△f-δ，F+△f+δ]区间以外的频谱信号归零，生成第四频谱信号FFT(f2)，f为频率，f1为参考左频率，f2为参考右频率，
步骤1.1.2、将第三频谱信号FFT(f1)进行反傅里叶变换，生成第一回波信号H1(t)，将第四频谱信号FFT(f2)进行反傅里叶变换，生成第二回波信号H2(t)，
步骤1.1.3、若第一回波信号H1(t)与第二回波信号H2(t)对应的采样点都存在波形起伏，即第一回波信号H1(t)中的第j个采样点大于e，第二回波信号H2(t)中的第j个采样点也大于e,则认为第j个采样点的波形幅值为非多余回波的波形幅值，将第一回波信号H1(t)与第二回波信号H2(t)对应的第j个采样点波形幅值相加，再除以2，
若第一回波信号H1(t)与第二回波信号H2(t)对应的采样点不是都存在波形起伏，即第一回波信号H1(t)中的第j个采样点小于e，或者第二回波信号H2(t)中的第j个采样点小于e，或者H1(t)和H2(t)中的第j个采样点都小于e，则认为第j个采样点的波形幅值为多余回波的波形幅值，将第一回波信号H1(t)与第二回波信号H2(t)对应的第j个采样点的波形幅值归零处理，
步骤1.1.4、通过对第一回波信号H1(t)与第二回波信号H2(t)进行逻辑与处理后，生成无多余回波的回波信号h(t)，该无多余回波的回波信号h(t)即为祛除多余回波的原始回波信号，
其中，△f为频率偏离因子，可以根据声波换能器3.4的带宽来决定，通常选取带宽的1/2，δ为偏离区间，确保频谱信号FFT(f1)和频谱信号FFT(f2)能保留小区间频率的声波信息，通常选取带宽的1/8，e为噪音干扰因子，由于第一回波信号H1(t)与第二回波信号H2(t)中均存在干扰噪音，为了降低干扰噪音的影响，可以根据实际情况调整噪音干扰因子e的大小，干扰越大，则e越大，干扰越小则e越小，e的值不小于0，
步骤1.2、提取信号轮廓，采用希尔伯特法对无多余回波的回波信号h(t)进行包络提取，并对包络提取的结果进行取绝对值处理，提取无多余回波的回波信号h(t)的信号轮廓，记无多余回波的回波信号h(t)的信号轮廓为扫描信号F(t)，
步骤1.3、增强回波信号，由于声波在围岩中传播，随着距离的增加，声波幅值会快速衰减，为了使钻孔围岩结构断面图更直观和更准确的反映其内部特征，需要对扫描信号F(t)进行增强处理，获得第i个扫描信号对应的增强扫描信号fH,i，以及第i个扫描信号对应的增强离散扫描信号用fH,i,j，其中，i为扫描信号的序号，j为扫描信号的采样点序号。
控制电路模块1.3的时间与地面时钟的时间保持一致，在整套探测装置下放过程中，地面记录实时下放的时间信息，即某个时刻所对应的探测深度信息，数据采集存储模块1.2在存储过程中会实时更新与添加时刻信息，从而确定钻孔岩壁各扫描点的深度H，其中，整套探测装置的具体下放深度可以通过钢丝绳或者电路绞车获得，
设F(t)H,i表示声波换能器3.4在深度为H处的第i个扫描信号，将深度为H处的第i个扫描信号F(t)H,i信号离散化处理成为离散扫描信号FH,i,j，FH,i,j的第一个点为回波信号的初始点，增强离散扫描信号用fH,i,j为：
fH,i,j＝|FH,i,j|*aH
修正增强系数a根据实际情况来确定，其值不小于1，若探测位置岩石较硬，即声学传播衰减较小，则对应的修正增强系数a较小，其值更接近1，若探测位置岩石较软，即声学传播衰减较大，则对应的修正增强系数a较大，其值更远离1，
步骤2、扫描断面成图步骤，扫描断面成图步骤包括数据修复步骤、方格阵列映射步骤、特征搜索步骤，
