专利名称：一种砂土种类识别与颗粒组分分析装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及工程地质领域，具体涉及一种砂土种类识别与颗粒组分分析装置。
背景技术：
砂土是一种常见的工程地基土，工程的性质与砂土的种类和砂土颗粒组分等性质密切相关，如相同密实度的粗砂承载力要比细砂的高，同等条件下粗砂与细砂比较，更不易产生砂土液化现象等等。因此，在工程勘察中，需要对砂土进行取样和筛分以便对其进行检测试验，进而得到砂土种类、颗粒组分、不均匀系数、砂土曲率系数和颗粒级配等工程性质状况。目前，获得这些性质需要进行现场取样，将砂土样品运回试验室，然后进行筛分试验，再进行砂土颗粒组分分析等一系列操作，这需要花费大量的人力物力，给人们带来了很多麻烦。鉴于此，本案发明人对上述问题进行深入研究，遂有本案产生。

发明内容
本发明的目的在于提供一种操作简单、使用方便且确定砂土性质准确、快速的砂土种类识别与颗粒组分分析装置。为了达到上述目的，本发明采用这样的技术方案一种砂土种类识别与颗粒组分分析装置，包括对砂土进行摄影以获取砂土图像的摄影系统，处理砂土图像以得到砂土颗粒边界化图形的图像处理系统，以及具有量测子系统、求解子系统、统计子系统、判别子系统和分析子系统的数据分析处理系统；其中，上述量测子系统量测边界化处理后的砂土颗粒图像的面积，上述求解子系统将砂土颗粒图像等效成同等面积的圆，并求出圆直径，即为砂土颗粒的等效粒径，上述统计子系统内具有设定的粒径范围，并统计出位于此设定的粒径范围内砂土颗粒图像的面积占所有砂土颗粒图像面积的比例，上述判别子系统根据内嵌的砂土分类标准表模块判别出砂土种类，上述分析子系统具有砂土不均匀系数计算模块、砂土曲率系数计算模块、砂土颗粒组分曲线绘制模块和砂土颗粒级配分析模块；上述摄影系统、图像处理系统和数据分析处理系统依次工作配合连接在一起。上述砂土分类标准表模块选自国家标准《土的分类标准》模块、国家标准《岩土工程勘察规范》模块、行业标准《港口工程地质勘察规范》模块、水利部行业标准《土工试验规程》模块、行业标准《铁路桥涵地基和基础设计规范》模块、行业标准《公路土工试验规程》模块中的一种或多种。上述摄影系统具有镜头，在所述镜头的内壁嵌设有光源。 上述数据分析处理系统具有显示模块。采用上述技术方案后，本发明的砂土种类识别与颗粒组分分析装置，包括对砂土进行摄影以获取砂土图像的摄影系统，处理砂土图像以得到砂土颗粒边界化图形的图像处理系统，和集量测子系统、求解子系统、统计子系统、判别子系统和分析子系统于一体的数据分析处理系统；量测子系统量测边界化处理后的砂土颗粒图像的面积，求解子系统将砂土颗粒图像等效成同等面积的圆，并求出圆直径，即为砂土颗粒的等效粒径，统计子系统内具有设定的粒径范围，并统计出位于设定粒径范围内砂土颗粒图像的面积占所有砂土颗粒图像面积的比例，判别子系统根据内嵌的砂土分类标准表模块判别出砂土种类，分析子系统具有砂土不均匀系数计算模块、砂土曲率系数计算模块、砂土颗粒组分曲线绘制模块和砂土颗粒级配分析模块，可得到砂土的不均匀系数、曲率系数、颗粒组分曲线和砂土颗粒级配；摄影系统、图像处理系统和数据分析处理系统依次工作配合连接在一起，各系统利用各自的功能并依照相互配合工作的连接关系进行工作，与现有技术相比，本发明的砂土种类识别与颗粒组分分析装置，仅需在现场通过摄影系统对砂土进行图像采集，后续的图像处理系统和数据分析处理系统便可自动对此砂土图像进行分析判断，进而得到砂土种类、颗粒组分、不均匀系数、砂土曲率系数和颗粒级配等工程性质状况，免去取样、运输、筛分和计算分析等一系列复杂的人工操作，实现了自动化，操作简单、使用方便且确定砂土性质准确、快速。


图1为本发明的简易结构示意图；图2为本发明摄影系统的结构示意图。图中1_摄影系统11_镜头111-光源2-图像处理系统3-数据分析处理系统 31-量测子系统32-求解子系统 33-统计子系统34-判别子系统341-国家标准《土的分类标准》(GBJ145-90)模块342-国家标准《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001)模块343-行业标准《港口工程地质勘察规范》(JTJ240-97)模块344-水利部行业标准《土工试验规程》(SL237-1999)模块345-行业标准《铁路桥涵地基和基础设计规范》(TB1002. 5-2005)模块346-行业标准《公路土工试验规程》(JTJ 051-93)模块35_分析子系统351-砂土不均匀系数计算模块352-砂土曲率系数计算模块353-砂土颗粒组分曲线绘制模块
