CN116183875A - 岩体波速的确定方法、装置和电子设备 - Google Patents

岩体波速的确定方法、装置和电子设备 Download PDF

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Abstract

本公开提出一种岩体波速的确定方法、装置和电子设备，涉及岩体勘探和测试技术，该方法包括：基于待分析岩体的参数信息，获取所述待分析岩体的三维扫描数据；对所述三维扫描数据进行处理，以得到所述待分析岩体的灰度图像；根据所述灰度图像和所述三维扫描数据，计算所述待分析岩体的每个层位对应的岩体参数，以及所述待分析岩体的每个层理方向与预设方向之间的夹角；根据所述参数信息、各个所述层位对应的岩体参数，以及每个所述层理方向与预设方向之间的所述夹角，生成所述待分析岩体对应的波速特征图。由此，可以为地下工程利用声波探测精准判识煤岩层结构特征、地下工程开发及资源开采提供可靠的数据支撑。

Description

岩体波速的确定方法、装置和电子设备
技术领域
本公开涉及岩体勘探和测试技术领域，具体涉及一种岩体波速的确定方法、装置和电子设备。
背景技术
煤岩体内部存在的天然层理是煤岩体中最为常见，且发育较为广泛的原生结构，其控制着煤岩的连续性和整体性，使煤岩的声学及力学性质更加复杂，并对地下工程围岩的稳定性产生重要影响，故获取含原生层理结构煤岩体的波速及力学参数变化，对掌握煤岩内部的原生结构及其力学特性具有重要的现实意义和应用价值，也可为地下工程利用声波探测精准判识煤岩层结构特征、地下工程开发及资源开采提供可靠的数据支撑。
相关技术中，应用超声波检测或声发射监测技术获取波速时，多在室内通过人工在同一方位测试时，需要多次测试计算其平均值，从而减小测试获取的误差，波速计算时，需要人工拾取波形，计算其波速，这增加了人为误差影响，降低了波速获取的准确率。同时，为防止岩体与接触探头接触不充分，需要涂抹凡士林，对试样表面造成了影响，不利于后续岩样的继续利用，且接触探头的覆盖范围较大，难以准确反映岩体内波速的变化。
发明内容
本公开旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本公开的目的在于提出一种岩体波速的确定方法、装置、电子设备和存储介质。
本公开第一方面实施例提出的岩体波速的确定方法，包括：
基于待分析岩体的参数信息，获取所述待分析岩体的三维扫描数据；
对所述三维扫描数据进行处理，以得到所述待分析岩体的灰度图像；
根据所述灰度图像和所述三维扫描数据，计算所述待分析岩体的每个层位对应的岩体参数，以及所述待分析岩体的每个层理方向与预设方向之间的夹角；
根据所述参数信息、各个所述层位对应的岩体参数，以及每个所述层理方向与预设方向之间的所述夹角，生成所述待分析岩体对应的波速特征图。
本公开第二方面实施例提出的岩体波速的确定装置，包括：
第一获取模块，用于基于待分析岩体的参数信息，获取所述待分析岩体的三维扫描数据；
第二获取模块，用于对所述三维扫描数据进行处理，以得到所述待分析岩体的灰度图像；
计算模块，用于根据所述灰度图像和所述三维扫描数据，计算所述待分析岩体的每个层位对应的岩体参数，以及所述待分析岩体的每个层理方向与预设方向之间的夹角；
生成模块，用于根据所述参数信息、各个所述层位对应的岩体参数，以及每个所述层理方向与预设方向之间的所述夹角，生成所述待分析岩体对应的波速特征图。
本公开第三方面实施例提出的电子设备，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如本公开第一方面实施例提出的岩体波速的确定方法。
本公开第四方面实施例提出了一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本公开第一方面实施例提出的岩体波速的确定方法。
本公开第五方面实施例提出了一种计算机程序产品，当所述计算机程序产品中的指令由处理器执行时，执行如本公开第一方面实施例提出的岩体波速的确定方法。
本公开实施例中，首先基于待分析岩体的参数信息，获取所述待分析岩体的三维扫描数据，然后对所述三维扫描数据进行处理，以得到所述待分析岩体的灰度图像，之后根据所述灰度图像和所述三维扫描数据，计算所述待分析岩体的每个层位对应的岩体参数，以及所述待分析岩体的每个层理方向与预设方向之间的夹角，最后根据所述参数信息、各个所述层位对应的岩体参数，以及每个所述层理方向与预设方向之间的所述夹角，生成所述待分析岩体对应的波速特征图。由此，在获取不同方位、不同区域、不同层位的波速时，可以不用不断变换测试方位、测试区域、测试层位等，或者多次进行测量取平均值而获得相应方位、区域或层位的波速，测试程序简单，测试误差小，测试周期短，测试工作量小，可以满足快速精确便捷的要求，为地下工程利用声波探测精准判识煤岩层结构特征、地下工程开发及资源开采提供可靠的数据支撑。
