岩石物理力学参数智能一体化测试系统及其测试方法与流程
本发明涉及岩石物理力学参数测试技术领域，具体的说，涉及一种岩石物理力学参数智能一体化测试系统及其测试方法。
背景技术：
在地质工程、岩土工程、水利水电工程、隧道工程、石油天然气开发工程等岩石工程的科研、设计、施工过程中，都需要用到岩石物理力学参数。常用的岩石物理力学参数主要包括：密度、流体(水、油、气)饱和度、孔隙度、渗透率、声波波速、单轴抗压强度、单轴抗拉强度、弹性模量、泊松比、抗剪强度、内聚力(c值)、内摩擦角(
上述参数涉及到的试样类型、试验条件、测试方法、测试仪器等各不相同。目前，国内外相关实验室专业细分度高，由于仪器、人员配置、场地条件等限制，某个专业实验室有时仅能测试一种或有限的几种岩石物理力学参数。上述常见的岩石物理力学参数的测试基本上都是在不同的实验室分散、独立的进行，有时甚至是不同单位、不同城市的实验室测试。
由于不同单位、不同实验室的运营情况存在差异，如：排队试样多寡、仪器运营状态好坏、测试人员工作状态优劣等，都会在很大程度上影响岩石力学参数测试效率，有时候做完一种或几种参数的测试，可能需要等待很久(一周甚至一月以上)才能测试下一种或几种参数，这种长时间的间隔不仅影响科研效率和工程进度。再加上不同实验室之间来回搬运试样，会不可避免地对试样造成扰动，还不利于试样的原状状态的保存，试样品利用的时效性和测试参数的准确性都会大打折扣，无法反映真实的岩石力学性质和行为特征，进而误导科学认识和工程设计。此外，不同的测试人员的技术熟练程度、操作规范程度、态度严谨与否、情绪状态等人为因素，都会影响测试精度和结果的可靠性，而当前科研和工程设计方案对参数可靠性要求越来越高，因此，亟需尽量降低人为因素对测试精度的干扰。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种岩石物理力学参数智能一体化测试平台和方法，基于人工智能技术和先进的测量、控制系统，将多种仪器、设备优化整合，形成流水线式的一体化协同试验平台，既提高岩石物理力学参数测试效率，又节约人力资源，降低人为因素对测试精度的干扰。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
本发明提供一种岩石物理力学参数智能一体化测试系统，包括：
人机交互系统，与控制中心相连接，用于输入的测试指令信息并将其传输给控制中心；
控制中心，与人机交互系统和智能测试系统相连接，用于接收人机交互系统传输来的测试指令信息，并将测试指令信息传送到智能测试系统；
智能测试系统，与控制中心相连接，用于接收控制中心发出的测试指令并进行岩石试样的测试。
本发明的有益效果在于：提供一种智能化、一体化的测系统，最大限度优化设计各种仪器的协同工作过程，实现真正的智能化操作、一体化控制。
进一步，所述智能测试系统包括：智能试样制备系统、智能试样输送系统、智能试样安装系统、智能试样加载系统、智能测试及数据采集系统、智能数据传输系统以及智能数据处理和可视化系统；
所述智能试样制备系统与控制中心和智能试样输送系统相连接，用于接收和执行控制中心发出的指令，将岩块制备成岩块待测试样；
所述智能试样输送系统与控制中心、智能试样制备系统和智能试样安装系统相连接，用于接收和执行控制中心发出的指令，并将智能试样制备系统中制备好的岩块待测试样输送至智能试样安装系统；
所述智能试样安装系统与控制中心、智能试样输送系统和智能测试及数据采集系统相连接，用于接收和执行控制中心发出的指令，并将智能试样输送系统输送来的岩块待测试样安装至智能测试及数据采集系统；
所述智能测试及数据采集系统，与控制中心、智能试样安装系统和智能数据传输系统相连接，用于接收和执行控制中心发出的指令，对岩块待测试样进行测试并将测试数据传送至智能数据传输系统；
所述智能数据传输系统与控制中心、智能测试及数据采集系统和智能数据处理和可视化系统相连接，用于接收和执行控制中心发出的指令，接收智能测试及数据采集系统传递来的测试数据并传输至智能数据处理和可视化系统；
