吉林大学学报(地球科学版) ›› 2021, Vol. 51 ›› Issue (5): 1597-1604.doi: 10.13278/j.cnki.jjuese.20200291
熊越晗1, 刘东燕1, 刘东升2, 王艳磊2, 唐小山3
Xiong Yuehan1, Liu Dongyan1, Liu Dongsheng2, Wang Yanlei2, Tang Xiaoshan3
摘要: 在现阶段的岩土工程中,通常采用人工识别的方法来判别岩样种类,不仅耗时长、专业性强,还易受主观因素影响,准确率不理想。随着计算机技术的发展,机器学习逐渐被应用于岩性的自动识别,开启了岩样分类的新路径。本文以重庆市主城区4种典型岩样(泥岩、砂质泥岩、泥质砂岩和砂岩)的细观图像为研究对象,基于Inception V3卷积网络模型和迁移学习算法,建立了岩样细观图像深度学习模型,并完成了训练学习。结果显示:模型在训练1 000次后,训练集中的分类准确率达到92.77%,验证集中的分类准确率为76.31%。其中,验证集中的砂岩识别准确率为97.28%,泥岩识别准确率为81.85%,泥质砂岩识别准确率为72.59%,砂质泥岩识别准确率为72.35%。与现有的机器学习方法相比,本识别模型不仅可以自动识别岩性极为相近的岩样,而且具有较好的识别准确率、鲁棒性和泛化能力。
中图分类号:
| [1] 陈建平, 李婧, 崔宁, 等.大数据背景下地质云的构建与应用[J]. 地质通报, 2015, 34(7):1260-1265. Chen Jianping, Li Jing, Cui Ning, et al. The Construction and Application of Geological Cloud Under the Big Data Background[J]. Geological Bulletin of China, 2015, 34(7):1260-1265. [2] 肖克炎, 孙莉, 李楠, 等.大数据思维下的矿产资源评价[J]. 地质通报, 2015, 34(7):1266-1272. Xiao Keyan, Sun Li, Li Nan, et al. Mineral Resources Assessment Under the Thought of Big Data[J]. Geological Bulletin of China, 2015, 34(7):1266-1272. [3] 严光生, 薛群威, 肖克炎, 等.地质调查大数据研究的主要问题分析[J]. 地质通报, 2015, 34(7):1273-1279. Yan Guangsheng, Xue Qunwei, Xiao Keyan, et al. An Analysis of Major Problems in Geological Survey Big Data[J]. Geological Bulletin of China, 2015, 34(7):1273-1279. [4] 赵鹏大.大数据时代数字找矿与定量评价[J]. 地质通报, 2015, 34(7):1255-1259. Zhao Pengda. Digital Mineral Exploration and Quantitative Evaluation in the Big Data Age[J]. Geological Bulletin of China, 2015, 34(7):1255-1259. [5] 刘延保, 曹树刚, 刘玉成.基于LS-SVM的岩石细观图像分析方法探讨[J]. 岩石力学与工程学报, 2008, 27(5):1059-1065. Liu Yanbao, Cao Shugang, Liu Yucheng. Discussion on Analytical Method for LS-SVM Based Mesoscopic Rock Images[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2008, 27(5):1059-1065. [6] Singh N, Singh T N, Tiwary A, et al. Textural Identification of Basaltic Rock Mass Using Image Processing and Neural Network[J]. Computational Geosciences, 2010, 14(2):301-310. [7] Młynarczuk M, Górszczyk A, Ślipek B. The Application of Pattern Recognition in the Automatic Classification of Microscopic Rock Images[J]. Computers & Geosciences, 2013, 60(5):126-133. [8] 郭超, 刘烨.多色彩空间下的岩石图像识别研究[J]. 科学技术与工程, 2014, 14(18):247-251, 255. Guo Chao, Liu Ye. Recognition of Rock Images Based on Multiple Color Spaces[J]. Science Technology and Engineering, 2014, 14(18):247-251, 255. [9] 程国建, 杨静, 黄全舟, 等.基于概率神经网络的岩石薄片图像分类识别研究[J]. 科学技术与工程, 2013, 13(31):9231-9235. Cheng Guojian, Yang Jing, Huang Quanzhou, et al. Rock Image Classification Recognition Based on Probabilistic Neural Networks[J]. Science Technology and Engineering, 2013, 13(31):9231-9235. [10] 刘烨, 程国建, 马微, 等.