本公开附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本公开的实践了解到。
附图说明
本公开上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本公开一实施例提出的岩体波速的确定方法的流程示意图；
图2是根据本公开提出的一扫描切片示意图；
图3是根据本公开提出的一扫描切片灰度值分布示意图；
图4是本公开另一实施例提出的岩体波速的确定方法的流程示意图；
图5是本公开一实施例提出的岩体波速的确定装置的结构示意图；
图6示出了适于用来实现本公开实施方式的示例性电子设备的框图。
具体实施方式
下面详细描述本公开的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本公开，而不能理解为对本公开的限制。相反，本公开的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
图1是本公开一实施例提出的岩体波速的确定方法的流程示意图。
其中，需要说明的是，本实施例的岩体波速的确定方法的执行主体为岩体波速的确定装置，该装置可以由软件和/或硬件的方式实现，该装置可以配置在电子设备中，电子设备可以包括但不限于终端、服务器端等。
如图1所示，该岩体波速的确定方法，包括：
S101：基于待分析岩体的参数信息，获取所述待分析岩体的三维扫描数据。
其中，待分析岩体通常是岩和煤的混合岩体，其中，可以是从煤矿中获取的，用于作为样本的具有特定尺寸的岩体，比如煤、砂岩、泥岩等。需要说明的是，从现场所获取的不同区域的岩体对应的岩体成分通常是不同的。
其中，参数信息可以包含有与待分析岩体的岩体组成成分对应的纯煤或者纯岩的参数信息，比如纯煤的纵波、横波波速、密度、泊松比、剪切模量及动态弹性模量，和纯岩的纵波、横波波速、密度、泊松比、剪切模量及动态弹性模量，另外还有待分析岩体的尺寸信息，比如长宽高。
可选的，可以将待分析岩体固定放置在三维扫描CT系统试验台上，之后可以根据待分析岩体的尺寸设置扫描电压、电流及分辨率等参数并固定。需要说明的是，CT扫描分辨率的设置可以依据应用需求和样品尺寸等因素进行权衡。如果岩体尺寸较大，则需要使用较高的扫描分辨率以获得更高的空间分辨率和更准确的图像细节，这需要投入更多的扫描时间和资源。
举例来说，对于小尺寸样品（小于5cm）：可以选择高分辨率扫描模式，以保证获得充分的图像细节。对于中等尺寸样品（5~10 cm）：可选用中等分辨率扫描模式，对比图像细节和扫描时间的平衡。对于大型样品（大于10 cm）：可以选择较低的分辨率扫描模式，为了减少扫描时间和资源，尽可能保留岩石结构物特征的同时，保持良好的图像质量。
需要说明的是，在根据待分析岩体的尺寸设置扫描电压、电流时，还可以考虑待分析岩体的岩石成分，从而选择合适的管电压和电流计算出最佳的图像质量。调节CT扫描电压和电流还需要考虑岩石样本的放射性特性，以避免辐射剂量过大导致伤害。如果将CT扫描用于长期实验或培养中，还需要考虑对样品的影响问题。因而，在确定CT扫描电压和电流时，应综合考虑岩石样品的复杂特性，确定最适合的扫描参数，从而保证获得高质量、低噪声的图像数据。
其中，三维扫描数据可以是通过计算机断层扫描（CT）技术获取的，它记录了岩石内部结构的详细信息。这些数据可以在三维可视化软件中进行显示和分析，可以帮助研究者更好地理解岩体的微观结构、孔隙度、渗透性等特征。
S102：对所述三维扫描数据进行处理，以得到所述待分析岩体的灰度图像。
可选的，可以利用VoxelStudio Recon软件对三维扫描数据进行三维重建，再利用Avizo软件对待分析岩体进行三维重构，从而可以将扫描数据转换为16位灰度级别(灰度值为1～65535)的图像，再应用阈值分割方法处理获得岩体不同层位的灰度图像及灰度值。
举例而言，本公开实施例中可以采取阈值分割的方法处理获取待分析岩体不同层位的灰度图像及其灰度值，如图2和图3所示，图2是根据本公开提出的一扫描切片示意图，图3是根据本公开提出的一扫描切片灰度值分布示意图。
