本发明属于水利水电工程技术领域，特别是一种基于图像处理的砂砾石材料级配快速分析系统及方法。
背景技术：
在水利水电工程建设中，当地材料坝是一种适应性较强，且经济性能较好的常用坝型。在我国新疆等西北地区，当地材料坝在水利水电工程中尤其常见，另外新疆南疆地区的一些河流上，具有储量丰富的砂砾石，可以用来进行大坝填筑，这样可以产生巨大的经济效益。
但是在利用砂砾石进行坝体填筑过程中，砂砾石的颗粒级配是大坝填筑质量控制的重要因素。具体不同颗粒级配的砂砾石，在同样的碾压施工条件下，得到的碾后密实度是不同的，因此，在实际工程中，对于砂砾石坝的填筑质量控制，砂砾石料源的合格性是非常重要的一环，砂砾石料的合格性，主要体现在砂砾石的颗粒级配上。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种基于图像处理的砂砾石材料级配快速分析系统及方法，其通过固定标识装置与摄影技术，结合图像处理等分析方法，能够快速分析大坝、地方的填筑材料的级配是否满足设计要求，从而保证大坝填筑质量。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种基于图像处理的砂砾石材料级配快速分析系统，它包括影像获取模块、图像分析模块及数据处理模块；
该影像获取模块能获取砂砾石坝料铺平之后的数字图像；该图像分析模块能对该数字图像进行纠偏校正、砂砾石边界识别、当量粒径计算以及粒径统计分析，然后得到砂砾石的图像颗粒级配曲线；该数据处理模块能根据一个修正系数得到修正颗粒级配曲线。
进一步的，所述影像获取模块包括高清摄像机和照相机。
一种基于图像处理的砂砾石材料级配快速分析方法，它包括下列步骤：
a.利用一影像获取模块获取砂砾石坝料铺平之后的数字图像；
b.利用一图像分析模块对该数字图像进行纠偏校正、砂砾石边界识别、当量粒径计算以及粒径统计分析，然后得到砂砾石的图像颗粒级配曲线；
c.进行大坝碾压之后的挖坑检测，将挖出的砂砾石进行筛分统计，从而得到该数字图像摄取处的砂砾石料的真实颗粒级配曲线；
d.将多组图像颗粒级配曲线与对应的真实颗粒级配曲线对比后，得到一个修正系数；
e.利用一数据处理模块，根据该图像颗粒级配曲线及该修正系数，得到一个修正颗粒级配曲线。
进一步的，所述步骤b中，对砂砾石识别不合理的结果进行人工干预和修改。
进一步的，图像颗粒级配曲线中的特征值按照下式进行修正：
上式中：
d”10、d’10、d10分别为修正后有效粒径、挖坑试验得到的有效粒径、图像识别得到的有效粒径；有效粒径，在图像颗粒级配曲线上小于该粒径的土粒质量累计百分数为10％；
d”30、d’30、d30分别为修正后、挖坑试验得到以及图像识别得到的在图像颗粒级配曲线上小于土粒质量累计百分数为30％的粒径；
d”60、d’60、d60分别为修正后限定粒径、挖坑试验得到的限定粒径、图像识别得到的限定粒径；限定粒径，在图像颗粒级配曲线上小于该粒径的土粒质量累计百分数为60％。
n，同一种坝料料源的标准挖坑试验组数，一般取n为3～6。
本发明的有益效果是：本发明提出了一种快速判断砂砾石坝筑坝材料合格性的技术，利用该技术可以快速判别筑坝材料的合格性，并且为大坝填筑完成之后的质量检测标准提供相关参考。本发明可以使常规的大坝填筑之后的随机挖坑检测变为有针对性的挖坑检测，减少挖坑检测数量，将会大大减少大坝填筑之后的检测时间与成本，从而提高大坝填筑质量检测效率，保证大坝填筑质量。本发明适于在水利水电工程中进行大量推广，将产生巨大的经济与社会效益。
附图说明
图1是本发明基于图像处理的砂砾石材料级配快速分析系统的结构框图。
