冰湖終磧壟顆粒的分析方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種冰湖終磧壟顆粒的分析方法，旨在提供一種數(shù)據(jù)采集速度快、分析結(jié)果準確的冰湖終磧壟顆粒的分析方法。該分析方法包括以下步驟：（1)現(xiàn)場冰湖終磧壟樣區(qū)選取；(2)樣區(qū)圖像拍照；（3)圖像預(yù)處理；(4)圖像尺寸轉(zhuǎn)換；(5)圖像邊緣檢測及區(qū)域填充；(6)區(qū)域填充完成后獲得石塊面積；(7)根據(jù)石塊面積繪制顆粒級配曲線。本發(fā)明的分析方法可行，分析結(jié)果可靠，可作為冰湖終磧壟顆粒分析的有效方法之一。
【專利說明】冰湖終磧壟顆粒的分析方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及冰湖終磧壟研究【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種冰湖終磧壟顆粒的分析方 法。

【背景技術(shù)】
[0002] 我國的冰湖主要分布在念青唐古拉山和喜馬拉雅山地區(qū)，平均海拔在5000米以 上，是中國冰湖發(fā)育最多、受冰湖潰決危害最嚴重的地區(qū)。冰湖的湖堤多為終磧壟。終磧壟 為典型的二元結(jié)構(gòu)，主要由碎石顆粒堆積，粒徑從毫米至米級，顆粒結(jié)構(gòu)疏松，滲透性較強， 因此終磧壟的穩(wěn)定程度往往直接決定冰湖潰決與否。
[0003] 顆粒分析是終磧壟穩(wěn)定性研究的基礎(chǔ)試驗之一，能夠定量描述終磧壟試樣中各個 粒組的含量，為終磧壟的工程分類和了解終磧壟的工程性質(zhì)提供依據(jù)。由于構(gòu)成終磧壟的 粒徑較大（可達到米級），因此，難以通過現(xiàn)有的顆粒分析手段（如篩析法、密度計法）來 獲取其相應(yīng)的粒度組成；此外，冰湖分布在高海拔、自然條件惡劣地區(qū)，使得常規(guī)地人工從 終磧壟采集樣本進行室內(nèi)試驗或者長期在外作業(yè)存在一定的困難。人工采集對于平均海拔 5000米以上的冰湖終磧壟來說很艱難，因為冰湖終磧壟海拔太高，自然條件惡劣，地形復 雜，機器無法到達，人工步行去取樣需要克服缺氧、體力不支等各種困難。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的缺點，提供了一種數(shù)據(jù)采集速度快、分析結(jié)果準確的 冰湖終磧壟顆粒的分析方法。
[0005] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：一種冰湖終磧壟顆 粒的分析方法，包括以下步驟：
[0006] (1)現(xiàn)場冰湖終磧壟樣區(qū)選取：對樣區(qū)表面進行清理、平整，并在樣區(qū)的適當位 置水平放置刻度尺；
[0007] (2)樣區(qū)圖像拍照：利用拍照設(shè)備對樣區(qū)進行拍攝；
[0008] (3)圖像預(yù)處理：利用圖像處理軟件對圖像進行降噪處理；
[0009] (4)圖像尺寸轉(zhuǎn)換：將數(shù)字圖像中像素點間的距離轉(zhuǎn)換為圖像所代表的實際尺 寸，其轉(zhuǎn)換比例為：
[0010] R = S/N ；
[0011] 式中，R表示數(shù)字圖像中每個像素單位對應(yīng)的實際尺寸；
[0012] S表示圖像在橫向或縱向上所對應(yīng)的實際尺寸；
[0013] N表示圖像在橫向或縱向上S長度所對應(yīng)的像素點數(shù)目；
[0014] (5)圖像邊緣檢測及區(qū)域填充：根據(jù)像素亮度值來識別一些像素是否屬于同一個 物體；
[0015] (6)區(qū)域填充完成后獲得石塊面積；
[0016] (7)根據(jù)石塊面積繪制顆粒級配曲線。
[0017] 優(yōu)選的是，所述步驟⑴中的樣區(qū)大小為1米米。
[0018] 優(yōu)選的是，所述步驟⑵中以拍照設(shè)備的光軸垂直于樣區(qū)的角度對選取的樣區(qū)進 行拍照。
[0019] 優(yōu)選的是，所述步驟（5)米用Photoshop進行，具體步驟為：
[0020] (1)初始化：堆找置空，將種子點（X，y)入棧；
[0021] (2)出棧：若?？談t結(jié)束，否則取棧頂元素（X，y)，#y作為當前掃描線；
[0022] (3)填充并確定種子點所在區(qū)段：從種子點（X，y)出發(fā)，沿當前掃描線向左、右兩 個方向填充，直到邊界；分別標記區(qū)段的左、右端點坐標為xl和xr ;
[0023] (4)確定新的種子點：在區(qū)間[xl，xr]中檢查與當前掃描線y上、下相鄰的兩條掃 描線上的象素，若存在非邊界、未填充的象素，則把每一區(qū)間的最右象素作為種子點壓入堆 棧，返回第（2)步。
[0024] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：
