CN106596361A - 一种野外堆积物粒径快速测定系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种野外堆积物粒径快速测定系统及方法，采用摄像装置获取堆积物露头图像，所述摄像装置内置图像处理程序；所述野外堆积物粒径快速测定系统还包含标准框及三脚架；所述标准框的四边含刻度；所述摄像装置固定在三脚架上。所述野外堆积物粒径快速测定系统还包含激光笔，所述三脚架设置有夹具，夹持激光笔，摄像装置中心在激光笔长轴上。所述摄像装置为相机或者手机。利用本发明的本发明所述系统和方法能够准确、快速在野外测量松散堆积体的粒径分布，对于预测边坡稳定性、滑坡的预防及治理等具有重要意义。
Description
技术领域
本发明属于地质测量领域，具体涉及一种野外堆积物粒径快速测定仪系统及方法。
背景技术
松散堆积体斜坡破坏效应，如地震造成的滑坡、崩塌、泥石流和边坡失稳,冰川运动形成的终碛垄、侧碛垄地貌上的冰碛物剥落、拉裂倾倒，是常见的地质灾害,危害性极大。不仅对更工程建设造成了困难和危害，更对道路、坡体及坡脚居民的安全造成了严重影响。松散堆积体由陡边坡演化为滑坡的过程中，关键的影响因素是岩土体的抗剪强度。
然而，利用现有技术在野外调查时，通常只能记录最大砾石直径，估计平均粒径，含石率则难以估计。而含石率对对松散堆积体(如冰碛物)的抗剪强度有重要作用的。当含石率低于20％～30％时，砾石在土体中只起填料作用,形不成骨架,对土的抗剪强度影响甚微；当含石率高于20％～30％后,砾石在土体中起骨架作用,对堆积体的抗剪强度影响显著。随着含石量增加,堆积体抗剪强度急剧地增大。
目前粒度分析主要为标准土壤筛，但最大筛径仅为60mm，而现实中大量的砾石大于60mm，因此无法获得准确的含石率。
此外，组构和粒度是碎屑沉积物(岩)最重要的结构特征，在野外地质调查时，碎石土粒径的描述往往没有经过实测而由调查者肉眼估计，造成极大的误差。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种野外堆积物粒径快速测定系统，用于野外快速测定堆积物粒径组成。
为实现上述目的，本发明所提供的野外堆积物粒径快速测定系统，采用摄像装置获取堆积物露头图像，所述摄像装置内置图像处理程序；所述野外堆积物粒径快速测定系统还包含标准框及三脚架；所述标准框的四边含刻度；所述摄像装置固定在三脚架上。
优选的，所述野外堆积物粒径快速测定系统还包含激光笔，所述三脚架设置有夹具，夹持激光笔，摄像装置中心在激光笔长轴上。保证摄像装置与堆积物断面的垂直关系
优选的，所述标准框为1.5m*1.5m或2m*2m，由4根刻度尺组成，其刻度为毫米，相邻刻度尺由螺母/螺杆连接。进一步优选的，所述相邻标准框的刻度尺的连接端设置连接杠杆，一端焊接，一端以螺母/螺杆链接。不仅能保持稳定性，而且整个标准框可现场拼装。
优选的，所述摄像装置为相机或者手机。优选的，所述野外堆积物粒径快速测定系统还包含有反光板。
以上所述的野外堆积物粒径快速测定系统的操作方法步骤为：
S1、选择堆积物的良好露头；现场安装标准框，将带刻度尺的标准框用钢钉固定于露头面前面，覆盖露头面局部，贴近露头面；
S2、将三脚架放置于距标准框约2m处，左右及上下调整三脚架的位置使得激光笔的红点正好落于标准框中心；
S3、将相机调到刚好覆盖标准框的区域，采集图像，图像采集至少3次；
S4、由内置图像处理程序的摄像装置对选出的图像处理，获取堆积物粒径，输出颗分曲线和面含石率。
优化的，所述步骤S1中，标准框的中心高度约等于测试者的身高减掉30公分。所述步骤S3中，使用反光板把光线反射到出露面。采集图像时，注意不要使得图像有过多的阴影，反光板能够避免光线弱而造成的马赛克、虚焦、黑暗等状况发生。优化的，所述步骤S4中，定义粒径大于10mm的连通区域面积之和为面含石率。
本发明提供的一种野外堆积物粒径快速测定仪系统和方法的有益效果体现在能够通过内置图像处理程序的摄像装置以及标准框、三脚架等，在野外即时、准确的测量松散堆积体的粒径分布，对于预测边坡稳定性、滑坡的预防及治理等具有重要意义。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并不构成对本发明的限制。
图1为本发明所述标准框(1)的结构。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的实施作进一步的描述。
本发明所提供的野外堆积物粒径快速测定系统，采用摄像装置获取堆积物露头图像，所述摄像装置内置图像处理程序；所述野外堆积物粒径快速测定系统还包含标准框1及三脚架；所述标准框1的四边含刻度；所述摄像装置固定在三脚架上。所述野外堆积物粒径快速测定系统还包含激光笔，所述三脚架设置有夹具，夹持激光笔，摄像装置中心在激光笔长轴上。保证摄像装置与堆积物断面的垂直关系
如图1所示，所述标准框1为1.5m*1.5m或2m*2m，由4根刻度尺2组成，其刻度为毫米，相邻刻度尺2由螺母/螺杆连接。进一步优选的，所述相邻标准框1的刻度尺2的连接端设置连接杠杆3，一端焊接，一端以螺母/螺杆链接。不仅能保持稳定性，而且整个标准框1可现场拼装。