基于铸体薄片图像颜色空间与形态学梯度的岩石分类[J]. 中南大学学报(自然科学版), 2016, 47(7):2375-2382. Liu Ye, Cheng Guojian, Ma Wei, et al. Rock Classification Based on Features Form Color Space and Morphological Gradient of Rock Thin Section Image[J]. Journal of Central South University(Science and Technology), 2016, 47(7):2375-2382. [11] 程国建, 刘丽婷.深度学习算法应用于岩石图像处理的可行性研究[J]. 软件导刊, 2016, 15(9):163-166. Cheng Guojian, Liu Liting. Feasibility Study of Deep Learning Algorithm Applied to Rock Image Processing[J]. Software Guide, 2016, 15(9):163-166. [12] 张野, 李明超, 韩帅.基于岩石图像深度学习的岩性自动识别与分类方法[J]. 岩石学报, 2018, 34(2):333-342. Zhang Ye, Li Mingchao, Han Shuai. Automatic Identification and Classification in Lithology Based on Deep Learning in Rock Images[J]. Acta Petrologica Sinica, 2018, 34(2):333-342. [13] 白林, 姚钰, 李双涛, 等.基于深度学习特征提取的岩石图像矿物成分分析[J]. 中国矿业, 2018, 27(7):178-182. Bai Lin, Yao Yu, Li Shuangtao, et al. Mineral Composition Analysis of Rock Image Based on Deep Learning Feature Extraction[J]. China Mining Magazine, 2018, 27(7):178-182. [14] 白林, 魏昕, 刘禹, 等.基于VGG模型的岩石薄片图像识别[J]. 地质通报, 2019, 38(12):2053-2058. Bai Lin, Wei Xin, Liu Yu, et al. Rock Thin Section Image Recognition and Classification Based on VGG Model[J]. Geological Bulletin of China, 2019, 38(12):2053-2058. [15] 王恒, 姜亚楠, 张欣, 等.基于梯度提升算法的岩性识别方法[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2021, 51(3):940-950. Wang Heng, Jiang Yanan, Zhang Xin, et al. Lithology Identification Method Based on Gradient Boosting Algorithm[J]. Journal of Jilin University(Earth Science Edition), 2021, 51(3):940-950. [16] 刘云鹏, 郭春影, 秦明宽, 等.基于PCA-SVM算法对稀土元素与稀土判别指标耦合数据集的铀矿床分类[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2021, 51(3):723-733. Liu Yunpeng, Guo Chunying, Qin Mingkuan, et al. Classfication of Uranium Deposits Based on PCA-SVM Algorithm for Coupling Data Set of Rare Earth Elements and Rare Earth Discrimination Indexes[J]. Journal of Jilin University(Earth Science Edition), 2021, 51(3):723-733. [17] Szegedy C, Liu W, Jia Y, et al. Going Deeper with Convolutions[C]//Proceedings of the IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition. Boston:Hynes Convention Center, 2015:1-9. [18] Szegedy C, Vanhoucke V, Ioffe S, et al. Rethinking the Inception Architecture for Computer Vision[C]//Proceedings of the IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition. Las Vegas:Caesars Palace, 2016:2818-2826. [19] Lin M, Chen Q, Yan S C. Network in Network[EB/OL]. ArXiv Preprint, 2013:(2013-12-16)[2020-11-21]. arxiv.org/abs/1312.4400. [20] 程国建, 范鹏召.基于深度信念网络的岩石粒度分类[J]. 