專利名稱：一種砂土種類識別與顆粒組分分析裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工程地質(zhì)領(lǐng)域，具體涉及一種砂土種類識別與顆粒組分分析裝置。
背景技術(shù)：
砂土是一種常見的工程地基土，工程的性質(zhì)與砂土的種類和砂土顆粒組分等性質(zhì)密切相關(guān)，如相同密實度的粗砂承載力要比細(xì)砂的高，同等條件下粗砂與細(xì)砂比較，更不易產(chǎn)生砂土液化現(xiàn)象等等。因此，在工程勘察中，需要對砂土進(jìn)行取樣和篩分以便對其進(jìn)行檢測試驗，進(jìn)而得到砂土種類、顆粒組分、不均勻系數(shù)、砂土曲率系數(shù)和顆粒級配等工程性質(zhì)狀況。目前，獲得這些性質(zhì)需要進(jìn)行現(xiàn)場取樣，將砂土樣品運回試驗室，然后進(jìn)行篩分試驗，再進(jìn)行砂土顆粒組分分析等一系列操作，這需要花費大量的人力物力，給人們帶來了很多麻煩。鑒于此，本案發(fā)明人對上述問題進(jìn)行深入研究，遂有本案產(chǎn)生。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種操作簡單、使用方便且確定砂土性質(zhì)準(zhǔn)確、快速的砂土種類識別與顆粒組分分析裝置。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用這樣的技術(shù)方案一種砂土種類識別與顆粒組分分析裝置，包括對砂土進(jìn)行攝影以獲取砂土圖像的攝影系統(tǒng)，處理砂土圖像以得到砂土顆粒邊界化圖形的圖像處理系統(tǒng)，以及具有量測子系統(tǒng)、求解子系統(tǒng)、統(tǒng)計子系統(tǒng)、判別子系統(tǒng)和分析子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)；其中，上述量測子系統(tǒng)量測邊界化處理后的砂土顆粒圖像的面積，上述求解子系統(tǒng)將砂土顆粒圖像等效成同等面積的圓，并求出圓直徑，即為砂土顆粒的等效粒徑，上述統(tǒng)計子系統(tǒng)內(nèi)具有設(shè)定的粒徑范圍，并統(tǒng)計出位于此設(shè)定的粒徑范圍內(nèi)砂土顆粒圖像的面積占所有砂土顆粒圖像面積的比例，上述判別子系統(tǒng)根據(jù)內(nèi)嵌的砂土分類標(biāo)準(zhǔn)表模塊判別出砂土種類，上述分析子系統(tǒng)具有砂土不均勻系數(shù)計算模塊、砂土曲率系數(shù)計算模塊、砂土顆粒組分曲線繪制模塊和砂土顆粒級配分析模塊；上述攝影系統(tǒng)、圖像處理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)依次工作配合連接在一起。上述砂土分類標(biāo)準(zhǔn)表模塊選自國家標(biāo)準(zhǔn)《土的分類標(biāo)準(zhǔn)》模塊、國家標(biāo)準(zhǔn)《巖土工程勘察規(guī)范》模塊、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《港口工程地質(zhì)勘察規(guī)范》模塊、水利部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《土工試驗規(guī)程》模塊、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》模塊、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路土工試驗規(guī)程》模塊中的一種或多種。上述攝影系統(tǒng)具有鏡頭，在所述鏡頭的內(nèi)壁嵌設(shè)有光源。 上述數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)具有顯示模塊。采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明的砂土種類識別與顆粒組分分析裝置，包括對砂土進(jìn)行攝影以獲取砂土圖像的攝影系統(tǒng)，處理砂土圖像以得到砂土顆粒邊界化圖形的圖像處理系統(tǒng)，和集量測子系統(tǒng)、求解子系統(tǒng)、統(tǒng)計子系統(tǒng)、判別子系統(tǒng)和分析子系統(tǒng)于一體的數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)；量測子系統(tǒng)量測邊界化處理后的砂土顆粒圖像的面積，求解子系統(tǒng)將砂土顆粒圖像等效成同等面積的圓，并求出圓直徑，即為砂土顆粒的等效粒徑，統(tǒng)計子系統(tǒng)內(nèi)具有設(shè)定的粒徑范圍，并統(tǒng)計出位于設(shè)定粒徑范圍內(nèi)砂土顆粒圖像的面積占所有砂土顆粒圖像面積的比例，判別子系統(tǒng)根據(jù)內(nèi)嵌的砂土分類標(biāo)準(zhǔn)表模塊判別出砂土種類，分析子系統(tǒng)具有砂土不均勻系數(shù)計算模塊、砂土曲率系數(shù)計算模塊、砂土顆粒組分曲線繪制模塊和砂土顆粒級配分析模塊，可得到砂土的不均勻系數(shù)、曲率系數(shù)、顆粒組分曲線和砂土顆粒級配；攝影系統(tǒng)、圖像處理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)依次工作配合連接在一起，各系統(tǒng)利用各自的功能并依照相互配合工作的連接關(guān)系進(jìn)行工作，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的砂土種類識別與顆粒組分分析裝置，僅需在現(xiàn)場通過攝影系統(tǒng)對砂土進(jìn)行圖像采集，后續(xù)的圖像處理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)便可自動對此砂土圖像進(jìn)行分析判斷，進(jìn)而得到砂土種類、顆粒組分、不均勻系數(shù)、砂土曲率系數(shù)和顆粒級配等工程性質(zhì)狀況，免去取樣、運輸、篩分和計算分析等一系列復(fù)雜的人工操作，實現(xiàn)了自動化，操作簡單、使用方便且確定砂土性質(zhì)準(zhǔn)確、快速。


