根系受拉状态下应力-应变数据自动化处理方法及系统

本发明涉及环境生态，更具体地说，涉及一种根系受拉状态下应力-应变数据自动化处理方法。

背景技术：

1、在植物加固稳定土壤的过程中，如提升边坡稳定性、加固根系-土壤板块等，起主要作用的是其根系部分。根是植物直接与外界土壤接触的营养器官，可以与土壤颗粒形成根网，从而将植物牢固在土壤中。植物根系的抗拉强度是影响根系-土壤板块稳定性的最重要因素之一，并与根茎的大小直接相关，并且根系在拉紧前的延展性、拉紧后的弹性模量和屈服强度也对土壤加固有着至关重要的作用。

2、从应力-应变数据曲线得到的根系的虚原点、屈服点(屈服强度)、断裂点(断裂强度)、弹性模量、缓增斜率、屈服比是评价根系受拉特性的重要指标，也是生态植被防护边坡滑坡选择植物的评价指标，但是目前还是用作图法得到相关的参数；作图法获取的数据不仅误差大，而且对数据处理人员的水平要求较高，而且效率低，仅仅适用于少量的数据处理，作图法显然不能胜任处理种类繁多的植物根系数据，因此作图法处理植物根系数据不便于大规模推广，需要一种更加合理的根系受拉状态下应力-应变数据自动化处理方法。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种根系受拉状态下应力-应变数据自动化处理方法，还提供了一种根系受拉状态下应力-应变数据自动化处理系统。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

3、构造一种根系受拉状态下应力-应变数据自动化处理方法，其中，包括以下步骤：

4、通过文件处理计算机程序对根系受拉力状态下的应力-应变数据文件进行处理生成数据信息文件；

5、通过数据处理计算机程序按照设定顺序依次读取应力-应变数据文件，并对各应力-应变数据文件执行如下运算：

6、确定应变数据为横坐标，以及应力数据为纵坐标，获得应力-应变数据文件的各数据点，以多个所述数据点的连线获得应力-应变曲线；

7、循环遍历所述应力-应变数据文件的各数据点，获取应力最大值，应力最大值对应的数据点为断裂点；

8、以所述应力-应变数据文件的各数据点中第一个数据点确定一条水平线方程，水平线方程确定的直线为虚横轴；

9、将所述断裂点的坐标和所述第一个数据点的坐标的连线作为参考线；利用所述参考线的直线方程的一般式以线性规划方法建立函数，并将所有的数据点一次带入函数中得到相应的函数值；当函数值大于0时，数据点位于参考线右下侧，当函数值小于0时，数据点位于参考线左上侧；用点到直线距离公式依次计算各数据点到参考线的距离；将函数值小于0且点到参考线的直线距离最大的数据点，记为点n；将第一个数据点和点n之间的函数值大于0且点到参考线的直线距离最大的数据点，记为点m；如果第一个数据点和点n之间不存在函数值大于0的数据点，则将第一个数据点记为点m；点m为第一个转折点；截取位于点m和点n中间一部分数据点，记作数组片段r1；数组片段r1为陡增段数据；以数组片段r1的第一个数据点p和最后一个数据点q的应力-应变值获得应力-应变曲线该陡增段的斜率，应力-应变曲线的陡增段斜率代表着根系的弹性模量；以数组片段r1的第一个数据点p和最后一个数据点q，利用最小二乘法计算数组片段r1的回归直线方程，回归直线方程对应的回归直线为弹性线；

10、对所述弹性线和所述虚横轴求交点，得到的交点为虚原点，经过虚原点的铅垂线为虚纵轴；

11、获取所述应力-应变曲线陡增和缓增的分界点，该分界点为屈服点；

12、获取应力-应变曲线的缓增线，缓增线的斜率为塑性模量，塑性模量与弹性模量的比值为屈服比；

13、得到反映根系受拉状态下应力-应变数据变化的图谱。

14、本发明所述的根系受拉状态下应力-应变数据自动化处理方法，其中，所述用文件处理计算机程序对根系受拉力状态下的应力-应变数据文件进行处理生成数据信息文件包括：

15、在计算机中设定位置处建立工作文件夹，在工作文件夹中建立一个数据文件夹，将所有根系受拉力状态下的应力-应变数据文件存储在数据文件夹中，运行文件处理计算机程序，读取数据文件夹中的所有应力-应变数据文件，记录数据文件总个数、数据文件文件名和对应数据文件的数据总行数，并将记录写入工作文件夹中的数据信息文件中；在将记录写入工作文件夹中的数据信息文件中时采用：数据信息文件中的数据首行内容为数据文件总个数，后续两行内容分别是第一个数据文件文件名与第一个数据文件的数据总行数，后续两行是第二个数据文件文件名与第二个数据文件的数据总行数，直至写完所有数据文件文件名和对应数据文件的数据总行数。