步骤2.1，数据修复步骤，由于同一个断面上的不同扫描信号F(t)H,i之间存在一定的间隔，或者由于干扰原因，导致部分增强扫描信号fH,i丢失，需要对增强扫描信号fH,i进行数据修复获得修复扫描信号UH,i，各个修复扫描信号UH,i构成深度H的修复扫描信号集UH，
对增强扫描信号fH,i进行数据修复包括以下步骤：数据修复针对不同扫描点上的同一个采样点序号的数值进行数据修复，若第i-1条增强扫描信号fH,i-1和第i+1条增强扫描信号fH,i+1信息完整，而第i条增强扫描信号fH,i和信息丢失或者不完整，则需要通过对第i-1条增强扫描信号fH,i-1和第i+1条增强扫描信号fH,i+1中对应的第j个采样点分别进行数据插值处理，即第i条增强扫描信号fH,i上第j个采样点的增强离散扫描信号fH,i,j的值等于(fH,i-1,j+fH,i+1,j)/2，通过对同一深度上相邻扫描线之间的回波信号数据修复，定义修复后增强离散扫描信号fH,i,j为修复离散扫描信号UH,i,j，定义修复后增强扫描信号fH,i为修复扫描信号UH,i，深度H处所有修复扫描信号UH,i形成深度H处修复扫描信号集UH,
步骤2.2、方格阵列映射步骤，包括以下步骤：
步骤2.2.1、将UH,i,j进行区间归一化处理得到JH,i,j，JH,i为深度为H，第i条修复扫描信号UH,i对应的归一化扫描信号，JH为深度为H的所有归一化扫描信号集，
用UH,i,max表示深度H处，第i条修复扫描信号UH,i的各个采样点的最大幅值，用UH,i,min表示深度H处，第i条修复扫描信号UH,i的各个采样点的最小幅值，其表达式为：
若JH,i,j信号的值接近256，即灰度图像值越浅，越接近白色，说明该扫描点对应的钻孔围岩位置没有出现反射回波，围岩结构无异常，若JH,i,j信号的值接近0，即灰度图像值越深，越接近黑色，说明该扫描点对应的钻孔围岩位置有异常回波，围岩结构可能存在异常，
如图6所示，假设方格阵列CH为深度H对应的列*行为I*J的方格阵列，方格阵列CH中的每个方格单元内均匀填充有像素点，其中，I等于扫描信号的总数，J等于每个扫描信号的采样点总数，方格阵列CH的每列记为CH，i，CH，i每行的方格单元记为CH，i，j，方格单元CH，i，j中的各个像素点均赋值为JH,i,j，
方位即声波换能器的发射脉冲指向岩壁上扫描点的地理方位信息，方位角信息由方位模块4.1获得，
步骤2.3、特征搜索，方格阵列CH为深度H对应的列*行为I*J的方格阵列，各个方格单元为矩形方块，方格单元内均匀填充有像素点，而实际存在的地质不良特征为连续的区域，为此，需要对不良特征进行搜索，并实现不良特征对应的矩形方块部分连通，
如图7-9所示，以方格阵列的第二行第二列的方格单元CH，2，2作为特征搜索起点，
步骤2.3.1、i赋值为2，j赋值为2，
步骤2.3.2、若CH，i，j＜M,进入步骤2.3.3；
若方格单元CH，i，j的像素点平均值≥M,
若方格单元CH，i-1，j-1的像素点平均值<M且方格单元CH，i-1，j+1的像素点平均值<M，则说明该不良地质特征较小，为孤立特征，不需要进行特征连通，进入步骤2.3.3，
若方格单元CH，i-1，j-1的像素点平均值≥M，则说明方格单元CH，i，j与方格单元CH，i-1，j-1有关联，需要进行特征连通处理，将方格单元CH，i，j的左下角与方格单元CH，i-1，j-1的左下角相连，形成分别与方格单元CH，i，j和方格单元CH，i-1，j-1相邻的左下三角区，将左下三角区中的像素点赋值为方格单元CH，i，j的像素点平均值与方格单元CH，i-1，j-1的像素点平均值的平均值，将方格单元CH，i，j的右上角与方格单元CH，i-1，j-1的右上角相连，形成分别与方格单元CH，i，j和方格单元CH，i-1，j-1相邻的右上三角区，将右上三角区中的像素点赋值为方格单元CH，i，j的像素点平均值与方格单元CH，i-1，j-1的像素点平均值的平均值，若方格单元CH，i-1，j-1<M，方格单元CH，i-1，j-1不需要进行特征连通处理，
