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基于改进的U-net模型的岩体裂隙识别及特征参数提取

张梦瑶 马思哲 党超

张梦瑶, 马思哲, 党超. 基于改进的U-net模型的岩体裂隙识别及特征参数提取[J]. 地质科技通报. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20250491
引用本文: 张梦瑶, 马思哲, 党超. 基于改进的U-net模型的岩体裂隙识别及特征参数提取[J]. 地质科技通报. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20250491
Identification of Rock Mass Fractures and Extraction of Characteristic Parameters Based on an Improved U-Net Model[J]. Bulletin of Geological Science and Technology. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20250491
Citation: Identification of Rock Mass Fractures and Extraction of Characteristic Parameters Based on an Improved U-Net Model[J]. Bulletin of Geological Science and Technology. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20250491

基于改进的U-net模型的岩体裂隙识别及特征参数提取

doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20250491
基金项目: 国家级-国家自然科学基金青年基金项目(41701013)

Identification of Rock Mass Fractures and Extraction of Characteristic Parameters Based on an Improved U-Net Model

  • 摘要: 【目的】为解决传统人工岩体裂隙识别方法效率低、主观性强且受地势影响大的问题,实现高陡边坡等场景下裂隙的快速精确识别与特征参数提取。【方法】本文在原U-net模型的基础上结合GeoCrack公开数据构建裂隙数据集;将CBAM注意力机制和多尺度特征融合模块引入U-net模型,以适应裂隙线性不规则的特点;采用AdamW优化器与余弦退火学习率调度器,既能加快模型收敛的速度,同时也可保证训练的稳定性;通过高斯模糊、形态学开闭运算、骨架化等方法对识别图像进行预处理;利用点云数据与相机参数实现二维图像与三维点云数据的结合;利用相关计算方法,得出裂隙的相关特征参数。最后,将现场利用无人机拍摄的鸡公岩岩体图像作为实例,对上述方法进行验证。【结果】试验结果表明:改进U-net模型的PA、MPA、MIoU指标均显著高于传统FCN和原始U-net模型;在鸡公岩危岩体实例中,模型识别出的裂隙倾向(以320°和140°为主)和倾角(75°–85°)与现场测绘结果(T1:330°∠82°、T3:170°∠82°)基本吻合;三维裂隙长度、宽度计算的误差较小。【结论】本研究提供了一种可用于自动识别岩体裂隙和特征参数计算的方法。该方法不仅降低了裂隙调查的成本,又能提高裂隙识别的精度,解决了传统岩体裂隙调查存在的难题,为制定相关工程防治措施提供参考,具有较高的工程价值。

     

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出版历程
  • 收稿日期:  2025-11-11
  • 网络出版日期:  2026-02-27

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     《地质科技通报》编辑部