16、本发明所述的根系受拉状态下应力-应变数据自动化处理方法，其中，用数据处理计算机程序按照设定顺序依次读取应力-应变数据文件采用：

17、数据处理计算机程序读取数据信息文件的第一行，获取数据文件夹中数据文件的总个数，读取数据信息文件的第二行和第三行，获取第一个数据文件的文件名和该数据文件的数据总行数；

18、根据获得的数据文件的文件名和该数据文件的数据总行数，数据程序在数据文件夹中读取对应文件的内容，并将应力-应变数据序列以数组的方式存储在计算机内存中。

19、本发明所述的根系受拉状态下应力-应变数据自动化处理方法，其中，用数据处理计算机程序按照设定顺序依次读取应力-应变数据文件还包括对数据信息文件是否为空的判断步骤，该步骤采用：

20、运行数据处理计算机程序，判断数据信息文件是否为空，若为空，退出程序。

21、本发明所述的根系受拉状态下应力-应变数据自动化处理方法，其中，用数据处理计算机程序按照设定顺序依次读取应力-应变数据文件采用：

22、数据处理计算机程序判断自动判断数据信息文件是否读取结束，如果没有读取结束，数据程序继续自动读取数据信息文件接下来的两行内容，获取一个新的数据文件的文件名和该数据文件的数据总行数，并自动进行新一轮的运算；若读取结束，则退出程序。

23、本发明所述的根系受拉状态下应力-应变数据自动化处理方法，其中，所述获取所述应力-应变曲线陡增和缓增的分界点采用方法：

24、将函数值小于0且点到参考线的直线距离最大值的数据点，记为点a，点a为屈服点。

25、本发明所述的根系受拉状态下应力-应变数据自动化处理方法，其中，所述缓增线获取采用方法：

26、以点a为圆心，分别以点p与点q到点a的距离为半径，确定两个同心圆；在点a和点b之间且位于这两个同心圆之间的所有数据点，记为数组片段r2，把数组片段r2的第一个数据和最后一个数据分别记为点u和点v，利用最小二乘法计算数组片段r2的回归直线方程，回归直线方程对应的直线为缓增线。

27、一种根系受拉状态下应力-应变数据自动化处理系统，其中，包括数据获取模块、数据处理模块和数据输出模块；

28、所述数据获取模块，用于获取应力-应变数据文件；

29、所述数据处理模块，用文件处理计算机程序对根系受拉力状态下的应力-应变数据文件进行处理生成数据信息文件；用数据处理计算机程序按照设定顺序依次读取应力-应变数据文件，并对各应力-应变数据文件执行如下运算：确定应变数据为横坐标，以及应力数据为纵坐标，获得应力-应变数据文件的各数据点，以多个所述数据点的连线获得应力-应变曲线；循环遍历所述应力-应变数据文件的各数据点，获取应力最大值，应力最大值对应的数据点为断裂点；以所述应力-应变数据文件的各数据点中第一个数据点确定一条水平线方程，水平线方程确定的直线为虚横轴；将所述断裂点的坐标和所述第一个数据点的坐标的连线作为参考线；利用所述参考线的直线方程的一般式以线性规划方法建立函数，并将所有的数据点一次带入函数中得到相应的函数值；当函数值大于0时，数据点位于参考线右下侧，当函数值小于0时，数据点位于参考线左上侧；用点到直线距离公式依次计算各数据点到参考线的距离；将函数值小于0且点到参考线的直线距离最大的数据点，记为点n；将第一个数据点和点n之间的函数值大于0且点到参考线的直线距离最大的数据点，记为点m；如果第一个数据点和点n之间不存在函数值大于0的数据点，则将第一个数据点记为点m；点m为第一个转折点；截取位于点m和点n中间一部分数据点，记作数组片段r1；数组片段r1为陡增段数据；以数组片段r1的第一个数据点p和最后一个数据点q，利用最小二乘法计算数组片段r1的回归直线方程，回归直线方程对应的回归直线为弹性线；对所述弹性线和所述虚横轴求交点，得到的交点为虚原点，经过虚原点的铅垂线为虚纵轴；获取所述应力-应变曲线陡增和缓增的分界点，该分界点为屈服点；获取应力-应变曲线的缓增线，缓增线的斜率为塑性模量，塑性模量与弹性模量的比值为屈服比；

30、所述数据输出模块，用于输出得到的反映根系受拉状态下应力-应变数据变化的图谱。

31、本发明的有益效果在于：本发明采用计算机程序处理数据，能够实现大量批次处理，极大地减少了数据处理的时间成本。再者，本发明从数学原理上提出来数据处理规则，在数据处理中有效地减少了人为因素导致而产生的计算误差；本发明提出的数据处理方法计算原理简单，便于计算机操作，对计算机的运算能力要求较小，说明本发明提供的数据自动化处理方法具有较强的实用性，便于普及运用；本发明提出的数据处理方法不局限于针对植物根系研究，也适用于其他大量物理受拉状态下的应力-应变参数获取研究，更进一步地拓宽了该方法的运用范围。