根据CT扫描原理，煤、岩材料密度越大，所扫描X射线衰减越大；X射线穿过孔隙、裂隙时，衰减系数较小；而衰减系数越大，则其CT扫描灰度图像越亮。故在图2中，可以根据灰度明暗情况确定煤岩分界线，右侧煤所在区域的灰度较暗，左侧岩所在区域的灰度较为明亮，右侧煤所在区域裂隙对应的灰度为黑色；试样内部较为致密，裂隙发育不明显，煤内部含有微量杂质，部分天然裂隙被岩石充填，裂隙开度小。结合岩体，进一步明确煤、岩、裂隙的CT灰度值差异，提取对应图2中虚测线（a-c）上各点的灰度值，如图3所示。分析可知，当测线在岩石内(ab段)时，灰度值普遍较高；当测线在煤内(bc段)时，灰度值较低，而测线穿过裂隙(o点)的波谷较煤更低；从图3确定岩体不同层位的煤、岩及裂隙灰度区间，再根据煤、岩及裂隙灰度区间进行灰度阈值分割，获取煤、岩及裂隙的分布结构。
S103：根据灰度图像和三维扫描数据，计算待分析岩体的每个层位对应的岩体参数，以及待分析岩体的每个层理方向与预设方向之间的夹角。
本公开实施例中，预设方向，可以是预先确定的岩体纵波和横波的传播方向，例如可以是水平方向，在此不做限定。
可选的，可以基于Avizo软件，自动统计计算岩体不同层位对应的岩体参数，比如每个层位的煤、岩的体积及岩体层理与水平方向的夹角。
可选的，可以根据所述灰度图像和所述三维扫描数据，计算所述待分析岩体的每个层位对应的岩体体积、以及所述岩体体积中的煤体积和岩体积，之后根据每个层位对应的岩体体积、以及岩体体积中的煤体积和岩体积，计算所述待分析岩体的每个层位对应的煤含量和岩含量，并可以根据灰度图像和三维扫描数据，分析待分析岩体的每个层理方向与水平方向之间的夹角。
可选的，记待分析岩体中每个层位的岩体体积为V，煤体积和岩体积分别为Vc、Vr，可以计算岩体不同层位的煤含量n c、岩含量n r，0≤n c≤1，0≤n r≤1。
n c=Vc/V，n r=Vr/V
其中，层理方向是指待分析岩体中岩层中平行于岩石面的裂隙和分层的走向，通常用度数表示其相对于地球表面的方向。而水平方向则是指相对于地球表面水平的方向。
S104：根据参数信息、各个层位对应的岩体参数，以及每个层理方向与预设方向之间的夹角，生成待分析岩体对应的波速特征图。
其中，参数信息包含第一参数和第二参数，其中，第一参数包含有纯煤的纵波波速、横波波速、密度、泊松比、剪切模量、动态弹性模量、第二参数包含有纯岩的纵波波速、横波波速、密度、泊松比、剪切模量、动态弹性模量。
其中，岩石的纵波波速是指在岩石中纵向传播的压缩波。
需要说明的是，当波的传播方向沿岩体水平方向恒定时，可以通过下面的公式计算待分析岩体的不同层位（或者不同区域）对应的纵波波速，或者岩体整体的纵波波速。
Figure SMS_1
式中：A=1/n c-1，B=ρ c-
Figure SMS_3
/2，C=ρ c-/>
Figure SMS_7
/2，D=(1-M)/M，N=υ c-1，S=V pc-/>
Figure SMS_9
/2，T=V pc+/>
Figure SMS_4
/2，V pc、/>
Figure SMS_5
分别为纯煤的纵波波速平均值及其与纯岩的差值，即/>
Figure SMS_8
为V pc和V pr的差值；ρ c、/>
Figure SMS_10
分别为煤的密度平均值及其与纯岩的差值，即/>
Figure SMS_2
为ρ c和ρ r的差值；υ a、/>
Figure SMS_6
分别为煤、岩的泊松比平均值及差值；M为煤、岩的剪切模量比值；U=(1-M 2)/M，W=(1+M 2)/M，Z=n c-n c 2，纯煤的纵波、横波波速分别为V pc、V sc，纯岩的纵波、横波波速分别为V pr、V sr。
其中，波速特征图可以用于表示待分析岩体的不同层位（或者不同区域）对应的纵波波速，能够直观反映待分析岩体的实际分布与变化状态，精确便捷自动地实现波速测量的目标，为分析岩体的局部破坏提供依据，并为判定岩体的特性提供可靠基础数据。其中，波速特征图可以为波速变化曲线用于表示待分析岩体的不同层位对应的纵波波速图，或者也可以为点云图，用于表示待分析岩体的不同区域对应的纵波波速。
本公开实施例中，首先基于待分析岩体的参数信息，获取所述待分析岩体的三维扫描数据，然后对所述三维扫描数据进行处理，以得到所述待分析岩体的灰度图像，之后根据所述灰度图像和所述三维扫描数据，计算所述待分析岩体的每个层位对应的岩体参数，以及所述待分析岩体的每个层理方向与预设方向之间的夹角，最后根据所述参数信息、各个所述层位对应的岩体参数，以及每个所述层理方向与预设方向之间的所述夹角，生成所述待分析岩体对应的波速特征图。由此，在获取不同方位、不同区域、不同层位的波速时，可以不用不断变换测试方位、测试区域、测试层位等，或者多次进行测量取平均值而获得相应方位、区域或层位的波速，测试程序简单，测试误差小，测试周期短，测试工作量小，可以满足快速精确便捷的要求，为地下工程利用声波探测精准判识煤岩层结构特征、地下工程开发及资源开采提供可靠的数据支撑。
