CN112945808B - 一种渣土多级分离后骨料粒径的分析方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请适用于渣土分析技术领域，提供了一种渣土多级分离后骨料粒径的分析方法及系统，方法包括：获取待分析的骨料样本的点云数据；基于所述点云数据，获得所述骨料样本中各个骨料颗粒的粒径；基于所述各个骨料颗粒的粒径，获得所述骨料样本中骨料颗粒的粒径分布；本申请通过点云数据得到骨料样本的粒径分布，实现了对骨料样本的粒径分布的智能化分析，提高了对骨料的分析的效率。

Description

一种渣土多级分离后骨料粒径的分析方法及系统

技术领域

本申请属于渣土分析技术领域，尤其涉及一种渣土多级分离后骨料粒径的分析方法及系统。

背景技术

在基础设施建设中的土方开挖和隧道掘进等环节，产生大量的渣土。若不能对渣土进行妥善处理和处置，将产生严重的环境问题。当前，虽然对渣土开展了多级分离资源化利用，从渣土中分离出粗骨料和细骨料等资源化产品，但是产品参数尤其是粒径分布不清晰，不利于后续工程应用。

目前，对渣土的粒径分布的分析多通过对渣土采样后，人工筛选出需要测量的渣土，并通过人工测量的方法对渣土的粒径进行测量，最终得到样本中渣土的粒径分布。采用人工分析得到渣土的粒径分布的方法自动化程度低，分析效率低。若能对渣土中分离出的骨料进行快速智能分析得到渣土的粒径分布，有助于渣土资源化产品的后续资源化应用和产业的快速发展。

发明内容

本申请实施例提供了一种渣土多级分离后骨料粒径的分析方法及系统，可以解决目前渣土的粒径分析自动化程度低的问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种渣土多级分离后骨料粒径的分析方法，包括：

获取待分析的骨料样本的点云数据，其中，所述骨料样本为渣土经过多级分离后得到的骨料产品的样本；

基于所述点云数据，获得所述骨料样本中骨料颗粒的粒径；

基于所述骨料颗粒的粒径，获得所述骨料样本中骨料颗粒的粒径分布。

第二方面，本申请实施例提供了一种渣土多级分离后骨料粒径的分析系统，包括：

三维激光扫描设备，用于采集待分析的骨料样本的点云数据，其中，所述骨料样本为渣土经过多级分离后得到的骨料产品的样本；

处理器，用于获取所述点云数据，并基于所述点云数据获得所述骨料样本中骨料颗粒的粒径和体积，所述处理器还用于基于所述骨料颗粒的粒径，获得所述骨料样本中骨料颗粒的粒径分布。

本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本申请通过获取的待分析的骨料样本的点云数据，获得骨料样本中各个骨料颗粒的粒径，并基于各个渣土颗粒的粒径，获得骨料样本中骨料颗粒的粒径分布；本申请通过点云数据得到骨料样本的粒径分布，实现了对骨料产品的粒径分布的自动化分析，提高了对渣土的分析的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一实施例提供的渣土多级分离后骨料粒径的分析系统的结构示意图；

图2是本申请一实施例提供的骨料样本的结构示意图；

图3是本申请一实施例提供的振动平台的结构示意图；

图4是本申请一实施例提供的渣土多级分离后骨料粒径的分析方法的流程示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

应当理解，当在本申请说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

在本申请说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。

图1示出了本申请提供的渣土多级分离后骨料粒径的分析系统的示意性结构图，参照图1，对该系统包括：三维激光扫描设备1和处理器2，其中，三维激光扫描设备1与处理器2相连。

三维激光扫描设备1，用于采集待分析的骨料样本的点云数据，其中，所述骨料样本为渣土经过多级分离后得到的骨料产品的样本。

处理器2，用于获取所述点云数据，并基于所述点云数据获得所述骨料样本中骨料颗粒的粒径和体积，所述处理器2还用于基于所述骨料颗粒的粒径，获得所述骨料样本中骨料颗粒的粒径分布。

