基于图像识别技术的堆石模拟分析方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于图像识别技术的堆石模拟分析方法及系统，获取实际堆石孔隙率；关闭控水阀，给量杯中注入液体到堆石体模型箱中的模拟仓面高度，根据实际堆石孔隙率计算等比的孔隙体积，在量杯中再注入与孔隙体积等体积的液体；开启控水阀，使量杯内的液体流入堆石体模型箱；在堆石体模型箱中按照现场的堆石过程分层堆放模拟材料颗粒，实时采集堆石体模型箱中的仓面堆石图像，并记录堆石体模型箱中的堆石高度位置以及每个位置对应量杯中的水位高度，直至堆石体模型箱中的模拟材料颗粒和量杯中的液体同时达到模拟仓面高度；对仓面堆石图像进行颗粒图像分析。由此，为堆石混凝土工程基础研究和应用基础研究提供数据支撑。工程基础研究和应用基础研究提供数据支撑。工程基础研究和应用基础研究提供数据支撑。

【技术实现步骤摘要】
基于图像识别技术的堆石模拟分析方法及系统


[0001]本专利技术涉及水利工程
，特别涉及一种基于图像识别技术的堆石模拟分析方法及系统。

技术介绍

[0002]堆石粒径分布是影响堆石混凝土密实程度的影响因素。堆石太小难以保证混凝土的填充率，直接影响工程质量，带来安全隐患；而堆石过大增加了筛选堆石的成本，同时使得混凝土的体积百分比升高，造成了原材料浪费，使得工程成本大大增加。
[0003]在施工过程中为了能够让施工顺利进行，一般要求堆石的最小粒径不小于300mm，使得堆石空隙有足够的横截面积，保证自密实混凝土能够顺利通过堆石空隙。常见的堆石粒径控制方法是使用钢筛筛除粒径小于300mm的堆石。但是对于大规模的工程堆石，筛分法成本太高，工程中普遍采用检测人员人工目测的办法，还没有快速获取大量堆石粒径信息的方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
[0005]为此，本专利技术的一个目的在于提出一种基于图像识别技术的堆石模拟分析方法，该方法为堆石混凝土工程基础研究和应用基础研究提供数据支撑。
[0006]本专利技术的另一个目的在于提出一种基于图像识别技术的堆石模拟分析系统。
[0007]为达到上述目的，本专利技术一方面实施例提出了一种基于图像识别技术的堆石模拟分析方法，包括：
[0008]获取堆石混凝土施工现场环境中某一仓面的实际堆石孔隙率；
[0009]在堆石模拟分析系统中，关闭堆石体模型箱与量杯间的控水阀，给量杯中注入液体到所述堆石体模型箱中的模拟仓面高度，根据所述实际堆石孔隙率计算等比的孔隙体积，在量杯中再注入与所述孔隙体积等体积的液体；
[0010]开启所述堆石体模型箱与量杯间的控水阀，使量杯内的液体流入所述堆石体模型箱；
[0011]在所述堆石体模型箱中按照现场的堆石过程分层堆放模拟材料颗粒，实时采集所述堆石体模型箱中的仓面堆石图像，并记录所述堆石体模型箱中的堆石高度位置以及每个位置对应量杯中的水位高度，直至所述堆石体模型箱中的模拟材料颗粒和量杯中的液体同时达到所述模拟仓面高度；
[0012]对采集到的所述堆石图像和记录的所述堆石体模型箱中的堆石高度位置以及每个位置对应量杯中的水位高度进行颗粒图像分析，得到所述仓面堆石图像中各堆石大小、形状、等值线和粒径曲线，以及堆石体三维重建结果。
[0013]本专利技术实施例的基于图像识别技术的堆石模拟分析方法，通过获取实际堆石孔隙率；关闭控水阀，给量杯中注入液体到堆石体模型箱中的模拟仓面高度，根据实际堆石孔隙
率计算等比的孔隙体积，在量杯中再注入与孔隙体积等体积的液体；开启控水阀，使量杯内的液体流入堆石体模型箱；在堆石体模型箱中按照现场的堆石过程分层堆放模拟材料颗粒，实时采集堆石体模型箱中的仓面堆石图像，并记录堆石体模型箱中的堆石高度位置以及每个位置对应量杯中的水位高度，直至堆石体模型箱中的模拟材料颗粒和量杯中的液体同时达到模拟仓面高度；对仓面堆石图像进行颗粒图像分析。由此，为堆石混凝土工程基础研究和应用基础研究提供数据支撑。
[0014]另外，根据本专利技术上述实施例的基于图像识别技术的堆石模拟分析方法还可以具有以下附加的技术特征：
[0015]可选地，所述获取堆石混凝土施工现场环境中某一仓面的实际堆石孔隙率，包括：
[0016]通过某一仓面大小减去该仓面浇筑混凝土的用量得到所述实际堆石孔隙率。
[0017]可选地，所述堆石体模型箱和所述模拟材料颗粒缩放比例一致。
[0018]可选地，所述模拟材料颗粒按照所述堆石混凝土施工现场的堆石等比缩小。
[0019]可选地，通过多台图像采集设备采集所述堆石体模型箱的仓面堆石图像。
[0020]可选地，至少有一台图像采集设备垂直于仓面布置，根据采集范围和焦距调整相机组的角度和距离。
[0021]为达到上述目的，本专利技术另一方面实施例提出了一种基于图像识别技术的堆石模拟分析系统，包括：图像采集系统、堆石体模型、量测系统、图像显示系统和图像分析系统；