[0025] (1)經(jīng)實驗證明本發(fā)明的分析方法是可行的，其分析結(jié)果可靠，可以作為冰湖終磧 壟的顆粒分析方法之一。
[0026] (2)本發(fā)明使高海拔、自然條件惡劣地區(qū)的冰湖終磧壟顆粒的分析變得較為方便， 克服了人工從終磧壟采集樣本進行室內(nèi)試驗或者長期在外作業(yè)人員缺氧、體力不支的不 足。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可 以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0028]圖1為本發(fā)明流程圖。 圖2為本發(fā)明分析方法所的結(jié)果與現(xiàn)有篩析法分析結(jié)果的對比圖。

【具體實施方式】
[0029]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；?本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有付出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0030]數(shù)字圖像處理技術(shù)是把來自照相機、攝像機、掃描裝置的圖像，經(jīng)過數(shù)學變換后得 到存儲在計算機中的數(shù)字圖像信息，再由計算機進行分析和處理，最后得到所需要的各種 結(jié)果。數(shù)字圖像在計算機中是由一系列矩形排列的像素點構(gòu)成，每個像素點對應(yīng)一個正方 形，在_灰度圖像中每個像素點對應(yīng)一個整數(shù)值，用以表示該點的亮度，即灰度。常見的2兄 色或二值化圖像，其灰度值為〇- 255和〇_丨。整個圖像是由具有不同灰度值的像素點陣構(gòu) 成，不同的灰度值分別代表了圖像所包含的不同信息,這些像素點對應(yīng)的各個離散數(shù)據(jù)便 成為下一步數(shù)字圖像處理的基礎(chǔ)。
[0031]從相機或其他圖像設(shè)備得到的終磧壟圖像包含了豐富信息,這些信息可以通過相 應(yīng)的灰度值或色彩來反應(yīng)。因此，可以通過圖像的不同像素點所反映的灰度或色彩的變換 來獲取材料內(nèi)部不同物質(zhì)成分、顆粒含量、粒度分布及其結(jié)構(gòu)特征等有價值的資料，以進行 一系列相關(guān)研究，并建立其相應(yīng)的細觀結(jié)構(gòu)分析模型。
[0032] 實施例一：
[0033] 一種冰湖終磧壟顆粒的分析方法，包括以下步驟（圖1):
[0034] (1)現(xiàn)場冰湖終磧壟樣區(qū)選?。涸诶脭?shù)碼照相機等設(shè)備進行冰湖終磧壟拍攝 前，應(yīng)首先在現(xiàn)場選取樣區(qū)，并將表面進行平整、清理干凈，在樣區(qū)的適當位置水平放置刻 度尺，以標定試驗圖像的實際尺寸及圖像方位，可以1米*1米的正方形為標準。
[0035] (2)樣區(qū)圖像拍照：以拍照設(shè)備的光軸盡可能垂直于樣區(qū)的角度對選取的樣區(qū)進 行拍照，以防止由拍攝傾斜角引起的照片變形，并輸入計算機存儲。
[0036] (3)圖像預(yù)處理：由于外界各種因素（如光照、樣區(qū)平整度、石塊與周圍填充土體 的色彩差異性等）的影響，使得通過上述方法獲得的圖像通常存在有大量的圖像噪音。因 此，首先要利用已有的圖像處理軟件對原始圖像進行處理，消除這些不良因素，提取需要研 究的對象。
[0037] (4)圖像尺寸轉(zhuǎn)換：不能直接從存儲在計算機里的數(shù)字圖像中獲得實際距離，因 此，需要在圖像尺度與實際尺度之間轉(zhuǎn)換。終磧壟圖像處理中的尺度轉(zhuǎn)換是指將數(shù)字圖像 中像素點間的距離（水平或垂直）轉(zhuǎn)換為圖像所代表的實際尺寸（長或高）。其轉(zhuǎn)換比例 為：
[0038] R = S/N ；
[0039] 式中，R表示數(shù)字圖像中每個像素單位對應(yīng)的實際尺寸；
[0040] S表示圖像在橫向或縱向上所對應(yīng)的實際尺寸；
[0041] N表示圖像在橫向或縱向上S長度所對應(yīng)的像素點數(shù)目。
[0042] (5)圖像邊緣檢測及區(qū)域填充：相關(guān)的圖像處理軟件有很多，本次以Photoshop為 例。在數(shù)字圖像中，根據(jù)像素亮度值來識別一些像素是否屬于同一個物體，具體可由以下四 步來實現(xiàn)：
[0043] ⑴初始化：堆棧置空，將種子點（X，y)入棧；
[0044] ⑵出棧：若?？談t結(jié)束。否則取棧頂元素（X，y)，以y作為當前掃描線；
[0045] ⑶填充并確定種子點所在區(qū)段：從種子點（X，y)出發(fā)，沿當前掃描線向左、右兩 個方向填充，直到邊界。分別標記區(qū)段的左、右端點坐標為xl和Xr ;