西安石油大学学报(自然科学版), 2018, 33(3):107-112. Cheng Guojian, Fan Pengzhao. Analysis of Rock Granularity by Deep Belief Network[J]. Journal of Xi'an Shiyou University(Natural Science Edition), 2018, 33(3):107-112. [21] 程国建, 马微, 魏新善, 等.基于图像处理与神经网络的岩石组构识别[J]. 西安石油大学学报(自然科学版), 2013, 28(5):105-110. Cheng Guojian, Ma Wei, Wei Xinshan, et al. Research of Rock Texture Identification Based on Image Processing and Neural Network[J]. Journal of Xi'an Shiyou University(Natural Science Edition), 2013, 28(5):105-110. |
| [1] | 陈应显, 朱喆, 富颉鹏, 马慧茹. 基于条件生成对抗网络的深部水文地质剖面生成方法[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2026, 56(3): 975-985. |
| [2] | 李海港, 王涛, 杨艳伟, 董学征, 廖利勇, 付晓东, 刘硕磊, 倪雨苗. 基于深度学习的地下管线探地雷达数据反演[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2026, 56(3): 1026-1037. |
| [3] | 刘洪学, 杨化超, 卞和方, 李斌, 李磊, 汪森. 基于深度学习及人机协同的煤矿区地表遥感影像变化图斑智能提取[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2026, 56(3): 1076-1087. |
| [4] | 胡飞跃, 徐昊翔, 邓成坚, 杨舒铎. 基于深度学习模型的岩溶塌陷易发性评价——以广佛肇地区为例[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2026, 56(2): 584-597. |
| [5] | 刘涛, 刘宗堡, 张可佳, 张岩, 张瑞雪, 刘晓文, 徐翠云. 基于深度学习的致密砂岩储层薄片图像生成与识别方法 [J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2026, 56(2): 724-738. |
| [6] | 高全明, 尚复庆, 柴进, 王一, 孙伟, 赵静. 基于MagTrack-CNN的磁性目标运动轨迹实时定位跟踪方法[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2025, 55(6): 2088-2099. |
| [7] | 冯媛媛, 李朝奎, 刘松焕, 田沁. SSC-SeNet:一种融合点云与影像数据的露天矿区建筑物语义分割算法[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2025, 55(5): 1757-1773. |
| [8] | 齐娇, 曹思远. 基于先验知识的深度学习表面相关多次波压制方法[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2025, 55(5): 1702-1714. |
| [9] | 曹志民, 张丽, 郑兵, 韩建. 基于SMOTE平衡数据的极端随机树岩性识别[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2025, 55(4): 1372-1386. |
| [10] | 杨笑天, 谭金林, 鱼昕, 赵俊哲, 刘铭. 基于GAM-YOLOv8的遥感图像舰船目标跟踪[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2025, 55(1): 328-339. |
| [11] | 高康哲, 王凤艳, 刘子维, 王明常. 基于改进U-Net的遥感图像语义分割[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2024, 54(5): 1752-1763. |
| [12] | 王威, 熊艺舟, 王新. NHNet——新型层次化遥感图像语义分割网络[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2024, 54(5): 1764-1772. |
| [13] | 王婷婷, 黄志贤, 王洪涛, 杨明昊, 赵万春. 基于MobileNetV2的岩石薄片岩性识别[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2024, 54(4): 1432-1442. |
| [14] | 庞志超, 肖华, 毛晨飞, 陈国军, 梁琬坤, 高明, 张啸. 准噶尔盆地南缘地区含膏质地层岩性特征及测井识别方法[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2024, 54(4): 1419-1431. |
| [15] | 林雨准, 刘智, 王淑香, 芮杰, 金飞. 基于卷积神经网络的光学遥感影像道路提取方法研究进展[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2024, 54(3): 1068-1080. |
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