圖1為本發(fā)明的簡易結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明攝影系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1_攝影系統(tǒng)11_鏡頭111-光源2-圖像處理系統(tǒng)3-數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng) 31-量測子系統(tǒng)32-求解子系統(tǒng) 33-統(tǒng)計子系統(tǒng)34-判別子系統(tǒng)341-國家標(biāo)準(zhǔn)《土的分類標(biāo)準(zhǔn)》(GBJ145-90)模塊342-國家標(biāo)準(zhǔn)《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021-2001)模塊343-行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《港口工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(JTJ240-97)模塊344-水利部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《土工試驗規(guī)程》(SL237-1999)模塊345-行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(TB1002. 5-2005)模塊346-行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路土工試驗規(guī)程》(JTJ 051-93)模塊35_分析子系統(tǒng)351-砂土不均勻系數(shù)計算模塊352-砂土曲率系數(shù)計算模塊353-砂土顆粒組分曲線繪制模塊
354-砂土顆粒級配分析模塊36-顯示模塊
具體實施例方式為了進(jìn)一步解釋本發(fā)明的技術(shù)方案，下面通過具體實施例進(jìn)行詳細(xì)闡述。本發(fā)明的一種砂土種類識別與顆粒組分分析裝置，如圖1和2所示，包括攝影系統(tǒng)1，圖像處理系統(tǒng)2，和數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)3。攝影系統(tǒng)I具有對砂土進(jìn)行攝影以獲取砂土圖像的功能，圖像處理系統(tǒng)2具有將砂土圖像上的砂土顆粒進(jìn)行邊界化處理，得到每個砂土顆粒的邊界形狀的功能。數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)3集量測、求解、統(tǒng)計、判別和分析功能于一體，包括量測子系統(tǒng)31、求解子系統(tǒng)32、統(tǒng)計子系統(tǒng)33、判別子系統(tǒng)34和分析子系統(tǒng)35，其中，量測子系統(tǒng)31量測邊界化處理后的砂土顆粒圖像的面積，求解子系統(tǒng)32將砂土顆粒圖像等效成同等面積的圓，并求出圓直徑，即為砂土顆粒的等效粒徑，統(tǒng)計子系統(tǒng)33內(nèi)具有設(shè)定的粒徑范圍，并統(tǒng)計出位于此設(shè)定的粒徑范圍內(nèi)砂土顆粒圖像的面積占所有砂土顆粒圖像面積的比例，判別子系統(tǒng)34根據(jù)內(nèi)嵌的砂土分類標(biāo)準(zhǔn)表模塊判別出砂土種類；攝影系統(tǒng)1、圖像處理系統(tǒng)2和數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)3依次工作配合連接在一起。分析子系統(tǒng)35分析砂土的不均勻系數(shù)、曲率系數(shù)、繪制顆粒組分曲線和砂土顆粒級配，具體地結(jié)構(gòu)為分析子系統(tǒng)35具有砂土不均勻系數(shù)計算模塊351，本發(fā)明人將行業(yè)內(nèi)常用的砂土不均勻系數(shù)手動計算方法寫入實體模塊，得到砂土不均勻系數(shù)計算模塊351，砂土不均勻系數(shù)計算模塊351使數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)3具有計算砂土不均勻系數(shù)的功能。分析子系統(tǒng)35具有砂土曲率系數(shù)計算模塊352，本發(fā)明人將行業(yè)內(nèi)常用的砂土曲率系數(shù)手動計算方法寫入實體模塊，得到砂土曲率系數(shù)計算模塊352，砂土曲率系數(shù)計算模塊352使數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)3具有計算砂土曲率系數(shù)的功能。分析子系統(tǒng)35具有砂土顆粒組分曲線繪制模塊353，本發(fā)明人將行業(yè)內(nèi)常用的砂土顆粒組分曲線繪制方法寫入實體模塊，得到砂土顆粒組分曲線繪制模塊353，砂土顆粒組分曲線繪制模塊353使數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)3具有計算砂土曲率系數(shù)的功能。