[0046] ⑷并確定新的種子點：在區(qū)間[xl，xr]中檢查與當前掃描線y上、下相鄰的兩條 掃描線上的象素。若存在非邊界、未填充的象素，則把每一區(qū)間的最右象素作為種子點壓入 堆棧，返回第（2)步。
[0047] (6)區(qū)域填充完成后獲得石塊面積：以上步驟便可得到石塊的面積。
[0048] (7)根據(jù)石塊面積繪制顆粒級配曲線：在繪制顆粒級配曲線之前，本文假定樣區(qū) 內(nèi)所有石塊的密度和厚度是一樣的，這樣可以根據(jù)各粒徑面積百分比代替質(zhì)量百分比。 [0049] 試驗例：圖像處理法與篩析法的比較
[0050] (1)選擇樣區(qū)（樣本）
[0051] 在現(xiàn)場選擇兩個樣區(qū)，命名為樣區(qū)1和樣區(qū)2,由本發(fā)明的方法進行分析；在樣區(qū) 表層以下挖取壩體作為篩析法試驗樣本（樣區(qū)1以下所采樣本為試驗1，樣區(qū)2以下所采樣 本為試驗2)。在進行室內(nèi)篩分試驗前，將樣本中顆粒粒徑大于eomm的碎石拿出，將剩令樣 本進行兩次平行試驗，最后將粒徑大于60mm的碎石質(zhì)量也參與顆粒級配曲線的繪制。
[0052] (2)對比與分析 °
[0053] 為使兩種方法有一個直觀的比較，將兩種方法的結(jié)果圖放入同一個坐標系下，如 圖2所示：
[0054] 對比結(jié)果圖發(fā)現(xiàn)：兩種方法得到的級配曲線基本一致。證明結(jié)合現(xiàn)場考察的數(shù)字 圖像處理技術(shù)進行冰湖的顆粒分析可行,分析結(jié)果可靠，可以作為冰湖終磧壟的顆粒分析 方法之一。
[0055] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡^本發(fā)明的精 神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種冰湖終磧壟顆粒的分析方法，其特征在于：包括以下步驟： (1) 現(xiàn)場冰湖終磧壟樣區(qū)選?。簩訁^(qū)表面進行清理、平整，并在樣區(qū)的適當位置水平 放置刻度尺； (2) 樣區(qū)圖像拍照：利用拍照設(shè)備對樣區(qū)進行拍攝； (3) 圖像預(yù)處理：利用圖像處理軟件對圖像進行降噪處理； (4) 圖像尺寸轉(zhuǎn)換：將數(shù)字圖像中像素點間的距離轉(zhuǎn)換為圖像所代表的實際尺寸，其 轉(zhuǎn)換比例為： R = S/N ； 式中，R表示數(shù)字圖像中每個像素單位對應(yīng)的實際尺寸； S表示圖像在橫向或縱向上所對應(yīng)的實際尺寸； Ν表示圖像在橫向或縱向上S長度所對應(yīng)的像素點數(shù)目； (5) 圖像邊緣檢測及區(qū)域填充：根據(jù)像素亮度值來識別一些像素是否屬于同一個物 體； (6) 區(qū)域填充完成后獲得石塊面積； (7) 根據(jù)石塊面積繪制顆粒級配曲線。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述冰湖終磧壟顆粒的分析方法，其特征在于：所述步驟（1)中的 樣區(qū)大小為1米*1米。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述冰湖終磧壟顆粒的分析方法，其特征在于：所述步驟（2)中以 拍照設(shè)備的光軸垂直于樣區(qū)的角度對選取的樣區(qū)進行拍照。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述冰湖終磧壟顆粒的分析方法，其特征在于：所述步驟（5)采用 Photoshop進行，具體步驟為： (1) 初始化：堆棧置空，將種子點（X，y)入棧； (2) 出棧：若棧空則結(jié)束，否則取棧頂元素（x，y)，以y作為當前掃描線； (3) 填充并確定種子點所在區(qū)段：從種子點（X，y)出發(fā)，沿當前掃描線向左、右兩個方 向填充，直到邊界；分別標記區(qū)段的左、右端點坐標為xl和xr ; (4) 確定新的種子點：在區(qū)間[xl，xr]中檢查與當前掃描線y上、下相鄰的兩條掃描線 上的象素，若存在非邊界、未填充的象素，則把每一區(qū)間的最右象素作為種子點壓入堆棧， 返回第（2)步。
【文檔編號】G06T7/00GK104217424SQ201410323910
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年7月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月8日
【發(fā)明者】肖長偉, 黃志鵬, 李曉雪, 姚成林, 高延鴻, 劉鵬, 葉富剛, 陽輝, 李建峰, 藍志鋒, 索央, 劉紹林, 岳彩芹, 普拉, 海森, 王秀枚, 何勇智, 張小兵, 朱瓊亮, 次旦央宗 申請人:西藏自治區(qū)水利電力規(guī)劃勘測設(shè)計研究院