【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于巖土工程，尤其涉及一種定量表征花崗巖風(fēng)化土體3d顆粒形態(tài)技術(shù)。
技術(shù)介紹
1、定量表征花崗巖風(fēng)化土體3d顆粒形態(tài)技術(shù)，主要是借助高精度的ct掃描技術(shù)和圖像處理技術(shù)，獲取風(fēng)化花崗巖土體顆粒的三維形態(tài)信息，并采用球諧函數(shù)序列等方法實現(xiàn)三維形態(tài)的準(zhǔn)確重構(gòu)，進而計算顆粒的表面積、表面曲率、三維尺寸、三維球度、圓度和伸長率等形態(tài)表征參數(shù)。
2、現(xiàn)有3d顆粒形態(tài)技術(shù)在表征花崗巖風(fēng)化土體方面雖然已有一定進展，但仍存在精度不足、難以直觀展現(xiàn)顆粒細(xì)微結(jié)構(gòu)以及無法準(zhǔn)確預(yù)測顆粒在復(fù)雜環(huán)境下行為的缺點，這限制了其在工程應(yīng)用中的深入研究和廣泛應(yīng)用，需要對此進行改進，為此，提出一種定量表征花崗巖風(fēng)化土體3d顆粒形態(tài)技術(shù)。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的在于提供一種定量表征花崗巖風(fēng)化土體3d顆粒形態(tài)技術(shù)，以解決上述
技術(shù)介紹
中提出的問題。
2、為了實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用了如下技術(shù)方案：一種定量表征花崗巖風(fēng)化土體3d顆粒形態(tài)技術(shù)，包括三維掃描子系統(tǒng)，智能圖像處理子系統(tǒng)，形態(tài)參數(shù)計算子系統(tǒng)，數(shù)據(jù)挖掘與機器學(xué)習(xí)子系統(tǒng)，虛擬仿真與優(yōu)化設(shè)計子系統(tǒng)，以及用戶交互界面子系統(tǒng)，三維掃描子系統(tǒng)，利用高精度的三維掃描技術(shù)，獲取花崗巖風(fēng)化土體顆粒的三維形態(tài)信息；智能圖像處理子系統(tǒng)，利用圖像處理技術(shù)，對三維掃描子系統(tǒng)獲取的三維圖像進行預(yù)處理、分割、特征提?。恍螒B(tài)參數(shù)計算子系統(tǒng)，基于智能圖像處理子系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)，計算花崗巖風(fēng)化土體顆粒的各種形態(tài)表征參數(shù)，如體積、表面積、球度、圓度、伸長率；數(shù)
3、優(yōu)選的，所述三維掃描子系統(tǒng)包括掃描設(shè)備單元、數(shù)據(jù)采集單元，以及數(shù)據(jù)預(yù)處理單元，所述掃描設(shè)備單元負(fù)責(zé)進行三維掃描，掃描設(shè)備單元為ct掃描儀或激光掃描儀；所述數(shù)據(jù)采集單元負(fù)責(zé)從掃描設(shè)備中收集數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)換為可用于后續(xù)處理的格式；所述數(shù)據(jù)預(yù)處理單元用于對采集到的數(shù)據(jù)進行初步處理。
4、優(yōu)選的，所述智能圖像處理子系統(tǒng)包括圖像分割單元、特征提取單元，以及圖像增強單元，所述圖像分割單元用于將掃描得到的圖像分割成單獨的顆粒圖像；所述特征提取單元用于從分割后的圖像中提取出顆粒的形態(tài)特征；所述圖像增強單元用于對圖像進行增強處理，以提高特征提取的準(zhǔn)確性。
5、優(yōu)選的，所述形態(tài)參數(shù)計算子系統(tǒng)包括體積計算單元、表面積計算單元，以及形態(tài)表征參數(shù)計算單元，所述體積計算單元用于計算顆粒的體積；所述表面積計算單元用于計算顆粒的表面積；所述形態(tài)表征參數(shù)計算單元用于計算表征參數(shù)。
6、優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)挖掘與機器學(xué)習(xí)子系統(tǒng)包括模式識別單元以及關(guān)聯(lián)分析單元，所述模式識別單元利用機器學(xué)習(xí)算法對顆粒進行分類和識別；所述關(guān)聯(lián)分析單元用于發(fā)現(xiàn)形態(tài)參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)和規(guī)律。