在本实施例中，骨料样本可以是从一组骨料产品中取出的预设重量的骨料，例如，从骨料产品输送带中取出1000g骨料作为骨料样本。

原始的渣土中往往混有泥土、沙子等杂质，例如建筑渣土，为了得到骨料样本，可以对渣土进行多级分离，去除渣土中的杂质，最终得到渣土中的骨料，进而得到骨料样本。骨料样本可以是粗骨料产品的样本，还可以是细骨料产品的样本，如图2所示，为骨料样本的结构示意图。其中，粗骨料样本可以是粒径为2mm-30mm的骨料。细骨料样本可以是粒径为0.075mm～2mm的骨料。

在本实施例中，通过三维激光扫描设备1扫描骨料样本的表面，可以得到骨料样本表面的三维点云数据。点云数据中基本包括骨料样本中每个骨料颗粒的坐标位置等。三维激光扫描设备1在采集到骨料样本的点云数据后，可以向处理器2发送采集到的点云数据。

具体的，对点云数据的分析可以包括坐标转换、粒径计算、体积计算等。

在本实施例中，处理器2在接收到点云数据后，可以对点云数据进行分析，得到骨料样本3中各个骨料颗粒的粒径，例如，骨料样本中包括5个骨料颗粒，通过点云数据可以得到5个骨料颗粒分别对应的粒径。处理器2在得到各个骨料颗粒的粒径后，通过对粒径的数据分析可以得到骨料样本中骨料颗粒的粒径分布。为了保证粒径的准确性，三维激光扫描设备1可以对骨料样本进行多次扫描，通过多次扫描后取各个骨料颗粒的粒径的均值，将多次扫描后得到的粒径的均值作为骨料样本中对应的骨料颗粒的粒径。

可选的，骨料颗粒的周边往往是不规则的，因此，骨料颗粒的粒径可以选择骨料颗粒的内径中最大的内径作为该骨料颗粒的粒径。还可以选择骨料颗粒的最短边长作为该骨料颗粒的粒径。还可以选择预设数量的内径的均值作为该骨料颗粒的粒径，在此不做限制，可以根据需要进行选择。

作为举例，如果一个骨料颗粒的内径分别为9mm、12mm、15mm和20mm。可以将20mm或9mm作为该骨料颗粒的粒径，还可以将9mm、12mm、15mm和20mm的均值14mm作为该骨料颗粒的粒径。

本申请实施例中，通过三维激光扫描设备1采集骨料样本的点云数据，通过处理器2对点云数据进行分析，最终得到骨料样本中骨料颗粒的粒径分布。本申请实现了对骨料样本的粒径分布的自动化、智能化分析，提高了分析效率和粒径分布的精确度。

在一种可能的实现方式中，处理器基于各个骨料颗粒的粒径，获得所述骨料样本中骨料颗粒的粒径分布，具体的实现过程可以包括：

基于各个骨料颗粒的粒径，获得不同粒径区间对应的骨料颗粒数量，其中，所述不同粒径区间对应的骨料颗粒数量表征所述骨料样本中骨料颗粒的粒径分布。

在本实施例中，得到了每个骨料颗粒的粒径后，可以将各个骨料颗粒的粒径分配至对应的粒径区间，最后统计每个粒径区间内对应的骨料颗粒数量，得到骨料颗粒的粒径分布。具体的，粒径区间可以是根据需要预先设置的。

作为举例，2mm～30mm的粗骨料的骨料样本的粒径分布可以如下表1所示：

表1：2mm～30mm的粗骨料的骨料样本的粒径分布

作为举例，0.075mm～2mm的细骨料的骨料样本的粒径分布可以如下表2所示：

表2：0.075mm～2mm的细骨料的骨料样本的粒径分布

可选的，可以通过三维激光扫描设备采集骨料样本的多组点云数据，分别计算每组点云数据对应的粒径分布。计算多组点云数据对应的粒径分布的均值，将多组点云数据对应的粒径分布的均值作为骨料样本的粒径分布。