图4是本公开一实施例提出的岩体波速的确定方法的流程示意图。
如图4所示，该岩体波速的确定方法，包括：
S201：确定待分析岩体的岩性组成成分和尺寸信息。
其中，尺寸信息可以为待分析岩体的长、宽、高信息。
其中，岩性组成成分可以为待分析岩体的岩性组成，比如煤、砂岩、泥岩，可以是预先经过试验获取的。
S202：获取与所述岩性组成成分对应的纯煤的第一参数和纯岩的第二参数。
其中，纯煤是与待分析岩体岩性组成成分的相关岩性对应的纯煤。
其中，纯岩是与待分析岩体岩性组成成分的相关岩性对应的纯岩。
其中，第一参数可以是纯煤的参数信息，比如纵波波速、横波波速、密度、泊松比、剪切模量、动态弹性模量，在此不做限定。
其中，第二参数可以是纯岩的参数信息，比如纵波波速、横波波速、密度、泊松比、剪切模量、动态弹性模量，在此不做限定。
具体的，可以分别用电子秤测量纯煤、纯岩的质量及其体积，从而获取纯煤、纯岩的密度，可以应用超声波或声发射系统测试与所获取岩体组成相关岩性的纯煤、纯岩的纵波波速和横波波速。
其中，泊松比，是指材料在单向受拉或受压时，横向正应变与轴向正应变的比值，也叫横向变形系数，它是反映材料横向变形的弹性常数。
其中，剪切模量，是指材料在剪切应力作用下，在弹性变形比例极限范围内，切应力与切应变的比值，可以被用于表征材料抵抗切应变的能力。模量大，则表示材料的刚性强。
其中，动态弹性模量，为岩石动态力学性质之一，是指岩石在动载荷作用下，显示出的弹性模量。而弹性模量，是指材料在弹性变形阶段，其应力和应变成正比例关系（即符合胡克定律），其比例系数称为弹性模量。
可以应用以下公式计算纯煤或者纯岩的泊松比v、剪切模量K及动态弹性模量E：
Figure SMS_11
式中，其中
Figure SMS_12
、/>
Figure SMS_13
分别为纵波波速、横波波速、ρ为密度。
S203：确定第一参数、第二参数和尺寸信息为待分析岩体的参数信息。
可选的，可以将第一参数、第二参数和尺寸信息输入至计算机内，也即从而之后可以基于待分析岩体的参数信息，获取所述待分析岩体的三维扫描数据。
S204：基于待分析岩体的参数信息，获取所述待分析岩体的三维扫描数据。
需要说明的是，步骤S204的具体实现方式可以参照上述实施例，在此不进行赘述。
S205：对三维扫描数据进行三维重构，以获取预设灰度级别的扫描图像。
其中，灰度级别，指黑白显示器中显示像素点的亮暗差别，在彩色显示器中表现为颜色的不同，灰度级越多，图像层次越清楚逼真。灰度级取决于每个像素对应的刷新存储单元的位数和显示器本身的性能。其中，预设灰度级别，可以是16位灰度级别(灰度值为1～65535)，也可以是其它任意可能的灰度级别，对此不做限制。其中，扫描图像，可以是指扫描数据经由数据重建、数据重构处理后进行转换所得到的图像。
S206：对扫描图像进行滤波降噪和平滑处理。
可选的，在处理岩石扫描图像时，为了去除噪声和平滑图像，可以使用滤波器进行降噪和平滑处理，以下是一些示例性的滤波器。
中值滤波器：对于岩石扫描图像中的椒盐噪声（即黑白相间的斑点），中值滤波器可以有效地去除这些噪点，保持图像细节和边缘。
高斯滤波器：高斯滤波器可用于滤除高频噪声，平滑图像并减小噪声。高斯滤波器通常比中值滤波器更适用于连续平滑颜色变化的区域。
双边滤波器：双边滤波器可以同时保留图像的边缘和纹理特征，并去除图像中的噪声。它在平滑图像的同时还能保持更好的边缘保真度。
小波变换：小波变换可以通过分析不同频率上的噪声来降噪和平滑图像。该算法可以对图像中的低频噪声进行有效的滤除。
以上滤波器和方法可以根据需要进行组合和应用，以提高岩石扫描图像质量。通过选择合适的滤波器参数，并根据观察结果对其进行调整，可以得到既充分保留图像细节又降低噪声的优质图像。
S207：对处理后的所述扫描图像进行阈值分割，以得到所述待分析岩体的不同层位的灰度图像。
需要说明的是，在进行阈值分割之前，需要首先确定一个适当的阈值，从而将煤和岩进行分割，可以采用多种方式来确定阈值，如麦克-莱斯特法、小波变换等，并可以通过试算法来确定最佳阈值。
S208：根据灰度图像和三维扫描数据，计算待分析岩体的每个层位对应的岩体参数，以及待分析岩体的每个层理方向与预设方向之间的夹角。