所述智能数据处理和可视化系统与控制中心和智能数据传输系统相连接，用于接收和执行控制中心发出的指令，接收智能数据传输系统传输来的数据并进行数据的存储和处理。
也就是说，本发明是基于现有技术和设备并在其上安装现有的智能感应设备，通过最优化硬件设备配置方式和连接方式，通过现有的智能信号传输技术实现与控制中心及人机交互系统的交互通信。此外，对于控制中心与人机相互系统，在集成现有技术的基础上，依据岩石试样类型及其物理力学参数测试方法的特点，建立岩石物理力学参数测试方案的专家经验数据库，针对性地优化设计智能化的控制程序，提升计算机学习能力和人机交流效率，进而实现智能化、一体化协同控制，使得各项测试系统并行不悖地高效运行、提高测试效率。
进一步，在人机交互系统输入的测试指令包括：密度、流体饱和度(流体包括水、油、气)、孔隙度、渗透率、声波波速(纵波与横波)、单轴抗压强度、单轴抗拉强度、弹性模量、泊松比、抗剪强度、内聚力、内摩擦角、三轴抗压强度、岩石断裂韧度等。
进一步，所述智能测试数据采集系统中的测试仪器包括但不限于单轴压缩试验机、单轴拉伸试验机、等围压三轴压缩试验机、压剪试验机、真三轴压缩试验机、真三轴压裂试验机中的至少一种。
进一步，还包括智能显像系统，所述智能显像系统与控制中心、智能试样制备系统、智能试样输送系统和智能数据传输系统相连接；所述智能显像系统接收和执行控制中心发出的指令，用于对岩石待测试样进行声波波速测试、密度测试、ct扫描和三维重构，并将上述测试获得的数据信息传递至智能数据传输系统。
本发明还涉及一种岩石物理力学参数智能一体化测试方法，包括如下步骤：
s1)在人机交互系统中输入测试指令信息，并传送至控制中心；
s2)控制中心接收人机交互系统中输入测试指令信息并传递至智能测试系统；
s3)智能测试系统接受控制中心发出的测试指令信息并进行岩石物理力学参数测试。
进一步，所述步骤s3包括如下步骤：
s3-1)智能试样制备系统接受控制中心发出的指令信息并进行岩心试样或者立方体试样的制备，制备试样为岩心试样时接步骤s3-2,制备试样为立方体试样时接步骤s3-2；
s3-2)将岩芯试样由智能试样输送系统依次运送到波速测试平台和密度测试平台上，在智能试样安装系统的辅助下，测试试样的纵横波波速和密度；再智能试样输送系统运送到ct扫描平台上进行岩芯内部结构素描，通过智能数据采集系统采集测量值、影像及声音等数据，并通过智能数据传输系统实时传送到智能数据处理与可视化系统；
s3-3)将步骤s3-2中完成ct扫描的岩芯试样或者步骤s3-1中制备的立方体试样，在控制中心中按照人机交互系统输入的测试指令智能匹配测试仪器，由智能试样输送系统分别独立运送到智能测试及数据采集系统的测试仪器；
s3-4)智能试样安装系统将岩芯试样或者立方体试样安装在智能测试及数据采集系统的测试仪器上；
s3-5)智能测试及数据采集系统的测试仪器对岩芯试样或者立方体试样进行试验和测试，并将测试得到的数据通过智能数据传输系统传递至智能数据处理与可视化系统。
进一步，所述步骤s3-3)中还包括通过智能试样输送系统先将岩芯试样或者立方体试样运送至观测探头或附件安装平台进行探头或测量附件的安装，再将岩芯试样或者立方体试样运送至智能测试及数据采集系统的测试仪器。
进一步，对于岩芯试样，所述测试仪器为单轴压缩试验机、单轴拉伸试验机、等围压三轴压缩试验机中的至少一种；对于立方体试样，所述测试仪器为压剪试验机、真三轴压缩试验机或真三轴压裂试验机中的至少一种。
本发明的有益效果在于：
(1)基于人工智能技术集成在一起的多个岩石物理力学参数测试仪器，既可以独立完成专门的参数测试任务，也能通过智能化协同工作方式同时测试多种参数。
(2)大幅提高相关测试仪器的利用率和共享程度，实现智能化、标准化测试流程，提高岩石物理力学参数测试的效率、准确性、时效性。
(3)减少试验过程的人为因素干扰，提高测试结果的一致性和可比性，节约人力成本。