图2是本发明基于图像处理的砂砾石材料级配快速分析方法的步骤示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本发明提供一种基于图像处理的砂砾石材料级配快速分析系统1，它包括影像获取模块2、图像分析模块3及数据处理模块4。
该影像获取模块2能获取砂砾石坝料铺平之后的数字图像，包括高清摄像机和照相机。该图像分析模块3能对该数字图像进行纠偏校正、砂砾石边界识别、当量粒径计算以及粒径统计分析，然后得到砂砾石的图像颗粒级配曲线。该数据处理模块4能根据一个修正公式得到修正颗粒级配曲线。
如图2所示，本发明还提供一种基于图像处理的砂砾石材料级配快速分析方法，它包括下列步骤：
a.利用一影像获取模块2获取砂砾石坝料铺平之后的数字图像；
b.利用一图像分析模块3对该数字图像进行纠偏校正、砂砾石边界识别、当量粒径计算以及粒径统计分析，然后得到砂砾石的图像颗粒级配曲线；该步骤b中，可以对砂砾石识别不合理的结果进行人工干预和修改；
c.进行大坝碾压之后的挖坑检测，将挖出的砂砾石进行筛分统计，从而得到该数字图像摄取处的砂砾石料的真实颗粒级配曲线；
d.将多组图像颗粒级配曲线与对应的真实颗粒级配曲线对比后，对图像得到的颗粒级配曲线进行修正，修正公式如下：
上式中：
d”10、d’10、d10分别为修正后有效粒径、挖坑试验得到的有效粒径、图像识别得到的有效粒径；有效粒径，在图像颗粒级配曲线上小于该粒径的土粒质量累计百分数为10％；
d”30、d’30、d30分别为修正后、挖坑试验得到以及图像识别得到的在图像颗粒级配曲线上小于土粒质量累计百分数为30％的粒径；
d”60、d’60、d60分别为修正后限定粒径、挖坑试验得到的限定粒径、图像识别得到的限定粒径；限定粒径，在图像颗粒级配曲线上小于该粒径的土粒质量累计百分数为60％。
n，同一种坝料料源的标准挖坑试验组数，一般取n为3～6；
e.利用一数据处理模块4，根据该图像颗粒级配曲线及该修正系数，得到一个修正颗粒级配曲线。
本发明基于图像处理的砂砾石材料级配快速分析系统及方法，应用方面主要有两个比较重要的方面，一个是利用相机进行砂砾石坝料铺平之后的数字图像的获取，通过高清的摄像机进行砂砾石料摄影，并通过放置在砂砾石料上面的特制标识，为后期进行图像正视处理与分析提供了重要的参照物。在获取了砂砾石坝料摊铺之后的，通过图像分析模块进行照片的纠偏校正、砂砾石边界识别、当量粒径计算以及粒径统计分析，然后得到砂砾石的图像颗粒级配曲线。但得到的图像颗粒级配曲线并不能代表砂砾石真正的级配曲线，因为砂砾石在摊铺之后，可能会发生较大块石分布不均的情况，因此，需要结合大坝碾压之后的挖坑检测，将挖出的砂砾石进行筛分统计，从而得到该数字图像摄取处的砂砾石料的真实颗粒级配曲线，通过一定数量图像颗粒级配曲线与真实颗粒级配曲线之间的对比分析，得到颗粒级配曲线的修正系数，并利用数据处理模块得到修正颗粒级配曲线，使得到的修正颗粒级配曲线最大程度上能够反应砂砾石料的真实颗粒级配曲线特征，为判断砂砾石坝料合格性与在一定压实度下的干密度提供重要的参考范围。
本发明主要是利用简单的装置与摄像技术，在施工现场进行砂砾石颗粒级配的快速检测，检测结果通过及时的图像处理与技术分析，能够统计得到砂砾石料的大致的颗粒级配曲线，可以确定该层砂砾石是否满足设计中对坝料料源的颗粒级配要求；另外通过该颗粒级配曲线的大致分析，结合大坝填筑之前开展的碾压试验结果，可以大致知道该种料源在达到一定压实之后的干密度，从而为砂砾石坝填筑质量控制提供重要的技术手段。
上述实施例仅示例性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。本发明还有许多方面可以在不违背总体思想的前提下进行改进，任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。