一种用于制造技术

本发明专利技术涉及一种用于

【技术实现步骤摘要】
一种用于TBM隧洞的岩渣级配分析方法


[0001]本专利技术属于土木工程
，具体涉及一种用于
TBM
隧洞的岩渣级配分析方法
。

技术介绍

[0002]近年来，随着隧道施工技术的蓬勃发展，
TBM
施工已成为我国山地隧道施工的主要施工方法，要获取岩渣的级配参数，传统方式是通过筛分析试验确定，即让岩渣通过不同孔径的标准筛，得出各粒径范围的岩渣重量，最后绘制级配特征曲线并求取相关参数；
[0003]由于筛分析试验通常在室内进行且周期较长，再加上岩渣从掌子面经皮带运送至洞外也需要很长时间，当掘进距离较长时甚至会达到半小时以上，该手段无法及时为司机提供级配参数作为操作参考，目前随着计算机领域的发展，图像识别技术包括人脸识别与商品识别已取得较大突破，并充分运用到安全检查
、
身份核验
、
移动支付
、
智能零售柜等领域，考虑到该技术工作效率高
、
空间占用 少等优点，尝试将图像识别技术运用于岩渣级配参数的获取
。
[0004]针对上述的技术缺陷，现提出一种解决方案
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种用于
TBM
隧洞的岩渣级配分析方法，用于解决以上
技术介绍
所提到的问题
。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种用于
TBM
隧洞的岩渣级配分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0008]步骤
S1
：结合皮带特点开发了一套图像采集系统，包括补光灯和高速摄像机，进行渣土信息采集；
[0009]步骤
S2
：获取岩渣图像后进行图像分割，以提高识别效果，选用
RGB
色彩模式进行图像识别，将岩渣与皮带分离开；
[0010]步骤
S3
：将岩渣形状等效为长方体，对岩渣形状进行合理简化，分析等效方法的应用效果；
[0011]步骤
S4
：选取曲率系数
、
不均匀系数
、
最大粒径和粗糙度指数四个特征参数对岩渣进行描述，通过与实测渣土级配特征参数进行对比分析，验证岩渣级别识别效果
。
[0012]进一步的，步骤
S1
中，图像采集系统布置于后配套皮带上方
50cm
，距离掌子面
60m
处，包括补光灯与高速摄像机
。
[0013]进一步的，步骤
S1
中，高速摄像机的拍摄范围为
50
×
50cm
，补光灯沿垂直方向进行打光，通过提升图像的整体亮度提高系统的识别精度，在
TBM
稳定掘进阶段对皮带上的岩渣进行拍摄
。
[0014]进一步的，步骤
S2
中，根据几何形状
、
彩色
、
灰度
、
空间纹理等特征把图像划分成若干个具有明显差异性的不相交区域，进而将图像主体与图像背景分开，
RGB
色彩模式通过对红
、
绿
、
蓝三个基色通道的变化以及它们相互之间的叠加得到所有颜色，并选用
RGB
色彩模
式进行图像识别
。
[0015]进一步的，步骤
S2
中，采用局部阈值分割方法，按照下式，将
RGB
图像二值化，
[0016][0017]公式中，
i
和
j
为像素点的横纵坐标，和为二值化前后的灰度值，灰度值0代表黑色，灰度值
255
代表白色，
T
为分割阈值
。
[0018]进一步的，步骤
S2
中，通过二值化，分离了岩渣与空隙，并采用分水岭分割方法对已经分离出的岩渣区域进行二次分割
。
[0019]进一步的，步骤
S3
中，首先获取岩渣的像素面积与岩渣区域内两像素单元最大欧式距离，通过以下公式计算图中的像素长度，；
[0020][0021][0022]为了将实测长度与像素长度进行对比，按下式进行换算：
[0023][0024][0025]式中，
l
为图像的真实尺寸，为图像的像素尺寸，
a
和
b
分别为
a
p
和
b
p
的实际尺寸；
[0026]岩渣的二维尺寸获取后，将二维图像映射到三维图像，将渣片分别等效为长方体，对于等效长方体，长
、
宽分别取
a
和
b