354-砂土颗粒级配分析模块36-显示模块
具体实施例方式为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例进行详细阐述。本发明的一种砂土种类识别与颗粒组分分析装置，如图1和2所示，包括摄影系统1，图像处理系统2，和数据分析处理系统3。摄影系统I具有对砂土进行摄影以获取砂土图像的功能，图像处理系统2具有将砂土图像上的砂土颗粒进行边界化处理，得到每个砂土颗粒的边界形状的功能。数据分析处理系统3集量测、求解、统计、判别和分析功能于一体，包括量测子系统31、求解子系统32、统计子系统33、判别子系统34和分析子系统35，其中，量测子系统31量测边界化处理后的砂土颗粒图像的面积，求解子系统32将砂土颗粒图像等效成同等面积的圆，并求出圆直径，即为砂土颗粒的等效粒径，统计子系统33内具有设定的粒径范围，并统计出位于此设定的粒径范围内砂土颗粒图像的面积占所有砂土颗粒图像面积的比例，判别子系统34根据内嵌的砂土分类标准表模块判别出砂土种类；摄影系统1、图像处理系统2和数据分析处理系统3依次工作配合连接在一起。分析子系统35分析砂土的不均匀系数、曲率系数、绘制颗粒组分曲线和砂土颗粒级配，具体地结构为分析子系统35具有砂土不均匀系数计算模块351，本发明人将行业内常用的砂土不均匀系数手动计算方法写入实体模块，得到砂土不均匀系数计算模块351，砂土不均匀系数计算模块351使数据分析处理系统3具有计算砂土不均匀系数的功能。分析子系统35具有砂土曲率系数计算模块352，本发明人将行业内常用的砂土曲率系数手动计算方法写入实体模块，得到砂土曲率系数计算模块352，砂土曲率系数计算模块352使数据分析处理系统3具有计算砂土曲率系数的功能。分析子系统35具有砂土颗粒组分曲线绘制模块353，本发明人将行业内常用的砂土颗粒组分曲线绘制方法写入实体模块，得到砂土颗粒组分曲线绘制模块353，砂土颗粒组分曲线绘制模块353使数据分析处理系统3具有计算砂土曲率系数的功能。分析子系统35具有砂土颗粒级配分析模块354，本发明人将行业内常用的砂土颗粒级配分析方法写入实体模块，得到砂土颗粒级配分析模块354，砂土颗粒级配分析模块354使数据分析处理系统3具有分析砂土颗粒级配并得到相应结果的功能。优选地，为具体实现数据分析处理系统3的识别砂土种类的功能，可供选择的砂土分类标准表模块有国家标准《土的分类标准》(GBJ145-90)模块341、国家标准《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001)模块342、行业标准《港口工程地质勘察规范》(JTJ240-97)模块343、水利部行业标准《土工试验规程》(SL237-1999)模块344、行业标准《铁路桥涵地基和基础设计规范》(TB1002. 5-2005)模块345、行业标准《公路土工试验规程》(JTJ 051-93)模块346。优选地，摄影系统I具有镜头11，镜头11的内壁嵌设有光源111，灯源111在摄影系统I拍摄砂土时用以照亮砂土的表面，以辅助摄影系统I拍摄得到明亮清晰的砂土图像，具体结构可为，镜头11呈圆柱形，直径在10-20cm之间，长度大致为10cm，两个灯泡形式的光源111以光线朝镜头外方向照射的方式对称镶嵌在镜头11的内壁上。优选地，数据分析处理系统3具有显示模块36，显示模块36使数据分析处理系统3具有显示各所需参数的功能，砂土不均匀系数计算模块351的计算结果、砂土曲率系数计算模块352的计算结果、砂土颗粒组分曲线绘制模块353的绘制结果和砂土颗粒级配分析模块354的分析结果显示在此显示模块36的显示屏上。本发明的砂土种类识别与颗粒组分分析装置，在使用时，将镜头11贴近砂土表面进行摄影，形成砂土图像，在摄影时，必要情况下可配合使用光源111照亮砂土表面，使图像更加明亮清晰，利用图像处理系统2对该砂土图像进行处理，获取砂土颗粒图像的边界形状，再由数据分析处理系统3对图像处理系统2得到的砂土颗粒图像的边界形状进行分析处理，以得出砂土种类和砂土颗粒组分状况，具体是，根据需要选择对照国家标准《土的分类标准》(GBJ145-90)模块341、国家标准《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001)模块342、行业标准《港口工程地质勘察规范》(JTJ240-97)模块343、水利部行业标准《土工试验规程》(SL237-1999)模块344、行业标准《铁路桥涵地基和基础设计规范》(TB1002. 