详情

原文传递基于图像识别的土体冻胀和冻结锋面测试装置及实施方法

专利名称：	基于图像识别的土体冻胀和冻结锋面测试装置及实施方法
摘要：	一种基于图像识别的土体冻胀和冻结锋面测试装置及实施方法，包括控制计算平台、真空透明环刀、土样、环境控制箱，环境控制箱置于控制计算平台上方，土样置于真空透明环刀内，土样和真空透明环刀联合体放置在控制计算平台的置样盘上。本发明通过双目识别技术确定土颗粒在三维空间中三个方向的位移量，基于多点位移叠加平均的方式确定土颗粒的平均竖向位移量，基于方差计算确定土颗粒的不均匀冻胀，基于空间勾股定理确定土样表面的整体运行状态，基于摄像测量图像比对方法确定土体冻结封面特征。本发明通过不接触土样方式测定土样表面冻胀变形和横向变形的测试装置，能够实现冻胀与冻结锋面集成测试，为季节冻土区的土体冻胀和冻结速率研究提供便利。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	辽宁;21
申请人：	大连理工大学
发明人：	郭晓霞;陈之祥;邵龙潭;李顺群;王鹏鹏;赵博雅;翟军亮
专利状态：	有效
申请日期：	2019-04-08T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-25T00:00:00+0800
申请号：	CN201910275821.9
公开号：	CN109932387A
代理机构：	大连理工大学专利中心
代理人：	李晓亮;潘迅
分类号：	G01N25/04(2006.01);G;G01;G01N;G01N25
申请人地址：	116024 辽宁省大连市甘井子区凌工路2号
主权项：	1.一种基于图像识别技术的土体冻胀和冻结锋面测试装置，其特征在于：所述的试验装置包括控制计算平台(1)、真空透明环刀(2)、土样(3)、环境控制箱(4)；所述环境控制箱(4)置于控制计算平台(1)上方，土样(3)置于真空透明环刀(2)内，土样(3)和真空透明环刀(2)联合体放置在控制计算平台(1)的置样盘(11)上；所述控制计算平台(1)包括置样盘(11)、补光灯带(12)、控制屏(13)、开机键(14)、急停键(15)、循环管入口(16)、循环管出口(17)、充电接口(18)、数据传输接口(19)；所述置样盘(11)位于控制计算平台(1)的上部；所述补光灯带(12)位于置样盘(11)的外围，为微型耐低温相机(46)的拍摄提供光照环境；所述控制屏(13)和开机键(14)设置在控制计算平台(1)的前表面，控制屏(13)用于设置土样(3)温度；所述急停键(15)、循环管入口(16)、循环管出口(17)位于控制计算平台(1)的右侧表面，循环管入口(16)、循环管出口(17)分别与循环水浴设备相连接；所述充电接口(18)和数据传输接口(19)设置在控制计算平台(1)后表面，数据传输接口(19)与计算机相连接；所述环境控制箱(4)包括有控制箱体(41)、控制箱门(42)、循环冷却管(44)、温度测试探头(45)、四个微型耐低温相机(46)、耐低温照明灯(47)、中空分隔板(48)、中空分隔板滑道(49)；所述控制箱体(41)下底面为开口结构，侧面与控制箱门(42)连接；所述循环冷却管(44)位于控制箱体(41)的内部表面，循环冷却管(44)两端分别与循环管入口(16)、循环管出口(17)连接，用于维持环境控制箱(4)的温度；所述2个温度测试探头(45)布置在控制箱体(41)的内部同一侧面，中空分隔板(48)上下各设一个温度测试探头(45)，用于监测环境控制箱(4)上部和下部环境的温度和冻结温度梯度；所述2个微型耐低温相机(46)分别布置在控制箱体(41)内部两侧面，且关于真空透明环刀(2)对称，用于监测降温过程中土样(3)侧面的图像；另外两个微型耐低温相机(46)布置在控制箱体(41)内部顶面，用于监测降温过程中土样(3)顶面的横向方向、纵向方向、垂直方向的变形；所述中空分隔板(48)中心开有与真空透明环刀(2)直径相同的孔，中空分隔板(48)布置在控制箱体(41)的中空分隔板滑道(49)上且下底面与真空透明环刀(2)相接触，中空分隔板(48)用于保证土样(3)由上至下的单向冻结。 2.根据权利要求1所述的一种基于图像识别技术的土体冻胀和冻结锋面测试装置，其特征在于：所述的环境控制箱(4)还包括柔性磁密封条(43)，柔性磁密封条(43)位于控制箱门(42)的内部外围用于实现箱体(41)与控制箱门(42)的密封。 3.一种权利要求1或2所述的基于图像识别技术的土体冻胀和冻结锋面测试装置的实施方法，其特征在于，包括以下步骤： 1)制备土样(3)并组装基于图像识别技术的土体冻胀和冻结锋面测试装置； 2)通过开机键(14)打开土体冻胀和冻结锋面测试装置，通过控制屏(13)设置土样温度环境并开始试验； 3)试验开始前，通过布置在控制箱体(41)内部顶面的2个微型耐低温相机(46)记录土样(3)表面i角点在横向方向、纵向方向、垂直方向的初始坐标值，并分别记为x0i、y0i、z0i；试验结束后，通过布置在控制箱体(41)内部顶面的2个微型耐低温相机(46)记录土样(3)表面i角点在横向方向、纵向方向、垂直方向变形后的坐标值，并分别记为xsi、ysi、zsi，通过公式(1)计算土样(3)的平均冻胀量或盐胀量E，公式(1)为：公式中，E为土样(3)的平均冻胀量或盐胀量，z0i为土样(3)表面i角点在垂直方向的初始坐标值，zsi为土样(3)表面i角点在垂直方向变形后的坐标值，N为土样(3)表面各角点的数量； 4)依据公式(2)计算土样(3)的变形特征，公式(2)为：公式中，E为土样(3)的平均冻胀量或盐胀量；z0i为土样(3)表面i角点在垂直方向的初始坐标值，zsi为土样(3)表面i角点在垂直方向变形后的坐标值，N为土样(3)表面各角点的数量； 5)依据公式(3)确定土样(3)表面的整体运行状态C，公式(3)为：公式中，C为土样(3)表面的整体运行状态；x0i为土样(3)表面i角点在横向的初始坐标值；xsi为土样(3)表面i角点在横向变形后的坐标值；y0i为土样(3)表面i角点在纵向的初始坐标值；ysi为土样(3)表面i角点在纵向变形后的坐标值；z0i为土样(3)表面i角点在垂直方向的初始坐标值；zsi为土样(3)表面i角点在垂直方向变形后的坐标值； 6)根据分别布置在控制箱体(41)内部的左侧面和右侧面且关于真空透明环刀(2)对称的2个微型耐低温相机(46)记录土样(3)侧面的图像数据； 7)根据布置在控制箱体(41)内部左右侧面的微型耐低温相机(46)记录土样(3)左侧面和右侧面不同时刻的图像，采用图像比对方法确定冻结锋面。
所属类别：	发明专利