若方格单元CH，i-1，j+1的像素点平均值≥M，则说明方格单元CH，i，j与方格单元CH，i-1，j+1有关联，需要进行特征连通处理，即将方格单元CH，i，j的左上角与方格单元CH，i-1，j+1的左上角相连，形成分别与方格单元CH，i，j和方格单元CH，i-1，j+1相邻的左上三角区，将左上三角区中的像素点赋值为方格单元CH，i，j的像素点平均值与方格单元CH，i-1，j+1的像素点平均值的平均值，将方格单元CH，i，j的右下角与方格单元CH，i-1，j+1的右下角相连，形成分别与方格单元CH，i，j和方格单元CH，i-1，j+1相邻的右下三角区，将右下三角区中的像素点赋值为方格单元CH，i，j的像素点平均值与方格单元CH，i-1，j+1的像素点平均值的平均值，若方格单元CH，i-1，j+1<M，不需要进行特征连通处理，进入步骤2.3.3，
步骤2.3.3、若j＜J-1，则j＝j+1,返回步骤2.3.2，
若j等于J-1且i小于I，则j＝2，i＝i+1，返回步骤2.3.2；
若j等于J-1且i等于I，则完成全部方格阵列CH的特征搜索和连通处理，
步骤2.4、将进行特征搜索和连通处理的方格阵列CH转换为深度H对应的环形扫描断面图，环形扫描断面图由周向依次衔接的扇环组成，各个扇环按周向顺序分别与格阵列CH的第一列到最后一列对应，即其中一个扇环作为起始扇环，起始扇环与方格阵列CH的第一列对应，自起始扇环按顺时针(或者逆时针)周向顺序的第二个扇环与方格阵列CH的第二列对应，依次类推，每个扇环包括自内环至外环分布的J个扇环单元，扇环自内环至外环分布的各个扇环单元分别与对应的方格阵列CH的列的第一个方格单元至第J个方格单元对应，由于方格单元的像素点横向尺寸与对应的扇环单元的像素点横向尺寸不同(径向方向的尺寸相同)，则将方格单元的像素点按照横向插值的方式填充进扇环单元，进而形成环形扫描断面图，进而获得各深度的环形扫描断面图，
M为搜索判断阈值，可以根据实际情况进行调整，M不小于0，
步骤3、围岩立体重构步骤，围岩立体重构步骤包括断面图像增强步骤、三维表面重建步骤、不同特征提取步骤，
步骤3.1，断面图像增强，为了使围岩立体重构的图像质量更好，需要进行各深度上的环形扫描断面图增强处理，具体包括灰度直方图均衡化、图像平滑、图像边缘锐化及伪彩色增强等，从而使环形扫描断面图有利于分析及识别，
步骤3.2，三维表面重建，首先，从各深度处的环形扫描断面图中分割出不良地质体的轮廓曲线，不良地质体为环形扫描断面图中与步骤2.3.2中的左下三角区、右下三角区、左上三角区、右上三角区、以及特征连通处理的各个方格单元对应的部分，实现各深度处的环形扫描断面图的不良地质体的提取，然后完成各环形扫描断面图的边界表面曲线绘制，并采用插值处理技术，实现三维表面的重建，生成立体结构扫描图，
步骤3.3，不同特征提取，确定不良地质体的中心所在的扇环单元，确定扇环单元对应的方格单元的列i2和行j2，那么不良地质体离钻孔中心位置的距离为：(j2*Tj2*c+D)/2，其中Tj2为归一化扫描信号的采样点之间的间隔周期，D为探测钻孔所对应的钻孔直径，
部件材料及加工要求：
声波换能器3.4的压电陶瓷能够承受较高的探测温度而不影响声学性能，在声波换能器3.4的探测频率需要根据实际探测深度和探测环境选择合适的中心频率，