需要说明的是，步骤S208的具体实现方式可以参照上述实施例，在此不进行赘述。
S209：根据每个所述层位对应的所述煤含量和岩含量、所述第一参数和所述第二参数，以及每个所述层理方向与预设方向之间的夹角，计算所述待分析岩体每个所述层位对应的所述待分析岩体的纵波波速。
本公开实施例中，在根据夹角、第一参数、第二参数、煤含量和岩含量，确定待分析岩体的纵波波速，计算公式可以如下所示：
Figure SMS_14
式中：A=1/n c-1，B=ρ c-
Figure SMS_16
/2，C=ρ c-/>
Figure SMS_20
/2，D=(1-M)/M，N=υ c-1，S=V pc-/>
Figure SMS_21
/2，T=V pc+
Figure SMS_17
/2，V pc、/>
Figure SMS_18
分别为纯煤的纵波波速平均值及其与纯岩的差值，即/>
Figure SMS_22
为V pc和V pr的差值；ρ c、/>
Figure SMS_23
分别为煤的密度平均值及其与纯岩的差值，即/>
Figure SMS_15
为ρ c和ρ r的差值；υ a、/>
Figure SMS_19
分别为煤、岩的泊松比平均值及差值；M为煤、岩的剪切模量比值；U=(1-M 2)/M，W=(1+M 2)/M，Z=n c-n c 2，纯煤的纵波、横波波速分别为V pc、V sc，纯岩的纵波、横波波速分别为V pr、V sr。
由此，可以计算待分析岩体中不同层位、不同区域或岩体整体的纵波波速。
S210：根据各个层位对应的纵波波速，生成波速特征图。
可选的，可以通过将上述公式编制程序内置入计算机并与CT扫描程序融合内，结合室内测定的纯煤、纯岩的波速等条件，通过计算机快速实时显示出不同层位或不同区域下岩体的纵波波速，进而可得到不同层位岩体波速的波速特征图，直观反映实际分布与变化状态，从而可精确便捷自动地实现波速测量的目标，可为分析岩体的局部破坏提供依据，并为判定岩体的特性提供可靠基础数据。
本公开实施例中，首先确定待分析岩体的岩性组成成分和尺寸信息，然后获取与所述岩性组成成分对应的纯煤的第一参数和纯岩的第二参数，之后确定第一参数、第二参数和尺寸信息为待分析岩体的参数信息，然后基于待分析岩体的参数信息，获取所述待分析岩体的三维扫描数据，对三维扫描数据进行三维重构，以获取预设灰度级别的扫描图像，对扫描图像进行滤波降噪和平滑处理，对处理后的所述扫描图像进行阈值分割，以得到所述待分析岩体的不同层位的灰度图像，根据灰度图像和三维扫描数据，计算待分析岩体的每个层位对应的岩体参数，以及待分析岩体的每个层理方向与预设方向之间的夹角，根据每个所述层位对应的所述煤含量和岩含量、所述第一参数和所述第二参数，以及每个所述层理方向与预设方向之间的夹角，计算所述待分析岩体每个所述层位对应的所述待分析岩体的纵波波速，根据各个层位对应的所述纵波波速，生成波速特征图。由此，该方法考虑了含原生层理结构岩体的倾角和煤岩含量影响，可显著可提升室内获取煤岩波速及力学参数的精确性、快速性及便捷性，可得到不同区域岩体波速的波速特征图，且得到的波速特征图直观反映实际分布与变化状态，可为分析岩体的局部破坏提供依据，从而可精确便捷自动地实现波速测量的目标，并为判定岩体的特性提供可靠基础数据，为分析预测煤岩的波速提供了新的便捷方法和思路。
图5是本公开一实施例提出的岩体波速的确定装置的结构示意图。
如图5所示，该岩体波速的确定装置70，包括：
第一获取模块510，用于基于待分析岩体的参数信息，获取所述待分析岩体的三维扫描数据；
第二获取模块520，用于对所述三维扫描数据进行处理，以得到所述待分析岩体的灰度图像；
计算模块530，用于根据所述灰度图像和所述三维扫描数据，计算所述待分析岩体的每个层位对应的岩体参数，以及所述待分析岩体的每个层理方向与预设方向之间的夹角；
生成模块540，用于根据所述参数信息、各个所述层位对应的岩体参数，以及每个所述层理方向与预设方向之间的所述夹角，生成所述待分析岩体对应的波速特征图。
可选的，所述第一获取模块，还用于：
确定所述待分析岩体的岩性组成成分和尺寸信息；
获取与所述岩性组成成分对应的纯煤的第一参数和纯岩的第二参数；
确定所述第一参数、所述第二参数和所述尺寸信息为所述待分析岩体的参数信息。
可选的，所述计算模块，具体用于：
根据所述灰度图像和所述三维扫描数据，计算所述待分析岩体的每个层位对应的岩体体积、以及所述岩体体积中的煤体积和岩体积；
根据所述每个层位对应的岩体体积、以及所述岩体体积中的煤体积和岩体积，计算所述待分析岩体的每个层位对应的煤含量和岩含量；