利用相机作为摄像装置的野外堆积物粒径快速测定系统的操作方法步骤为：
S1、选择堆积物的良好露头；现场安装标准框1，将带刻度尺2的标准框1用钢钉固定于露头面前面，覆盖露头面局部，贴近露头面；优化的，标准框1的中心高度约等于测试者的身高减掉30公分；
S2、将三脚架放置于距标准框1约2m处，左右及上下调整三脚架的位置使得激光笔的红点正好落于标准框1中心；
S3、将相机调到刚好覆盖标准框1的区域，采集图像，图像采集至少3次；优选的，使用反光板把光线反射到出露面。采集图像时，注意不要使得图像有过多的阴影，反光板能够避免光线弱而造成的马赛克、虚焦、黑暗等状况发生；
S4、由内置图像处理程序的摄像装置对选出的图像处理，获取堆积物粒径，输出颗分曲线和面含石率。优化的，定义粒径大于10mm的连通区域面积之和为面含石率。
对图像的处理过程具体步骤如下：
①将图像二值化，使用人工阈值或全局阈值分割图像；
②数学形态学处理，先进行膨胀运算，然后进行填充，最后进行形态学腐蚀运算。
③对图像进行边缘检测，提取图像轮廓，提取出图像中对象与背景间的交界线，边缘即图像中灰度发生急剧变化的区域边界。图像灰度的变化情况可以用图像灰度分布的梯度来反映，可以用局部图像微分技术来获得边缘检测算子，通过对原始图像中像素的某小邻域构造边缘检测算子来达到检测边缘这一目的的。边缘检测通常由以下步骤完成：
A)滤波：边缘检测算法主要是基于图像强度的一阶和二阶导数，但导数的计算对噪声很敏感，因此必须使用滤波器来改善与噪声有关的边缘检测器的性能。
B)增强:增强边缘的基础是确定图像各点邻域强度的变化值。增强算法可以将邻域(或局部)强度值有显著变化的点突显出来。边缘增强一般是通过计算梯度幅值来完成的。
C)检测：在图像中有许多点的梯度幅值比较大，而这些点在特定的应用领域中并不都是边缘，所以应该用某种方法来确定哪些点是边缘点。最简单的边缘检测判据是梯度幅值阈值判据。
D)定位：边缘的位置可在子像素分辨率上来估计，边缘的方位也可以被估计出来。
④查询标准框1的边长的测量值；然后对轮廓所在区域进行连通处理，查询各个封闭区间的面积及直径；以此换算为砾石面积及直径。查询算法为：
A)记录轮廓点像素的坐标；
B)计算两点最长距离即为粒径；
C)面积为区域双重积分。
⑤输出数据(面含石率、大于等于5mm的颗粒的粒径及面积)，作颗分曲线，计算面含石率。
A)根据步骤④，得出各个连通区域的面积及粒径，定义粒径大于10mm的连通区域面积之和为面含石率；
B)分别计算粒径小于500mm、200mm、60mm、40mm、20mm、10mm、5mm的连通面积之和，以粒径为横轴，以连通面积之和为纵轴，绘制含石颗分曲线。
本发明所述系统和方法能够准确、快速在野外测量松散堆积体的粒径分布，对于预测边坡稳定性、滑坡的预防及治理等具有重要意义。
以上结合对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种野外堆积物粒径快速测定系统，采用摄像装置获取堆积物露头图像，其特征在于：所述摄像装置内置图像处理程序；所述野外堆积物粒径快速测定系统还包含标准框(1)及三脚架；所述标准框(1)的四边含刻度；所述摄像装置固定在三脚架上。
2.根据权利要求1所述的野外堆积物粒径快速测定系统，其特征在于：所述野外堆积物粒径快速测定系统还包含激光笔，所述三脚架设置有夹具，夹持激光笔，摄像装置中心在激光笔长轴上。
3.根据权利要求1、2任一项所述的野外堆积物粒径快速测定系统，其特征在于：所述标准框(1)为1.5m*1.5m或2m*2m，由4根刻度尺(2)组成，其刻度为毫米，相邻刻度尺(2)由螺母/螺杆连接。
4.根据权利要求3所述的野外堆积物粒径快速测定系统，其特征在于：所述标准框(1)的相邻刻度尺(2)的连接端设置连接杠杆(3)，一端焊接，一端以螺母/螺杆链接。
5.根据权利要求1、2、4任一项所述的野外堆积物粒径快速测定系统，其特征在于：所述摄像装置为相机或者手机。
6.根据权利要求5所述的野外堆积物粒径快速测定系统，其特征在于：所述野外堆积物粒径快速测定系统还包含有反光板。
7.利用权利要求1所述的野外堆积物粒径快速测定系统的野外堆积物粒径快速测定方法，其步骤为：
S1、选择堆积物的良好露头；现场安装标准框(1)，将带刻度尺(2)的标准框(1)用钢钉固定于露头面前面，覆盖露头面局部，贴近露头面；
S2、将三脚架放置于距标准框(1)约2m处，左右及上下调整三脚架的位置使得激光笔的红点正好落于标准框(1)中心；
S3、将相机调到刚好覆盖标准框(1)的区域，采集图像，图像采集至少3次；
S4、由内置图像处理程序的摄像装置对选出的图像处理，获取堆积物粒径，输出颗分曲线和面含石率。
8.根据权利要求6所述的野外堆积物粒径快速测定方法，其特征在于：所述步骤S1中，标准框(1)的中心高度约等于测试者的身高减掉30公分。
9.根据权利要求6所述的野外堆积物粒径快速测定方法，其特征在于：所述步骤S3中，使用反光板把光线反射到出露面。
10.根据权利要求6所述的野外堆积物粒径快速测定方法，其特征在于：所述步骤S4中，定义粒径大于10mm的连通区域面积之和为面含石率。
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