在一种可能的实现方式中，处理器2还可以用于：

基于所述点云数据，获取所述骨料样本中骨料颗粒的体积。

基于所述不同的粒径区间包含的骨料颗粒数量、骨料颗粒的体积和骨料样本的总质量，获得不同的粒径区间对应的骨料颗粒在骨料样本中的质量分布比例。

在本实施例中，骨料样本的总质量可以通过各个粒径区间对应的骨料颗粒的质量的总和得到。

具体的，在获取到各个骨料颗粒的体积后，可以计算各个粒径区间对应的骨料颗粒的总体积。计算总体积与骨料颗粒的密度的乘积，得到各个粒径区间对应的骨料颗粒的质量。

通过计算粒径区间对应的骨料颗粒的质量与骨料样本的总质量的比值，获得质量分布比例。骨料颗粒的质量分布比例也可以反映骨料样本中骨料颗粒的粒径分布。

在一种可能的实现方式中，上述系统还可以包括：渣土输送带和取样设备。

渣土输送带，用于传输渣土多级分离后的骨料产品。

取样设备，用于从所述骨料产品中采集所述骨料样本，并将所述骨料样本传送到所述载料平台上。

在本实施例中，取样设备可以设置在渣土输送带的预设范围内。

在本实施例中，取样设备可以按照预设时间间隔从渣土输送带上提取骨料样本。取样设备上还可以设有检测装置、第一处理器和机械爪，检测装置可以用于检测渣土输送带上是否有骨料产品。检测装置将检测结果发送至取样设备中的第一处理器，若检测结果显示渣土输送带上有骨料样本，第一处理器则控制机械爪动作抓取渣土输送带上的骨料，得到骨料样本。

如图3所示，在一种可能的实现方式中，上述系统还可以包括：振动平台，所述振动平台包括：载料平台7、压力传感器4和振动机构；

载料平台7，用于承载所述骨料样本；

压力传感器4，设置在所述载料平台7下方，所述压力传感器4用于检测所述载料平台7上的压力，并向所述振动机构发送所述压力；

振动机构，与所述载料平台7相连，用于获取所述压力传感器4采集的压力，并在所述压力大于预设值后开始振动，所述振动机构带动所述载料平台振动使所述骨料样本中的各个骨料颗粒相互不重叠的分散在振动平台上。

在本实施例中，取样设备在从渣土输送带上取到骨料样本后，取样设备将骨料样本运送到载料平台7上。具体的，载料平台7可以包括传送板，传送板用于传送骨料样本。

设置在载料平台7下方的压力传感器4用于检测载料平台上的压力，并将检测到的压力传输至振动机构。振动机构获取到压力传感器发送的压力后与预设值比较，在获取到的压力大于预设值后，振动机构开始振动。具体的，振动机构可以包括振动电机。

在本实施例中，振动机构与载料平台相连，振动机构可以带动载料平台振动。通过载料平台的振动可以将载料平台上的骨料样本中的骨料颗粒分散开来，以使得骨料颗粒两两之间不会有重叠部分，以便于可以准确测量骨料颗粒的粒径。在载料平台振动停止后，三维激光扫描设备对骨料样本进行扫描得到点云数据。可选的，载料平台可以经过多次振动，在每次振动后三维激光扫描设备对骨料样本进行一次扫描，多次扫描后，得到多组点云数据。通过多组点云数据得到骨料颗粒的粒径。

在本实施例中，压力传感器4采集到压力后，还可以将采集到的压力传送至处理器2，处理器2根据压力传感器采集到的压力计算骨料样本的总重量。

可选的，振动平台还可以包括减震装置。具体的减震装置可以是减震弹簧等。

如图3所示，可选的，振动平台还可以包括支架6，支架6上连接有三维激光扫描设备1，三维激光扫描设备1可以设置在载料平台7的上方。

可选的，振动平台上还可以设有筛网，筛网可以设置在载料平台的底部，载料平台在振动过程中同时可以对骨料样本进行筛选，将骨料样本中存留的杂质去除。筛网的孔径可以根据需要进行设置。

可选的，振动平台还可以包括称重设备。称重设备可以设置在载料平台的下方。称重设备用于测量载料平台上骨料样本的总重量，并将总重量发送至处理器保存。

如图3所示，在一种可能的实现方式中，上述系统还可以包括：

干燥设备5，设置在所述振动平台一侧，用于烘干所述骨料样本。

在本实施例中，由于骨料颗粒在干燥和湿润状态下，骨料颗粒的粒径可能存在差别，因此，本申请的系统中还可以设有干燥设备5。干燥设备5可以设置在振动平台的一侧，具体的，可以设置在振动平台的左侧、右侧或上测。干燥设备5用于对骨料样本进行烘干，干燥设备可以包括热风机或烘干机等。

