[发明专利]含水岩土非饱和-饱和状态转变的识别方法及其验证系统

权利要求书

1.一种基于互信息的含水岩土非饱和-饱和状态转变的识别方法，其特征在于，包括以下步骤：

监测处于完全浸润状态下的含水岩土的红外辐射温度，获取不同时刻t_i(i＝1,2,3,…)的热像图；

计算并比较任意相邻时刻热像图之间的归一化互信息NMI(t_i,t_i+1)；

当NMI(t_i,t_i+1)≠0时，表明t_i与t_i+1时刻的含水岩土中的液态水赋存状态有一定相似程度和关联度；

当NMI(t_i,t_i+1)＝0时，表明t_i与t_i+1时刻的含水岩土介质中的液态水吸附状态发生质的改变：由非饱和向完全饱和状态转变，即，t_i+1时刻含水岩土介质中开始出现自由水。

2.根据权利要求1所述的识别方法，其特征在于，归一化互信息NMI(t_i,t_i+1)的计算步骤包括：

计算t_i时刻红外辐射温度的概率分布P_n(t_i)，获得t_i时刻的热像图的信息熵H(t_i)：

计算t_i+1时刻红外辐射温度的概率分布P_m(t_i+1)，获得t_i+1时刻的热像图的信息熵t_i+1时刻的信息熵H(t_i+1)：

计算t_i,t_i+1相邻时刻热像图的联合信息熵H(t_i,t_i+1)：

计算t_i,t_i+1相邻时刻热像图的互信息为MI(t_i,t_i+1)：

MI(t_i,t_i+1)＝H(t_i)+H(t_i+1)-H(t_i,t_i+1)，i＝1,2,3,…；

计算归一化互信息NMI(t_i,t_i+1)：

其中，t₁,t₂,…,t_i,t_i+1为数据采集时刻；N为t_i时刻热像图中分布N个辐射温度值；P_n(t_i)为t_i时刻的热像图中，第n个辐射温度出现的概率；M为t_i+1时刻热像图中分布M个辐射温度值；P_m(t_i+1)为t_i+1时刻的热像图中，第m个辐射温度出现的概率；K＝N·M，K为t_i,t_i+1相邻时刻两幅热像图中，共有K个红外辐射温度组合，P_k(t_i,t_i+1)为t_i,t_i+1相邻时刻两幅热像图中，第k个红外辐射温度组合发生的概率。

3.一种用于权利要求1或2所述识别方法的含水岩土非饱和-饱和状态转变的验证系统，其特征在于，包括：

水箱，用于存储实验用水；

电子秤，置于所述水箱下方，用于实时称重所述水箱的重量；

岩土试样，为夯土；

底座，置于所述岩土试样下方，与所述水箱通过管道连接，用于通过毛细原理浸润所述岩土试样；

红外热像仪，对准所述岩土试样，用于获取所述岩土试样的热像图；

数据处理装置，与所述电子秤、红外热像仪连接，基于所述红外热像仪获取的热像图，执行权利要求1或2所述的识别方法。

4.根据权利要求3所述的验证系统，其特征在于，所述岩土试样、电子秤、水箱位于一柜体中，所述柜体上并在所述岩土试样的前方设有透明窗。