分析子系統(tǒng)35具有砂土顆粒級配分析模塊354，本發(fā)明人將行業(yè)內(nèi)常用的砂土顆粒級配分析方法寫入實體模塊，得到砂土顆粒級配分析模塊354，砂土顆粒級配分析模塊354使數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)3具有分析砂土顆粒級配并得到相應(yīng)結(jié)果的功能。優(yōu)選地，為具體實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)3的識別砂土種類的功能，可供選擇的砂土分類標(biāo)準(zhǔn)表模塊有國家標(biāo)準(zhǔn)《土的分類標(biāo)準(zhǔn)》(GBJ145-90)模塊341、國家標(biāo)準(zhǔn)《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021-2001)模塊342、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《港口工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(JTJ240-97)模塊343、水利部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《土工試驗規(guī)程》(SL237-1999)模塊344、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(TB1002. 5-2005)模塊345、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路土工試驗規(guī)程》(JTJ 051-93)模塊346。優(yōu)選地，攝影系統(tǒng)I具有鏡頭11，鏡頭11的內(nèi)壁嵌設(shè)有光源111，燈源111在攝影系統(tǒng)I拍攝砂土?xí)r用以照亮砂土的表面，以輔助攝影系統(tǒng)I拍攝得到明亮清晰的砂土圖像，具體結(jié)構(gòu)可為，鏡頭11呈圓柱形，直徑在10-20cm之間，長度大致為10cm，兩個燈泡形式的光源111以光線朝鏡頭外方向照射的方式對稱鑲嵌在鏡頭11的內(nèi)壁上。優(yōu)選地，數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)3具有顯示模塊36，顯示模塊36使數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)3具有顯示各所需參數(shù)的功能，砂土不均勻系數(shù)計算模塊351的計算結(jié)果、砂土曲率系數(shù)計算模塊352的計算結(jié)果、砂土顆粒組分曲線繪制模塊353的繪制結(jié)果和砂土顆粒級配分析模塊354的分析結(jié)果顯示在此顯示模塊36的顯示屏上。本發(fā)明的砂土種類識別與顆粒組分分析裝置，在使用時，將鏡頭11貼近砂土表面進(jìn)行攝影，形成砂土圖像，在攝影時，必要情況下可配合使用光源111照亮砂土表面，使圖像更加明亮清晰，利用圖像處理系統(tǒng)2對該砂土圖像進(jìn)行處理，獲取砂土顆粒圖像的邊界形狀，再由數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)3對圖像處理系統(tǒng)2得到的砂土顆粒圖像的邊界形狀進(jìn)行分析處理，以得出砂土種類和砂土顆粒組分狀況，具體是，根據(jù)需要選擇對照國家標(biāo)準(zhǔn)《土的分類標(biāo)準(zhǔn)》(GBJ145-90)模塊341、國家標(biāo)準(zhǔn)《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021-2001)模塊342、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《港口工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(JTJ240-97)模塊343、水利部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《土工試驗規(guī)程》(SL237-1999)模塊344、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(TB1002. 5-2005)模塊345、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路土工試驗規(guī)程》(JTJ 051-93)模塊346，以獲得相應(yīng)的砂土種類識別結(jié)果，根據(jù)需要通過砂土不均勻系數(shù)計算模塊351的功能計算出砂土的不均勻系數(shù)，通過砂土曲率系數(shù)計算模塊352的功能計算出砂土的曲率系數(shù)，通過砂土顆粒組分曲線繪制模塊353的功能形成砂土的顆粒組分曲線，通過砂土顆粒級配分析模塊354的功能分析得出砂土的顆粒級配狀況，上述相應(yīng)的結(jié)果顯示在顯示模塊36的顯示屏上。