附图说明
图1为本发明岩石物理力学参数智能一体化测试系统的架构示意图；
图2为本发明岩石物理力学参数智能一体化测试方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
本发明提供一种岩石物理力学参数智能一体化测试系统，如图1所示，包括：
人机交互系统，与控制中心相连接，用于输入的测试指令信息并将其传输给控制中心；
控制中心，与人机交互系统和智能测试系统相连接，用于接收人机交互系统传输来的测试指令信息，并将测试指令信息传送到智能测试系统；
智能测试系统，与控制中心相连接，用于接收控制中心发出的测试指令并进行岩石试样的测试。
本发明的有益效果在于：提供一种智能化、一体化的测系统，最大限度优化设计各种仪器的协同工作过程，实现真正的智能化操作、一体化控制。
作为本发明的进一步方案，所述智能测试系统包括：智能试样制备系统、智能试样输送系统、智能试样安装系统、智能试样加载系统、智能测试及数据采集系统、智能数据传输系统以及智能数据处理和可视化系统；
所述智能试样制备系统与控制中心和智能试样输送系统相连接，用于接收和执行控制中心发出的指令，将岩块制备成岩块待测试样；
所述智能试样输送系统与控制中心、智能试样制备系统和智能试样安装系统相连接，用于接收和执行控制中心发出的指令，并将智能试样制备系统中制备好的岩块待测试样输送至智能试样安装系统；
所述智能试样安装系统与控制中心、智能试样输送系统和智能测试及数据采集系统相连接，用于接收和执行控制中心发出的指令，并将智能试样输送系统输送来的岩块待测试样安装至智能测试及数据采集系统；
所述智能测试及数据采集系统，与控制中心、智能试样安装系统和智能数据传输系统相连接，用于接收和执行控制中心发出的指令，对岩块待测试样进行测试并将测试数据传送至智能数据传输系统；
所述智能数据传输系统与控制中心、智能测试及数据采集系统和智能数据处理和可视化系统相连接，用于接收和执行控制中心发出的指令，接收智能测试及数据采集系统传递来的测试数据并传输至智能数据处理和可视化系统；
所述智能数据处理和可视化系统与控制中心和智能数据传输系统相连接，用于接收和执行控制中心发出的指令，接收智能数据传输系统传输来的数据并进行数据的存储和处理。
也就是说，本发明是基于现有技术和设备并在其上安装现有的智能感应设备，通过最优化硬件设备配置方式和连接方式，通过现有的智能信号传输技术实现与控制中心及人机交互系统的交互通信。此外，对于控制中心与人机相互系统，在集成现有技术的基础上，依据岩石试样类型及其物理力学参数测试方法的特点，建立岩石物理力学参数测试方案的专家经验数据库，针对性地优化设计智能化的控制程序，提升计算机学习能力和人机交流效率，进而实现智能化、一体化协同控制，使得各项测试系统并行不悖地高效运行、提高测试效率。
作为本发明的进一步方案，在人机交互系统输入的测试指令包括：密度、流体饱和度(流体包括水、油、气)、孔隙度、渗透率、声波波速(纵波与横波)、单轴抗压强度、单轴抗拉强度、弹性模量、泊松比、抗剪强度、内聚力、内摩擦角、三轴抗压强度、岩石断裂韧度等。
作为本发明的进一步方案，所述智能测试数据采集系统中的测试仪器包括但不限于单轴压缩试验机、单轴拉伸试验机、等围压三轴压缩试验机、压剪试验机、真三轴压缩试验机、真三轴压裂试验机中的至少一种。
作为本发明的进一步方案，还包括智能显像系统，所述智能显像系统与控制中心、智能试样制备系统、智能试样输送系统和智能数据传输系统相连接；所述智能显像系统接收和执行控制中心发出的指令，用于对岩石待测试样进行声波波速测试、密度测试、ct扫描和三维重构，并将上述测试获得的数据信息传递至智能数据传输系统。
换言之，本发明的主要技术特点也可以概括为下几点：
采用人工智能技术，将智能试样制备系统、智能试样输送系统、智能试样安装系统、智能试样加载系统和智能数据采集系统、智能数据传输系统、智能大数据处理与可视化系统等优化集成起来，科学匹配测试过程，确保多参数测试过程的并行不悖、高效有序。