7、優(yōu)選的，所述虛擬仿真與優(yōu)化設(shè)計子系統(tǒng)包括虛擬模型構(gòu)建單元、仿真模擬單元，以及優(yōu)化設(shè)計單元，所述虛擬模型構(gòu)建單元基于掃描和處理的數(shù)據(jù)構(gòu)建顆粒的虛擬模型；所述仿真模擬單元用于模擬顆粒在不同條件下的行為；所述優(yōu)化設(shè)計單元用于根據(jù)仿真結(jié)果對顆粒進行優(yōu)化設(shè)計。
8、優(yōu)選的，所述虛擬仿真與優(yōu)化設(shè)計子系統(tǒng)中的渲染方程為，l(o,ω)＝l_e(o,ω)+∫f_rω_il_i(ω_i,n)l_i(o,ω_i)n·ω_idω_i，其中，l(o,ω)為相機位置o處，方向ω上的輻射強度，l_e(o,ω)為來自場景中光源的輻射強度，f_r為表面的反射函數(shù)，n為表面法線，l_i為從光源處射向表面的輻射強度，ω_i為光線入射方向；交互公式為，i_t＝f(i_t-1,i_t-2,...,i_t-n)，其中，i_t表示在時刻t用戶的輸入狀態(tài)；f為交互函數(shù)，用于描述用戶對虛擬環(huán)境的操作和反饋效果。
9、優(yōu)選的，所述用戶交互界面子系統(tǒng)包括輸入單元、顯示單元，以及控制單元，所述輸入單元用于用戶輸入指令和參數(shù)；所述顯示單元用于展示處理結(jié)果和仿真優(yōu)化設(shè)計結(jié)果；所述控制單元負(fù)責(zé)整個界面的控制和交互邏輯。
10、綜上所述，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的有益效果是：
11、1、該技術(shù)通過三維掃描子系統(tǒng)和智能圖像處理子系統(tǒng)，能夠以高精度的方式獲取并處理花崗巖風(fēng)化土體顆粒的三維形態(tài)信息，使得研究人員可以更直觀地觀察和分析顆粒的細(xì)微結(jié)構(gòu)與特征，例如，通過高分辨率的三維掃描，能夠清晰地呈現(xiàn)顆粒表面的紋理、孔隙以及內(nèi)部的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，智能圖像處理中的分割和特征提取功能，可以準(zhǔn)確地將顆粒從背景中分離出來，并提取出關(guān)鍵的形態(tài)特征，如球度、圓度等，這為深入研究花崗巖風(fēng)化土體的物理性質(zhì)和工程行為提供了堅實的基礎(chǔ)，有助于揭示顆粒形態(tài)與力學(xué)性能、滲透性等之間的關(guān)系，為工程設(shè)計和地質(zhì)研究提供更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。
12、2、模式識別單元利用機器學(xué)習(xí)算法對顆粒進行分類和識別，能夠快速準(zhǔn)確地將不同類型的顆粒區(qū)分開來，為地質(zhì)勘查和工程分類提供便利，關(guān)聯(lián)分析單元則可以發(fā)現(xiàn)形態(tài)參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)和規(guī)律，例如體積、表面積與顆粒強度之間的關(guān)系，或者球度與顆粒流動性之間的關(guān)系，有助于建立更準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，預(yù)測顆粒在不同條件下的行為，為工程應(yīng)用提供可靠的參考依據(jù)。
13、3、虛擬仿真與優(yōu)化設(shè)計子系統(tǒng)基于前面子系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)和分析結(jié)果，能夠進行高精度的虛擬仿真和優(yōu)化設(shè)計，虛擬模型構(gòu)建單元可以構(gòu)建出逼真的顆粒虛擬模型，使研究人員可以在虛擬環(huán)境中進行各種實驗和分析，而無需實際操作實物顆粒，節(jié)省了時間和成本。仿真模擬單元能夠模擬顆粒在不同條件下的行為，如在不同應(yīng)力狀態(tài)下的變形、在水流中的運動等，幫助研究人員提前評估潛在風(fēng)險，優(yōu)化設(shè)計單元則可以根據(jù)仿真結(jié)果對顆粒進行優(yōu)化設(shè)計，例如通過調(diào)整顆粒的形狀、大小等參數(shù)，提高顆粒的工程性能，滿足特定的工程需求。