根据所述灰度图像和所述三维扫描数据，分析所述待分析岩体的每个层理方向与水平方向之间的夹角。
可选的，所述参数信息包含第一参数和第二参数，其中，所述第一参数包含有纯煤的纵波波速、横波波速、密度、泊松比、剪切模量、动态弹性模量、所述第二参数包含有纯岩的纵波波速、横波波速、密度、泊松比、剪切模量、动态弹性模量，
所述生成模块，具体用于：
根据每个所述层位对应的所述煤含量和岩含量、所述第一参数和所述第二参数，以及每个所述层理方向与预设方向之间的所述夹角，计算所述待分析岩体每个所述层位对应的所述待分析岩体的纵波波速；
根据各个所述层位对应的所述纵波波速，生成波速特征图。
可选的，第二获取模块，具体用于：
对所述三维扫描数据进行三维重构，以获取预设灰度级别的扫描图像；
对所述扫描图像进行滤波降噪和平滑处理；
对处理后的所述扫描图像进行阈值分割，以得到所述待分析岩体的不同层位的灰度图像。
本公开实施例中，首先基于待分析岩体的参数信息，获取所述待分析岩体的三维扫描数据，然后对所述三维扫描数据进行处理，以得到所述待分析岩体的灰度图像，之后根据所述灰度图像和所述三维扫描数据，计算所述待分析岩体的每个层位对应的岩体参数，以及所述待分析岩体的每个层理方向与预设方向之间的夹角，最后根据所述参数信息、各个所述层位对应的岩体参数，以及每个所述层理方向与预设方向之间的所述夹角，生成所述待分析岩体对应的波速特征图。由此，在获取不同方位、不同区域、不同层位的波速时，可以不用不断变换测试方位、测试区域、测试层位等，或者多次进行测量取平均值而获得相应方位、区域或层位的波速，测试程序简单，测试误差小，测试周期短，测试工作量小，可以满足快速精确便捷的要求，为地下工程利用声波探测精准判识煤岩层结构特征、地下工程开发及资源开采提供可靠的数据支撑。
图6示出了适于用来实现本公开实施方式的示例性电子设备的框图。图6显示的电子设备12仅仅是一个示例，不应对本公开实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图6所示，电子设备12以通用计算设备的形式表现。电子设备12的组件可以包括但不限于：一个或者多个处理器或者处理单元16，系统存储器28，连接不同系统组件（包括系统存储器28和处理单元16）的总线18。
总线18表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储器总线或者存储器控制器，外围总线，图形加速端口，处理器或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。举例来说，这些体系结构包括但不限于工业标准体系结构（Industry StandardArchitecture；以下简称：ISA）总线，微通道体系结构（Micro Channel Architecture；以下简称：MAC）总线，增强型ISA总线、视频电子标准协会（Video Electronics StandardsAssociation；以下简称：VESA）局域总线以及外围组件互连（Peripheral ComponentInterconnection；以下简称：PCI）总线。
电子设备12典型地包括多种计算机系统可读介质。这些介质可以是任何能够被电子设备12访问的可用介质，包括易失性和非易失性介质，可移动的和不可移动的介质。
存储器28可以包括易失性存储器形式的计算机系统可读介质，例如随机存取存储器（Random Access Memory；以下简称：RAM）30和/或高速缓存存储器32。电子设备12可以进一步包括其他可移动/不可移动的、易失性/非易失性计算机系统存储介质。仅作为举例，存储系统34可以用于读写不可移动的、非易失性磁介质（图6未显示，通常称为“硬盘驱动器”）。
尽管图6中未示出，可以提供用于对可移动非易失性磁盘（例如“软盘”）读写的磁盘驱动器，以及对可移动非易失性光盘（例如：光盘只读存储器（Compact Disc Read OnlyMemory；以下简称：CD-ROM）、数字多功能只读光盘（Digital Video Disc Read OnlyMemory；以下简称：DVD-ROM）或者其他光介质）读写的光盘驱动器。在这些情况下，每个驱动器可以通过一个或者多个数据介质接口与总线18相连。存储器28可以包括至少一个程序产品，该程序产品具有一组（例如至少一个）程序模块，这些程序模块被配置以执行本公开各实施例的功能。