测试系统中应用的人工智能技术包括：智能学习和记忆系统、智能机器人、语音识别系统、视觉识别技术、人机交互技术、优化匹配技术等。
采用具备上述人工智能技术的智能机器人，在人机交互过程中，实现整个测试方案的优化设计，包括：试样制备、试样输送、仪器分配、试样安装、试样加载、数据采集等智能化、一体化设计方案。
将具备人机交互系统的智能机器人与数控试样制备系统连接，实现试样制备过程的智能化。依据不同的岩石物理力学参数的测试需求，通过人机交互系统语音输入所需测试参数的关键词，智能机器人从数据库中智能匹配对应的形状、产状、尺寸、数量及制样设备，并以语音和图像的方式告知测试工程师，在得到工程师语音指令确认后，智能机器人启动数控制样程序，直至将原始岩样加工成测试某一参数所需的标准试样，并根据测试需求对试样表面进行打磨、抛光及标准尺寸检测等。
依据特殊的测试需要，采用视觉识别技术，智能确定最优化的测量位置布置方案，并由智能机器人按照操作规程在试样表面完成各种测量器件(如应变片、声发射探头等)的安装、固定。
智能试样制备系统与不同的参数测试仪器之间，由智能试样输送系统连接，实现试样与参数测试仪器的智能匹配和多通道并行传送。
智能试样输送系统与智能试样安装系统连接，智能试样安装系统执行指令，将试样安装在测试仪器或夹具上。
智能机器人通过语音指令控制智能试样加载系统和智能数据、影像采集系统，并依据测试经验智能优化加载方案或数据采集方案。
在全链条测试工序中，通过智能学习、记忆和分类技术，记录人机交互内容、实时的试验信息、仪器运行状态、岩石物理力学参数及可以换算的其他参数等，通过无线数据传输系统上传到数据库。
上述技术特点，基于现有的测试设备和机器人技术，并依据岩石材料特点、仪器特点及测试需求，首次将上述技术应用于岩石物理力学参数测试领域，设计了一套适合岩石物理力学参数一体化测试的技术方案，该技术方案主要涉及针对岩石试样类型的智能识别技术、各测试环节的逻辑控制及协同控制技术、测试状态的实时反馈技术等，带来了岩石物理力学参数测试的高效率。
由大数据处理与可视化系统处理数据库中的接收到的数据，利用大数据计算挖掘数据和参数之间的各种内在联系和统计规律，并智能生成可视化的图件，生成测试结果分析报告。
测试仪器可以包括但不限于用来测试上述常见的岩石物理力学参数的仪器，主要包括岩石物性测试仪器、岩石强度测试仪器、岩石变形测试仪器及其他相关测试附件等，新出现的仪器也可以与之兼容，各类仪器均由人工智能技术集成控制和优化配置。
本发明还涉及一种岩石物理力学参数智能一体化测试方法，包括如下步骤：
s1)在人机交互系统中输入测试指令信息，并传送至控制中心；
s2)控制中心接收人机交互系统中输入测试指令信息并传递至智能测试系统；
s3)智能测试系统接受控制中心发出的测试指令信息并进行岩石物理力学参数测试。
作为本发明的进一步方案，所述步骤s3包括如下步骤：
s3-1)智能试样制备系统接受控制中心发出的指令信息并进行岩心试样或者立方体试样的制备，制备试样为岩心试样时接步骤s3-2,制备试样为立方体试样时接步骤s3-2；
s3-2)将岩芯试样由智能试样输送系统依次运送到波速测试平台和密度测试平台上，在智能试样安装系统的辅助下，测试试样的纵横波波速和密度；再智能试样输送系统运送到ct扫描平台上进行岩芯内部结构素描，通过智能数据采集系统采集测量值、影像及声音等数据，并通过智能数据传输系统实时传送到智能数据处理与可视化系统；
s3-3)将步骤s3-2中完成ct扫描的岩芯试样或者步骤s3-1中制备的立方体试样，在控制中心中按照人机交互系统输入的测试指令智能匹配测试仪器，由智能试样输送系统分别独立运送到智能测试及数据采集系统的测试仪器；
s3-4)智能试样安装系统将岩芯试样或者立方体试样安装在智能测试及数据采集系统的测试仪器上；
s3-5)智能测试及数据采集系统的测试仪器对岩芯试样或者立方体试样进行试验和测试，并将测试得到的数据通过智能数据传输系统传递至智能数据处理与可视化系统。