方位部件4的材料为抗磁材料，如不锈钢材料，方位部件4的底部半球也可以采用尼龙能轻质材料，从而减少整套探测装置的重量，
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (6)
1.一种基于声波周向扫描的钻孔围岩结构探测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、通过声波换能器(3.4)对深度H钻孔孔壁的周向各个扫描点发射声波信号，并接收对应的各个扫描点的原始回波信号，对原始回波信号进行去除多余回波，对去除多余回波的回波信号提取信号轮廓，获得扫描信号，对扫描信号进行增强处理，获得第i个扫描信号对应的增强扫描信号fH,i，以及第i个扫描信号对应的增强离散扫描信号fH,i,j，其中，i为扫描信号的序号，j为扫描信号的采样点序号，
步骤2、对增强扫描信号fH,i进行修复获得第i个扫描信号对应的修复扫描信号UH,i和修复离散扫描信号UH,i,j，将UH,i,j在进行区间归一化处理得到JH,i,j，
将JH,i,j映射到方格阵列CH的各个方格单元CH，i，j，
对方格阵列CH进行特征搜索和连通处理，
将进行特征搜索和连通处理的方格阵列CH转换为深度H对应的环形扫描断面图；
步骤3、对环形扫描断面图增强处理后进行三维表面的重建，生成立体结构扫描图。
2.根据权利要求1所述的一种基于声波周向扫描的钻孔围岩结构探测方法，其特征在于，所述的步骤1中去除多余回波包括以下步骤：
步骤1.1.1、对原始回波信号进行傅里叶变换，将原始回波信号转化成频谱信号FFT(f)，将频谱信号FFT(f)复制成两份，分别为第一份频谱信号和第二频谱信号，将第一频谱信号中对应频率在[F-△f-δ，F-△f+δ]区间以外的频谱信号归零，生成第三频谱信号FFT(f1)，将第二频谱信号中对应频率在[F+△f-δ，F+△f+δ]区间以外的频谱信号归零，生成第四频谱信号FFT(f2)，f为频率，f1为参考左频率，f2为参考右频率，△f为频率偏离因子，F为声波换能器(3.4)的主工作频率，δ为偏离区间，
步骤1.1.2、将第三频谱信号FFT(f1)进行反傅里叶变换，生成第一回波信号H1(t)，将第四频谱信号FFT(f2)进行反傅里叶变换，生成第二回波信号H2(t)，
步骤1.1.3、若第一回波信号H1(t)与第二回波信号H2(t)对应的采样点都存在波形起伏，即第一回波信号H1(t)中的第j个采样点大于e，第二回波信号H2(t)中的第j个采样点也大于e,则将第一回波信号H1(t)与第二回波信号H2(t)对应的第j个采样点波形幅值相加，再除以2，
若第一回波信号H1(t)与第二回波信号H2(t)对应的采样点不是都存在波形起伏，即第一回波信号H1(t)中的第j个采样点小于e，或者第二回波信号H2(t)中的第j个采样点小于e，或者H1(t)和H2(t)中的第j个采样点都小于e，则将第一回波信号H1(t)与第二回波信号H2(t)对应的第j个采样点的波形幅值归零处理，e为噪音干扰因子，
步骤1.1.4、通过对第一回波信号H1(t)与第二回波信号H2(t)进行逻辑与处理后，生成无多余回波的回波信号h(t)，该无多余回波的回波信号h(t)即为祛除多余回波的回波信号。
3.根据权利要求1所述的一种基于声波周向扫描的钻孔围岩结构探测方法，其特征在于，所述的步骤1中对扫描信号进行增强处理，获得第i个扫描信号对应的增强扫描信号fH,i，以及第i个扫描信号对应的增强离散扫描信号用fH,i,j，基于以下公式：
fH,i,j＝|FH,i,j|*aH