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1.一種定量表征花崗巖風(fēng)化土體3D顆粒形態(tài)技術(shù)，包括三維掃描子系統(tǒng)，智能圖像處理子系統(tǒng)，形態(tài)參數(shù)計算子系統(tǒng)，數(shù)據(jù)挖掘與機器學(xué)習(xí)子系統(tǒng)，虛擬仿真與優(yōu)化設(shè)計子系統(tǒng)，以及用戶交互界面子系統(tǒng)，其特征在于，三維掃描子系統(tǒng)，利用高精度的三維掃描技術(shù)，獲取花崗巖風(fēng)化土體顆粒的三維形態(tài)信息；智能圖像處理子系統(tǒng)，利用圖像處理技術(shù)，對三維掃描子系統(tǒng)獲取的三維圖像進行預(yù)處理、分割、特征提??；形態(tài)參數(shù)計算子系統(tǒng)，基于智能圖像處理子系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)，計算花崗巖風(fēng)化土體顆粒的各種形態(tài)表征參數(shù)，如體積、表面積、球度、圓度、伸長率；數(shù)據(jù)挖掘與機器學(xué)習(xí)子系統(tǒng)，利用數(shù)據(jù)挖掘和機器學(xué)習(xí)技術(shù)，對形態(tài)參數(shù)計算子系統(tǒng)提供的形態(tài)表征參數(shù)進行深度分析和模式識別；虛擬仿真與優(yōu)化設(shè)計子系統(tǒng)，基于形態(tài)參數(shù)計算子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)挖掘與機器學(xué)習(xí)子系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)和分析結(jié)果，進行虛擬仿真和優(yōu)化設(shè)計；用戶交互界面子系統(tǒng)，用于為用戶提供直觀、易用的交互界面，提供輸入指令、查看結(jié)果、進行參數(shù)設(shè)置和修改的操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種定量表征花崗巖風(fēng)化土體3D顆粒形態(tài)技術(shù)，其特征在于，所述三維掃描子系統(tǒng)包括掃描設(shè)備單元、數(shù)據(jù)采集單元，以及
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種定量表征花崗巖風(fēng)化土體3D顆粒形態(tài)技術(shù)，其特征在于，所述智能圖像處理子系統(tǒng)包括圖像分割單元、特征提取單元，以及圖像增強單元，所述圖像分割單元用于將掃描得到的圖像分割成單獨的顆粒圖像；所述特征提取單元用于從分割后的圖像中提取出顆粒的形態(tài)特征；所述圖像增強單元用于對圖像進行增強處理，以提高特征提取的準(zhǔn)確性。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種定量表征花崗巖風(fēng)化土體3D顆粒形態(tài)技術(shù)，其特征在于，所述形態(tài)參數(shù)計算子系統(tǒng)包括體積計算單元、表面積計算單元，以及形態(tài)表征參數(shù)計算單元，所述體積計算單元用于計算顆粒的體積；所述表面積計算單元用于計算顆粒的表面積；所述形態(tài)表征參數(shù)計算單元用于計算表征參數(shù)。
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7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種定量表征花崗巖風(fēng)化土體3D顆粒形態(tài)技術(shù)，其特征在于，所述虛擬仿真與優(yōu)化設(shè)計子系統(tǒng)中的渲染方程為，L(o,ω)＝L_e(o,ω)+∫f_rω_iL_i(ω_i,n)L_i(o,ω_i)n·ω_idω_i，其中，L(o,ω)為相機位置o處，方向ω上的輻射強度，L_e(o,ω)為來自場景中光源的輻射強度，f_r為表面的反射函數(shù)，n為表面法線，L_i為從光源處射向表面的輻射強度，ω_i為光線入射方向；交互公式為，I_t＝F(I_t-1,I_t-2,...,I_t-n)，其中，I_t表示在時刻t用戶的輸入狀態(tài)；F為交互函數(shù)，用于描述用戶對虛擬環(huán)境的操作和反饋效果。