作为本发明的进一步方案，所述步骤s3-3)中还包括通过智能试样输送系统先将岩芯试样或者立方体试样运送至观测探头或附件安装平台进行探头或测量附件的安装，再将岩芯试样或者立方体试样运送至智能测试及数据采集系统的测试仪器。
作为本发明的进一步方案，对于岩芯试样，所述测试仪器为单轴压缩试验机、单轴拉伸试验机、等围压三轴压缩试验机中的至少一种；对于立方体试样，所述测试仪器为压剪试验机、真三轴压缩试验机或真三轴压裂试验机中的至少一种。
本发明适用于多种岩石物理力学参数的同步、高效测试，下面以一个实施例进行说明，该实施例的测试流程见图2。
首先是试样制备工序，智能机器人将制备好的方形岩块搬运到指定位置，可以放两块方形岩块，一块用于钻取岩芯，另一块用于制备立方体试样。由智能试样输送系统将两块方形岩块分别送到两个独立的试样制备平台，智能机器人可依据指令翻转、调整方形岩块方向，然后固定。岩芯试样和立方体试样同时由两套智能切割系统独立完成制备。(1)对于岩芯试样，依据光学测量系统对试样尺寸进行快速测量，依据钻取岩芯直径在方形岩块表面绘制网格状边界线。智能切割系统通过识别网格状边界线的位置，依次不停歇地钻取岩芯，钻完一个便移到下一个位置钻取。每钻取一个岩芯，智能机器人通过光学测量确定是否符合尺寸要求，如果不符合要求，则直接由智能机器人放入残块或残渣输送系统排出。如果符合尺寸要求，进入下一步智能切割工序，全部在人工智能技术控制下自动完成长度测量、岩芯安装到截断、端面磨平、抛光等。(2)对于立方体试样，同样依据光学测量系统对试样尺寸进行快速测量，依据立方体试样边长在方形岩块表面绘制网格状边界线。智能切割系统通过觉识别网格状边界线的位置，依次不停歇地切割，切割完成一个便移到下一个位置切割。每切割完一个立方体试样，如果出现损坏，便由智能机器人放入残块或残渣输送系统排出，否则，进入下一步智能切割工序，全部在人工智能技术控制下自动完成长度测量、岩块切割、端面磨平、抛光等，对于真三轴压裂试样，还要钻孔。
试样制备完成后，进入到测试工序，岩芯试样和立方体试样分别独立完成测试：(1)对于岩芯试样，由智能试样输送系统依次运送到波速测试平台和密度测试平台上，在智能试样安装系统的辅助下，测试试样的纵横波波速和密度，随后运送到ct扫描平台上进行岩芯内部结构素描，通过智能数据采集系统采集测量值、影像及声音等数据，并通过智能数据传输系统实时传送到智能数据处理与可视化系统。完成ct扫描后，按照测试标准智能匹配测试仪器，由智能试样输送系统分别独立运送到观测探头或测量附件安装平台，由智能机器人进行安装，每个试样安装完探头或测量附件后，依据测试方案输送到单轴压缩试验机、单轴拉伸试验机或等围压三轴压缩试验机，由智能试样安装系统和智能加载试样加载系统完成试验安装和测试，由智能数据采集系统采集原始测试数据，同时由智能数据传输系统传送到智能数据处理与可视化系统。(2)对于立方体试样，按照测试标准智能匹配测试仪器，由智能试样输送系统分别独立运送到观测探头或测量附件安装平台，由智能机器人进行安装，每个试样安装完探头或测量附件后，依据测试方案输送到压剪试验机、真三轴压缩试验机或真三轴压裂试验机，由智能试样安装系统和智能加载试样加载系统完成试验安装和测试，由智能数据采集系统采集原始测试数据，同时由智能数据传输系统传送到智能数据处理与可视化系统。
智能数据处理与可视化系统对获取的数据进行智能存储和智能调用，计算岩石物理力学参数及其他关联性参数，建立带物理力学参数的可视化数据体，并进行大数据计算、统计，与之前的经验数据库进行关联对比分析，生成智能化的测试、分析报告，由智能机器人给出可能的新发现、新规律。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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