[发明专利]一种基于自相关算法的混合沙粒径及级配的测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种混合沙粒径及级配的测量方法，特别适用于粒径在1-10mm之间的泥沙粒径及级配测量。

背景技术

泥沙与人类社会密切相关，一方面细沙可以淤灌农田，肥沃土地，粗沙可作建筑材料，另一方面泥沙颗粒会影响水利水运工程的建设成本和运营安全，因此泥沙颗粒粒径的测定对于河道整治，水库清淤等都具有重要的指导意义。泥沙粒径是泥沙最为基本的特性，是决定泥沙起动、输移与沉降等运动状态最重要的参数。传统的泥沙测量方法主要有筛分法、沉降法和激光衍射法。筛分法是最为传统的泥沙粒径测量方法，但需要在实验室内完成，耗时繁琐；沉降法对粒径的范围有严格要求，适用于0.062mm～1mm之间的细沙；激光衍射法则同样只适用于细沙，对外部环境十分敏感，对水质要求严苛，且实验仪器昂贵，无法普及推广使用。所以发明一种快捷简便，适用粒径范围广，设备成本低，可实地实时精确测量泥沙粒径及级配的技术具有十分重要的意义。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种操作简便，适用范围广，设备成本低，可以在实地实时精确测量泥沙粒径及级配的方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于自相关算法的混合沙粒径及级配的测量方法，包括以下步骤，

(1)选定涵盖目标混合沙尺寸范围的M组均匀沙，依次得到M组均匀沙的相关性代表曲线，并计算每组均匀沙的平均粒径，所述M为大于1的整数；具体包括以下子步骤：

(1.1)将沙样平铺在黑色平板上，用玻璃平板压平，移走玻璃板后放置尺寸标定物；

(1.2)通过数码相机拍摄沙样的图像；所述数码相机镜头与沙样所在的平面垂直，所述数码相机的距地距离H固定；

(1.3)通过图像中的尺寸标定物，确定实际长度与像素长度的比例关系；

(1.4)对图像进行灰度处理，得到灰度图像；对灰度图像进行图像增强处理，将灰度图像加大对比度；

(1.5)在加大对比度的灰度图像上选定目标区域，所述目标区域内不包括尺寸标定物；将目标区域从初始位置分别向上、下、左、右、左上、左下、右上、右下八个方向移动相同的位移S；当向上、下、左、右四个方向移动时，步长为L，位移步数为t，位移距离z＝L×t，最大步数为q且满足S＝q×L；当向左上、左下、右上、右下四个方向移动时，步长为位移步数为t，最大步数为位移S大于沙样的像素长度，且不超过灰度图像的边界，分别计算在八个方向上每移动一步后新的目标区域y与初始目标区域x之间的相关性r，相关性的计算公式为：

式中，x′_i和y′_i分别表示目标区域移动前后的区域内的对应像素点的灰度值，和则表示这两个区域的所有像素点灰度的平均值；

(1.6)以位移距离为横坐标，对应的相关性r的值为纵坐标，在同一坐标系下绘制八个移动方向的相关性曲线；

(1.7)确定八条相关性曲线各自达到第一次回升顶点时的位移距离，根据步骤1.3得到的比例关系，将位移距离转换成实际长度；

(1.8)选取八个方向计算得到的实际长度的平均值作为该组沙样的平均粒径；

(1.9)将八个移动方向的相关性曲线拟合成一条代表该沙样的相关性代表曲线；

(2)在同一坐标系下绘制M组均匀沙的相关性代表曲线，作为混合沙的校准图；

(3)对目标混合沙重复步骤1.1‐1.6，绘制其相关性代表曲线，其中，步骤1.5中选定P个目标区域，每个目标区域均得到八个方向的相关性曲线，将P×8个相关性曲线拟合成一条混合沙的相关性代表曲线，P为大于1的整数；

(4)结合步骤3得到的混合沙的相关性代表曲线和步骤2得到的混合沙的校准图，利用非线性规划方法，得到各组分均匀沙在混合沙图像中所占的面积比；具体为：

设计变量x：x＝[x₁,x₂,…x_j…,x_m]^T，x_j为第j组分均匀沙在混合沙图像中的面积比；

目标函数f(x)：