5-2005)模块345、行业标准《公路土工试验规程》(JTJ 051-93)模块346，以获得相应的砂土种类识别结果，根据需要通过砂土不均匀系数计算模块351的功能计算出砂土的不均匀系数，通过砂土曲率系数计算模块352的功能计算出砂土的曲率系数，通过砂土颗粒组分曲线绘制模块353的功能形成砂土的颗粒组分曲线，通过砂土颗粒级配分析模块354的功能分析得出砂土的颗粒级配状况，上述相应的结果显示在显示模块36的显示屏上。本发明的砂土种类识别与颗粒组分分析装置，其各模块均为具有相应功能的实体模块结构，且可通过现有的已知实体模块达到相应的功能；镜头的形状和尺寸及其形式可根据实际要求进行调整和设计；光源的形式、数量和分布形式等可根据实际要求进行调整和设计；砂土分类标准表模块可根据实际要求选自国家标准《土的分类标准》(GBJ 145-90)模块、国家标准《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001)模块、行业标准《港口工程地质勘察规范》(JTJ 240-97)模块、水利部行业标准《土工试验规程》(SL237-1999)模块、行业标准《铁路桥涵地基和基础设计规范》(TB1002. 5-2005)模块、行业标准《公路土工试验规程》(JTJ051-93)模块中的一种或几种；图像处理系统由编写的计算机程序控制。本发明的产品形式并非限于本案图示和实施例，任何人对其进行类似思路的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。
权利要求
1.一种砂土种类识别与颗粒组分分析装置，其特征在于包括对砂土进行摄影以获取砂土图像的摄影系统，处理砂土图像以得到砂土颗粒边界化图形的图像处理系统，以及具有量测子系统、求解子系统、统计子系统、判别子系统和分析子系统的数据分析处理系统； 其中，上述量测子系统量测边界化处理后的砂土颗粒图像的面积；上述求解子系统将砂土颗粒图像等效成同等面积的圆，并求出圆直径，即为砂土颗粒的等效粒径；上述统计子系统内具有设定的粒径范围，并统计出位于此设定的粒径范围内砂土颗粒图像的面积占所有砂土颗粒图像面积的比例；上述判别子系统根据内嵌的砂土分类标准表模块判别出砂土种类；上述分析子系统具有砂土不均匀系数计算模块、砂土曲率系数计算模块、砂土颗粒组分曲线绘制模块和砂土颗粒级配分析模块； 上述摄影系统、图像处理系统和数据分析处理系统依次工作配合连接在一起。
2.根据权利要求1所述的一种砂土种类识别与颗粒组分分析装置，其特征在于上述砂土分类标准表模块选自国家标准《土的分类标准》模块、国家标准《岩土工程勘察规范》模块、行业标准《港口工程地质勘察规范》模块、水利部行业标准《土工试验规程》模块、行业标准《铁路桥涵地基和基础设计规范》模块、行业标准《公路土工试验规程》模块中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种砂土种类识别与颗粒组分分析装置，其特征在于上述摄影系统具有镜头，在所述镜头的内壁嵌设有光源。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种砂土种类识别与颗粒组分分析装置，其特征在于上述数据分析处理系统具有显示模块。
全文摘要
本发明提出一种砂土种类识别与颗粒组分分析装置，包括对砂土进行摄影以获取砂土图像的摄影系统，处理砂土图像得到砂土颗粒边界化图形的图像处理系统；集量测、求解、统计、判别和分析功能于一体的数据分析处理系统，得到砂土的种类、不均匀系数、曲率系数、绘制颗粒组分曲线和砂土颗粒级配。采用上述技术方案后，本发明的砂土种类识别与颗粒组分分析装置，由于其将各功能系统依次工作配合连接在一起，各系统利用各自的功能并依照相互配合工作的连接关系进行工作，并最终获得砂土的种类和颗粒组分状况，与现有技术相比，其免去取样、运输、筛分和计算分析等一系列复杂的人工操作，使用方便且确定砂土性质准确、快速。
文档编号G01N15/14GK103048257SQ201210563649
公开日2013年4月17日 申请日期2012年12月21日 优先权日2012年12月21日
发明者常方强 申请人:华侨大学