在干燥设备5对骨料样本进行烘干后，三维激光扫描设备1采集烘干后的骨料样本的点云数据，可以使通过点云数据得到的骨料颗粒的粒径和体积更准确。在干燥设备对骨料样本进行烘干后，称重设备可以对载料平台上的骨料样本进行称重，得到烘干后的骨料样本的总重量。

在一种可能的实现方式中，上述系统还可以包括：图像采集设备，图像采集设备与处理器相连，图像采集设备可以设置在载料平台的上方。

图像采集设备，用于采集骨料样本的样本图像，并向处理器发送样本图像。

在本实施例中，图像采集设备可以是照相机、摄像机等可以拍照的设备。图像采集设备对骨料样本进行拍照或摄像后可以得到骨料样本的样本图像。图像采集设备在采集到骨料样本的样本图像后，可以向处理器发送采集的样本图像。处理器在接收到样本图像后，可以对样本图像进行处理，得到样本图像中的骨料颗粒的总数量。

具体的，对样本图像进行处理的过程可以包括：去噪处理、图像增强处理、边缘识别处理等。

图4示出了本申请提供的渣土多级分离后骨料粒径的分析方法的流程示意图，参照图4，对该方法包括：

S101，获取待分析的骨料样本的点云数据，其中，所述骨料样本为渣土经过多级分离后得到的骨料产品的样本；

S102，基于所述点云数据，获得所述骨料样本中骨料颗粒的粒径；

S103，基于所述骨料颗粒的粒径，获得所述骨料样本中骨料颗粒的粒径分布。

本申请实施例中，通过获取的待分析的骨料样本的点云数据，获得骨料样本中各个骨料颗粒的粒径，并基于各个骨料颗粒的粒径，获得骨料样本中骨料颗粒的粒径分布；本申请通过点云数据得到骨料样本的粒径分布，实现了对粒径分布的自动化、智能化分析，提高了分析效率。

在一种可能的实现方式中，步骤S101的实现过程可以包括：

获取三维激光扫描设备从振动平台上采集的所述骨料样本的点云数据，其中，所述三维激光扫描设备设置在所述振动平台的上方，所述振动平台用于通过振动将所述骨料样本中的骨料颗粒分散在所述振动平台上，所述骨料样本为经过干燥设备烘干后的骨料样本。

在一种可能的实现方式中，步骤S103的实现过程可以包括：

基于所述骨料颗粒的粒径，获得不同粒径区间对应的骨料颗粒数量，其中，所述不同粒径区间对应的骨料颗粒数量表征所述骨料样本中骨料颗粒的粒径分布。

在一种可能的实现方式中，在步骤S101之后，上述方法还可以包括：

基于所述点云数据，获得所述骨料样本中骨料颗粒的体积；

相应的，在所述基于所述骨料颗粒的粒径，获得不同粒径区间对应的骨料颗粒数量之后，还包括：

基于所述不同粒径区间对应的骨料颗粒数量和所述骨料颗粒的体积，获得不同粒径区间对应的骨料颗粒在所述骨料样本中的质量分布比例。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种渣土多级分离后骨料粒径的分析系统，其特征在于，包括：图像采集设备、三维激光扫描设备、处理器和振动平台，所述振动平台包括：载料平台、压力传感器和振动机构；

载料平台，用于承载骨料样本，所述载料平台上设有筛网，筛网设置在载料平台的底部；

压力传感器，设置在所述载料平台下方，所述压力传感器用于检测所述载料平台上的压力，并向所述振动机构发送所述压力；

振动机构，与所述载料平台相连，用于获取所述压力传感器采集的压力，并在所述压力大于预设值后开始振动，所述振动机构带动所述载料平台振动使所述骨料样本中的骨料颗粒分散在所述振动平台上；

三维激光扫描设备，设置在所述载料平台的上方，用于载料平台经过多次振动，在每次振动停止后，三维激光扫描设备对骨料样本进行一次扫描得到待分析的骨料样本的点云数据，多次扫描后，得到多组点云数据，其中，所述骨料样本为渣土经过多级分离后得到的骨料产品的样本；