本發(fā)明的砂土種類識別與顆粒組分分析裝置，其各模塊均為具有相應(yīng)功能的實體模塊結(jié)構(gòu)，且可通過現(xiàn)有的已知實體模塊達(dá)到相應(yīng)的功能；鏡頭的形狀和尺寸及其形式可根據(jù)實際要求進(jìn)行調(diào)整和設(shè)計；光源的形式、數(shù)量和分布形式等可根據(jù)實際要求進(jìn)行調(diào)整和設(shè)計；砂土分類標(biāo)準(zhǔn)表模塊可根據(jù)實際要求選自國家標(biāo)準(zhǔn)《土的分類標(biāo)準(zhǔn)》(GBJ 145-90)模塊、國家標(biāo)準(zhǔn)《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021-2001)模塊、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《港口工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(JTJ 240-97)模塊、水利部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《土工試驗規(guī)程》(SL237-1999)模塊、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(TB1002. 5-2005)模塊、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路土工試驗規(guī)程》(JTJ051-93)模塊中的一種或幾種；圖像處理系統(tǒng)由編寫的計算機程序控制。本發(fā)明的產(chǎn)品形式并非限于本案圖示和實施例，任何人對其進(jìn)行類似思路的適當(dāng)變化或修飾，皆應(yīng)視為不脫離本發(fā)明的專利范疇。
權(quán)利要求
1.一種砂土種類識別與顆粒組分分析裝置，其特征在于包括對砂土進(jìn)行攝影以獲取砂土圖像的攝影系統(tǒng)，處理砂土圖像以得到砂土顆粒邊界化圖形的圖像處理系統(tǒng)，以及具有量測子系統(tǒng)、求解子系統(tǒng)、統(tǒng)計子系統(tǒng)、判別子系統(tǒng)和分析子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)； 其中，上述量測子系統(tǒng)量測邊界化處理后的砂土顆粒圖像的面積；上述求解子系統(tǒng)將砂土顆粒圖像等效成同等面積的圓，并求出圓直徑，即為砂土顆粒的等效粒徑；上述統(tǒng)計子系統(tǒng)內(nèi)具有設(shè)定的粒徑范圍，并統(tǒng)計出位于此設(shè)定的粒徑范圍內(nèi)砂土顆粒圖像的面積占所有砂土顆粒圖像面積的比例；上述判別子系統(tǒng)根據(jù)內(nèi)嵌的砂土分類標(biāo)準(zhǔn)表模塊判別出砂土種類；上述分析子系統(tǒng)具有砂土不均勻系數(shù)計算模塊、砂土曲率系數(shù)計算模塊、砂土顆粒組分曲線繪制模塊和砂土顆粒級配分析模塊； 上述攝影系統(tǒng)、圖像處理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)依次工作配合連接在一起。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種砂土種類識別與顆粒組分分析裝置，其特征在于上述砂土分類標(biāo)準(zhǔn)表模塊選自國家標(biāo)準(zhǔn)《土的分類標(biāo)準(zhǔn)》模塊、國家標(biāo)準(zhǔn)《巖土工程勘察規(guī)范》模塊、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《港口工程地質(zhì)勘察規(guī)范》模塊、水利部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《土工試驗規(guī)程》模塊、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》模塊、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路土工試驗規(guī)程》模塊中的一種或多種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種砂土種類識別與顆粒組分分析裝置，其特征在于上述攝影系統(tǒng)具有鏡頭，在所述鏡頭的內(nèi)壁嵌設(shè)有光源。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種砂土種類識別與顆粒組分分析裝置，其特征在于上述數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)具有顯示模塊。
全文摘要
本發(fā)明提出一種砂土種類識別與顆粒組分分析裝置，包括對砂土進(jìn)行攝影以獲取砂土圖像的攝影系統(tǒng)，處理砂土圖像得到砂土顆粒邊界化圖形的圖像處理系統(tǒng)；集量測、求解、統(tǒng)計、判別和分析功能于一體的數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)，得到砂土的種類、不均勻系數(shù)、曲率系數(shù)、繪制顆粒組分曲線和砂土顆粒級配。采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明的砂土種類識別與顆粒組分分析裝置，由于其將各功能系統(tǒng)依次工作配合連接在一起，各系統(tǒng)利用各自的功能并依照相互配合工作的連接關(guān)系進(jìn)行工作，并最終獲得砂土的種類和顆粒組分狀況，與現(xiàn)有技術(shù)相比，其免去取樣、運輸、篩分和計算分析等一系列復(fù)雜的人工操作，使用方便且確定砂土性質(zhì)準(zhǔn)確、快速。
文檔編號G01N15/14GK103048257SQ201210563649
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月21日
發(fā)明者常方強 申請人:華僑大學(xué)