其中，a为修正增强系数，FH,i,j为深度为H处的第i个扫描信号信号离散化处理成为离散扫描信号。
4.根据权利要求1所述的一种基于声波周向扫描的钻孔围岩结构探测方法，其特征在于，所述的步骤2中，对增强扫描信号fH,i进行修复获得第i个扫描信号对应的修复扫描信号UH,i和修复离散扫描信号UH,i,j包括以下步骤：
若第i-1条增强扫描信号fH,i-1和第i+1条增强扫描信号fH,i+1信息完整，而第i条增强扫描信号fH,i和信息丢失或者不完整，则第i条增强扫描信号fH,i上第j个采样点的增强离散扫描信号fH,i,j的值等于(fH,i-1,j+fH,i+1,j)/2，定义修复后增强离散扫描信号fH,i,j为修复离散扫描信号UH,i,j，定义修复后增强扫描信号fH,i为修复扫描信号UH,i。
5.根据权利要求1所述的一种基于声波周向扫描的钻孔围岩结构探测方法，其特征在于，所述的步骤2中，将UH,i,j在进行区间归一化处理得到JH,i,j基于以下公式：
UH,i,max表示深度H处，第i条修复扫描信号UH,i的各个采样点的最大幅值；UH,i,min表示深度H处，第i条修复扫描信号UH,i的各个采样点的最小幅值。
6.根据权利要求1所述的一种基于声波周向扫描的钻孔围岩结构探测方法，其特征在于，所述的步骤2中，对方格阵列CH进行特征搜索和连通处理包括以下步骤：
步骤2.3.1、i赋值为2，j赋值为2，
步骤2.3.2、若CH，i，j＜M,进入步骤2.3.3；
若方格单元CH，i，j的像素点平均值≥M,
若方格单元CH，i-1，j-1的像素点平均值<M且方格单元CH，i-1，j+1的像素点平均值<M，则进入步骤2.3.3，
若方格单元CH，i-1，j-1的像素点平均值≥M，将方格单元CH，i，j的左下角与方格单元CH，i-1，j-1的左下角相连，形成分别与方格单元CH，i，j和方格单元CH，i-1，j-1相邻的左下三角区，将左下三角区中的像素点赋值为方格单元CH，i，j的像素点平均值与方格单元CH，i-1，j-1的像素点平均值的平均值，将方格单元CH，i，j的右上角与方格单元CH，i-1，j-1的右上角相连，形成分别与方格单元CH，i，j和方格单元CH，i-1，j-1相邻的右上三角区，将右上三角区中的像素点赋值为方格单元CH，i，j的像素点平均值与方格单元CH，i-1，j-1的像素点平均值的平均值，若方格单元CH，i-1，j-1<M，方格单元CH，i-1，j-1不需要进行特征连通处理，
若方格单元CH，i-1，j+1的像素点平均值≥M，则将方格单元CH，i，j的左上角与方格单元CH，i-1，j+1的左上角相连，形成分别与方格单元CH，i，j和方格单元CH，i-1，j+1相邻的左上三角区，将左上三角区中的像素点赋值为方格单元CH，i，j的像素点平均值与方格单元CH，i-1，j+1的像素点平均值的平均值，将方格单元CH，i，j的右下角与方格单元CH，i-1，j+1的右下角相连，形成分别与方格单元CH，i，j和方格单元CH，i-1，j+1相邻的右下三角区，将右下三角区中的像素点赋值为方格单元CH，i，j的像素点平均值与方格单元CH，i-1，j+1的像素点平均值的平均值，若方格单元CH，i-1，j+1<M，进入步骤2.3.3，
步骤2.3.3、若j＜J-1，则j＝j+1,返回步骤2.3.2，
若j等于J-1且i小于I，则j＝2，i＝i+1，返回步骤2.3.2；
若j等于J-1且i等于I，则完成全部方格阵列CH的特征搜索和连通处理。
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