[0022]所述堆石体模型包括模拟材料颗粒和堆石体模型箱，所述模拟材料颗粒按试验要求的颗粒级配和孔隙率在所述堆石体模型箱内分层铺设；
[0023]所述量测系统与所述堆石体模型箱连接，用于实现堆石模拟中的孔隙率；
[0024]所述图像采集系统与所述图像分析系统连接，用于实时采集所述堆石体模型中的堆石颗粒的分布情况，并将其传输至所述图像分析系统；
[0025]所述图像分析系统用于利用图像识别算法对所述堆石体模型箱中的所述模拟材料颗粒进行分析和识别；
[0026]所述图像显示系统与所述图像分析系统连接，用于显示所述图像分析系统的结果。
[0027]本专利技术实施例的基于图像识别技术的堆石模拟分析系统，采用计算机控制相机连续拍摄并存储图像，然后利用颗粒图像测速技术得到边坡模型材料颗粒的细观结构和孔隙连通性等数据，从而实现堆石体和混凝土相互作用的真正可视化研究，可很好的揭示混凝土的填充规律，可为堆石混凝土工程基础研究和应用基础研究提供数据支撑。
[0028]另外，根据本专利技术上述实施例的基于图像识别技术的堆石模拟分析系统还可以具有以下附加的技术特征：
[0029]可选地，所述图像采集系统包括角度可调的摄像机组和可伸缩支架；
[0030]所述可伸缩支架一端进行固定，另一端连接所述摄像机组；
[0031]所述可伸缩支架用于调节所述摄像机组距离所述堆石体模型箱的高度；
[0032]所述摄像机组用于多个角度采集所述堆石体模型箱中的仓面堆石图像。
[0033]可选地，所述量测系统包括控水阀门和连通量杯，所述连通量杯上有刻度标尺；
[0034]所述控水阀门一端连接所述连通量杯，另一端连接所述堆石体模型箱，所述连通量杯的容积大于堆石体模型箱堆满模拟材料颗粒时的孔隙体积。
[0035]可选地，所述图像采集系统与所述图像分析系统通过有线连接或无线连接，所述有线连接包括通信光缆连接，所述无线连接包括蓝牙连接。
[0036]本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0037]本专利技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0038]图1为根据本专利技术一个实施例的基于图像识别技术的堆石模拟分析方法流程图；
[0039]图2为根据本专利技术一个实施例的基于图像识别技术的堆石模拟分析方法流程框图；
[0040]图3为根据本专利技术一个实施例的堆石和标尺示意图；
[0041]图4为根据本专利技术一个实施例的基于图像识别技术的堆石模拟分析系统结构示意图。
[0042]附图说明：1
‑
摄像机组，2
‑
可伸缩支架，3
‑
堆石体模型箱，4
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于图像识别技术的堆石模拟分析方法，其特征在于，包括以下步骤：获取堆石混凝土施工现场环境中某一仓面的实际堆石孔隙率；在堆石模拟分析系统中，关闭堆石体模型箱与量杯间的控水阀，给量杯中注入液体到所述堆石体模型箱中的模拟仓面高度，根据所述实际堆石孔隙率计算等比的孔隙体积，在量杯中再注入与所述孔隙体积等体积的液体；开启所述堆石体模型箱与量杯间的控水阀，使量杯内的液体流入所述堆石体模型箱；在所述堆石体模型箱中按照现场的堆石过程分层堆放模拟材料颗粒，实时采集所述堆石体模型箱中的仓面堆石图像，并记录所述堆石体模型箱中的堆石高度位置以及每个位置对应量杯中的水位高度，直至所述堆石体模型箱中的模拟材料颗粒和量杯中的液体同时达到所述模拟仓面高度；对采集到的所述堆石图像和记录的所述堆石体模型箱中的堆石高度位置以及每个位置对应量杯中的水位高度进行颗粒图像分析，得到所述仓面堆石图像中各堆石大小、形状、等值线和粒径曲线，以及堆石体三维重建结果。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取堆石混凝土施工现场环境中某一仓面的实际堆石孔隙率，包括：通过某一仓面大小减去该仓面浇筑混凝土的用量得到所述实际堆石孔隙率。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述堆石体模型箱和所述模拟材料颗粒缩放比例一致。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述模拟材料颗粒按照所述堆石混凝土施工现场的堆石等比缩小。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过多台图像采集设备采集所述堆石体模型箱的仓面堆石图像。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，至少有一台...

【专利技术属性】
技术研发人员：金峰，付立群，徐小蓉，周虎，张晨笛，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：