具有一组（至少一个）程序模块42的程序/实用工具40，可以存储在例如存储器28中，这样的程序模块42包括但不限于操作系统、一个或者多个应用程序、其他程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。程序模块42通常执行本公开所描述的实施例中的功能和/或方法。
电子设备12也可以与一个或多个外部设备14（例如键盘、指向设备、显示器24等）通信，还可与一个或者多个使得人体能与该电子设备12交互的设备通信，和/或与使得该电子设备12能与一个或多个其他计算设备进行通信的任何设备（例如网卡，调制解调器等等）通信。这种通信可以通过输入/输出（I/O）接口22进行。并且，电子设备12还可以通过网络适配器20与一个或者多个网络（例如局域网（Local Area Network；以下简称：LAN），广域网（Wide Area Network；以下简称：WAN）和/或公共网络，例如因特网）通信。如图所示，网络适配器20通过总线18与电子设备12的其他模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合电子设备12使用其他硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、RAID系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。
处理单元16通过运行存储在系统存储器28中的程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，例如实现前述实施例中提及的岩体波速的确定方法。
为了实现上述实施例，本公开还提出一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本公开前述实施例提出的岩体波速的确定方法。
为了实现上述实施例，本公开还提出一种计算机程序产品，当计算机程序产品中的指令处理器执行时，执行如本公开前述实施例提出的岩体波速的确定方法。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其他实施方案。本公开旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。
需要说明的是，在本公开的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本公开的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本公开的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本公开的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本公开的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA），现场可编程门阵列（FPGA）等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本公开各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定是指相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本公开的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本公开的限制，本领域的普通技术人员在本公开的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种岩体波速的确定方法，其特征在于，包括：
基于待分析岩体的参数信息，获取所述待分析岩体的三维扫描数据；
对所述三维扫描数据进行处理，以得到所述待分析岩体的灰度图像；
根据所述灰度图像和所述三维扫描数据，计算所述待分析岩体的每个层位对应的岩体参数，以及所述待分析岩体的每个层理方向与预设方向之间的夹角；
根据所述参数信息、各个所述层位对应的岩体参数，以及每个所述层理方向与预设方向之间的所述夹角，生成所述待分析岩体对应的波速特征图。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述基于待分析岩体的参数信息，获取所述待分析岩体的三维扫描数据之前，还包括：
确定所述待分析岩体的岩性组成成分和尺寸信息；