图像采集设备，用于采集骨料样本的样本图像，并向处理器发送样本图像；

处理器，用于获取所述多组点云数据，并基于所述多组点云数据获得所述骨料样本中骨料颗粒的粒径，所述处理器用于根据样本图像得到骨料颗粒的总数量，所述处理器还用于基于所述骨料颗粒的粒径，获得不同粒径区间对应的骨料颗粒数量，其中，所述不同粒径区间对应的骨料颗粒数量表征所述骨料样本中骨料颗粒的粒径分布；

所述处理器，还用于基于所述点云数据，获得所述骨料样本中骨料颗粒的体积；基于所述不同粒径区间包含的骨料颗粒数量、所述骨料颗粒的体积和所述骨料样本的总质量，获得不同粒径区间对应的骨料颗粒在所述骨料样本中的质量分布比例；

计算各个粒径区间对应的骨料颗粒的总体积，计算总体积与骨料颗粒的密度的乘积，得到各个粒径区间对应的骨料颗粒的质量。

2.如权利要求1所述的渣土多级分离后骨料粒径的分析系统，其特征在于，还包括：

渣土输送带，用于传输渣土多级分离后的骨料产品；

取样设备，用于从所述骨料产品中采集所述骨料样本，并将所述骨料样本传送到所述载料平台上。

3.如权利要求1所述的渣土多级分离后骨料粒径的分析系统，其特征在于，还包括：

干燥设备，设置在所述振动平台一侧，用于烘干所述骨料样本；

相应的，所述三维激光扫描设备还用于：

采集经过所述干燥设备烘干后的骨料样本的点云数据。

4.一种渣土多级分离后骨料粒径的分析方法，其特征在于，应用于权利要求1-3任一项所述的渣土多级分离后骨料粒径的分析系统；

所述方法包括：

获取待分析的骨料样本的多组点云数据，其中，所述骨料样本为渣土经过多级分离后得到的骨料产品的样本；

基于所述多组点云数据，获得所述骨料样本中骨料颗粒的粒径；

基于样本图像得到骨料颗粒的总数量；

基于所述骨料颗粒的粒径，获得不同粒径区间对应的骨料颗粒数量，其中，所述不同粒径区间对应的骨料颗粒数量表征所述骨料样本中骨料颗粒的粒径分布；

基于所述点云数据，获得所述骨料样本中骨料颗粒的体积；基于所述不同粒径区间包含的骨料颗粒数量、所述骨料颗粒的体积和所述骨料样本的总质量，获得不同粒径区间对应的骨料颗粒在所述骨料样本中的质量分布比例；

计算各个粒径区间对应的骨料颗粒的总体积，计算总体积与骨料颗粒的密度的乘积，得到各个粒径区间对应的骨料颗粒的质量；

所述获取待分析的骨料样本的多组点云数据，包括：

获取三维激光扫描设备采集的振动平台上所述骨料样本的点云数据，其中，所述三维激光扫描设备设置在所述振动平台的上方，所述振动平台用于通过振动将所述骨料样本中的骨料颗粒分散在所述振动平台上，所述骨料样本为经过干燥设备烘干后的骨料样本，载料平台经过多次振动，在每次振动停止后，三维激光扫描设备对骨料样本进行一次扫描得到待分析的骨料样本的点云数据，多次扫描后，得到多组点云数据。

5.如权利要求4所述的渣土多级分离后骨料粒径的分析方法，其特征在于，所述基于所述骨料颗粒的粒径，获得所述骨料样本中骨料颗粒的粒径分布，包括：

基于所述骨料颗粒的粒径，获得不同粒径区间对应的骨料颗粒数量，其中，所述不同粒径区间对应的骨料颗粒数量表征所述骨料样本中骨料颗粒的粒径分布。

6.如权利要求5所述的渣土多级分离后骨料粒径的分析方法，其特征在于，在获取待分析的骨料样本的点云数据之后，还包括：

基于所述点云数据，获得所述骨料样本中骨料颗粒的体积；

相应的，在所述基于所述骨料颗粒的粒径，获得不同粒径区间对应的骨料颗粒数量之后，还包括：

基于所述不同粒径区间对应的骨料颗粒数量和所述骨料颗粒的体积，获得不同粒径区间对应的骨料颗粒在所述骨料样本中的质量分布比例。

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