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種定量表征花崗巖風(fēng)化土體3D顆粒形態(tài)技術(shù)，其特征在于，所述用戶交互界面子系統(tǒng)包括輸入單元、顯示單元，以及控制單元，所述輸入單元用于用戶輸入指令和參數(shù)；所述顯示單元用于展示處理結(jié)果和仿真優(yōu)化設(shè)計結(jié)果；所述控制單元負(fù)責(zé)整個界面的控制和交互邏輯。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種定量表征花崗巖風(fēng)化土體3d顆粒形態(tài)技術(shù)，包括三維掃描子系統(tǒng)，智能圖像處理子系統(tǒng)，形態(tài)參數(shù)計算子系統(tǒng)，數(shù)據(jù)挖掘與機器學(xué)習(xí)子系統(tǒng)，虛擬仿真與優(yōu)化設(shè)計子系統(tǒng)，以及用戶交互界面子系統(tǒng)，其特征在于，三維掃描子系統(tǒng)，利用高精度的三維掃描技術(shù)，獲取花崗巖風(fēng)化土體顆粒的三維形態(tài)信息；智能圖像處理子系統(tǒng)，利用圖像處理技術(shù)，對三維掃描子系統(tǒng)獲取的三維圖像進行預(yù)處理、分割、特征提取；形態(tài)參數(shù)計算子系統(tǒng)，基于智能圖像處理子系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)，計算花崗巖風(fēng)化土體顆粒的各種形態(tài)表征參數(shù)，如體積、表面積、球度、圓度、伸長率；數(shù)據(jù)挖掘與機器學(xué)習(xí)子系統(tǒng)，利用數(shù)據(jù)挖掘和機器學(xué)習(xí)技術(shù)，對形態(tài)參數(shù)計算子系統(tǒng)提供的形態(tài)表征參數(shù)進行深度分析和模式識別；虛擬仿真與優(yōu)化設(shè)計子系統(tǒng)，基于形態(tài)參數(shù)計算子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)挖掘與機器學(xué)習(xí)子系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)和分析結(jié)果，進行虛擬仿真和優(yōu)化設(shè)計；用戶交互界面子系統(tǒng)，用于為用戶提供直觀、易用的交互界面，提供輸入指令、查看結(jié)果、進行參數(shù)設(shè)置和修改的操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種定量表征花崗巖風(fēng)化土體3d顆粒形態(tài)技術(shù)，其特征在于，所述三維掃描子系統(tǒng)包括掃描設(shè)備單元、數(shù)據(jù)采集單元，以及數(shù)據(jù)預(yù)處理單元，所述掃描設(shè)備單元負(fù)責(zé)進行三維掃描，掃描設(shè)備單元為ct掃描儀或激光掃描儀；所述數(shù)據(jù)采集單元負(fù)責(zé)從掃描設(shè)備中收集數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)換為可用于后續(xù)處理的格式；所述數(shù)據(jù)預(yù)處理單元用于對采集到的數(shù)據(jù)進行初步處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種定量表征花崗巖風(fēng)化土體3d顆粒形態(tài)技術(shù)，其特征在于，所述智能圖像處理子系統(tǒng)包括圖像分割單元、特征提取單元，以及圖像增強單元，所述圖像分割單元用于將掃描得到的圖像分割成單獨的顆粒圖像；所述特征提取單元用于從分割后的圖像中提取出顆粒的形態(tài)特征；所述圖像增強單元用于對圖像進行增強處理，以提高特征提取的準(zhǔn)確性。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種定量表征花崗巖風(fēng)化土體3d顆粒形態(tài)技術(shù)，其特征在于，所述形態(tài)參數(shù)計算...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：徐俊康，陳新，周小荃，王杰，
申請(專利權(quán))人：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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