获取与所述岩性组成成分对应的纯煤的第一参数和纯岩的第二参数；
确定所述第一参数、所述第二参数和所述尺寸信息为所述待分析岩体的参数信息。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述灰度图像和所述三维扫描数据，计算所述待分析岩体的每个层位对应的岩体参数，以及所述待分析岩体的每个层理方向与预设方向之间的夹角，包括：
根据所述灰度图像和所述三维扫描数据，计算所述待分析岩体的每个层位对应的岩体体积、以及所述岩体体积中的煤体积和岩体积；
根据所述每个层位对应的岩体体积、以及所述岩体体积中的煤体积和岩体积，计算所述待分析岩体的每个层位对应的煤含量和岩含量；
根据所述灰度图像和所述三维扫描数据，分析所述待分析岩体的每个层理方向与水平方向之间的夹角。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述参数信息包含第一参数和第二参数，其中，所述第一参数包含有纯煤的纵波波速、横波波速、密度、泊松比、剪切模量、动态弹性模量、所述第二参数包含有纯岩的纵波波速、横波波速、密度、泊松比、剪切模量、动态弹性模量，
所述根据所述参数信息、各个所述层位对应的岩体参数，以及每个所述层理方向与预设方向之间的所述夹角，生成所述待分析岩体对应的波速特征图，包括：
根据每个所述层位对应的所述煤含量和岩含量、所述第一参数和所述第二参数，以及每个所述层理方向与预设方向之间的所述夹角，计算所述待分析岩体每个所述层位对应的所述待分析岩体的纵波波速；
根据各个所述层位对应的所述纵波波速，生成波速特征图。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述三维扫描数据进行处理，以得到所述待分析岩体的灰度图像，包括：
对所述三维扫描数据进行三维重构，以获取预设灰度级别的扫描图像；
对所述扫描图像进行滤波降噪和平滑处理；
对处理后的所述扫描图像进行阈值分割，以得到所述待分析岩体的不同层位的灰度图像。
6.一种岩体波速的确定装置，其特征在于，包括：
第一获取模块，用于基于待分析岩体的参数信息，获取所述待分析岩体的三维扫描数据；
第二获取模块，用于对所述三维扫描数据进行处理，以得到所述待分析岩体的灰度图像；
计算模块，用于根据所述灰度图像和所述三维扫描数据，计算所述待分析岩体的每个层位对应的岩体参数，以及所述待分析岩体的每个层理方向与预设方向之间的夹角；
生成模块，用于根据所述参数信息、各个所述层位对应的岩体参数，以及每个所述层理方向与预设方向之间的所述夹角，生成所述待分析岩体对应的波速特征图。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一获取模块，还用于：
确定所述待分析岩体的岩性组成成分和尺寸信息；
获取与所述岩性组成成分对应的纯煤的第一参数和纯岩的第二参数；
确定所述第一参数、所述第二参数和所述尺寸信息为所述待分析岩体的参数信息。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述计算模块，具体用于：
根据所述灰度图像和所述三维扫描数据，计算所述待分析岩体的每个层位对应的岩体体积、以及所述岩体体积中的煤体积和岩体积；
根据所述每个层位对应的岩体体积、以及所述岩体体积中的煤体积和岩体积，计算所述待分析岩体的每个层位对应的煤含量和岩含量；
根据所述灰度图像和所述三维扫描数据，分析所述待分析岩体的每个层理方向与水平方向之间的夹角。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述参数信息包含第一参数和第二参数，其中，所述第一参数包含有纯煤的纵波波速、横波波速、密度、泊松比、剪切模量、动态弹性模量、所述第二参数包含有纯岩的纵波波速、横波波速、密度、泊松比、剪切模量、动态弹性模量，
所述生成模块，具体用于：
根据每个所述层位对应的所述煤含量和岩含量、所述第一参数和所述第二参数，以及每个所述层理方向与预设方向之间的所述夹角，计算所述待分析岩体每个所述层位对应的所述待分析岩体的纵波波速；
根据各个所述层位对应的所述纵波波速，生成波速特征图。
10.一种电子设备，其特征在于，包括：
至少一个处理器；以及
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1-5中任一项所述的方法。
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