，同时引入无量纲系数
λ
，定义为岩渣宽厚比
。
[0027]进一步的，步骤
S4
中，通过对各围岩类别下的岩渣级配参数进行识别，得到的识别结果与实测结果的对比；
[0028]误差为正值时，代表识别结果低估了对应实测值，
[0029]误差为负值时，则代表识别结果高估了实测值
。
[0030]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0031]本专利技术在使用时，岩渣图像识别方法能够在一定程度上预测岩渣的级配情况，各工况下实测的级配曲线与识别结果基本一致，质量累积率绝对误差在 4%
以内，该方法对不均匀系数的识别效果最优，相对误差小于 2.8%
，其次是最大粒径，相对误差小于 6.8%
，曲率系数和不均匀系数的最大相对误差分别为 17.1%
和 14.3%。
证明了
TBM
隧道岩渣级配方法合理有效，能够对
TBM
的施工过程提供一定的指导
。
附图说明
[0032]为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本专利技术作进一步的说明；
[0033]图1为本专利技术涉及的一种用于
TBM
隧洞的岩渣级配分析方法流程图
。
[0034]图2为本专利技术涉及的图像识别系统示意图；
[0035]图3为本专利技术涉及的图像分割后岩渣图像对比图；
[0036]图4为本专利技术涉及的岩渣形状二维简化图；
[0037]图5为本专利技术涉及的岩渣形状三维简化图；
[0038]图6为本专利技术涉及的识别结果与实测结果对比图；
[0039]图7为本专利技术涉及的识别结果与实测结果对比图；
[0040]图8为本专利技术涉及的识别结果与实测结果对比图；
[0041]图9为本专利技术涉及的识别结果与实测结果对比图；
[0042]图
10
为本专利技术涉及的识别结果与实测结果对比图
。
[0043]附图标记：
1、
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种用于
TBM
隧洞的岩渣级配分析方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤
S1
：结合皮带特点开发了一套图像采集系统，包括补光灯（1）和高速摄像机（2），进行渣土信息采集；步骤
S2
：获取岩渣图像后进行图像分割，以提高识别效果，选用
RGB
色彩模式进行图像识别，将岩渣与皮带分离开；步骤
S3
：将岩渣形状等效为长方体，对岩渣形状进行合理简化，分析等效方法的应用效果；步骤
S4
：选取曲率系数
、
不均匀系数
、
最大粒径和粗糙度指数四个特征参数对岩渣进行描述，通过与实测渣土级配特征参数进行对比分析，验证岩渣级别识别效果
。2.
根据权利要求1所述的一种用于
TBM
隧洞的岩渣级配分析方法，其特征在于，步骤
S1
中，图像采集系统布置于后配套皮带上方
50cm
，距离掌子面
60m
处，包括补光灯（1）与高速摄像机（2）
。3.
根据权利要求1所述的一种用于
TBM
隧洞的岩渣级配分析方法，其特征在于，步骤
S1
中，高速摄像机（2）的拍摄范围为
50
×
50cm
，补光灯（1）沿垂直方向进行打光，通过提升图像的整体亮度提高系统的识别精度，在
TBM
稳定掘进阶段对皮带上的岩渣进行拍摄
。4.
根据权利要求1所述的一种用于
TBM
隧洞的岩渣级配分析方法，其特征在于，步骤
S2
中，根据几何形状
、
彩色
、
灰度
、
空间纹理等特征把图像划分成若干个具有明显差异性的不相交区域，进而将图像主体与图像背景分开，
RGB
色彩模式通过对红
、
绿
、
蓝三个基色通道的变化以及它们相互之间的叠...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭忠盛，周振梁，雷可，李宗林，李林峰，王健，张立龙，肖海晖，郑笑天，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：