[发明专利]一种基于图像RGB值测试土体表面含水率的方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于图像RGB值测试土体表面含水率的方法及装置,步骤是：①安装与固定图像采集仪及标准光源；②从待测土体中提取样品，制备校准土样；③采集校准土样及待测土体的表面图像，用烘干法测试校准土样含水率；④将土体表面图像传输至电脑存储；⑤采用颜色分析程序对土体表面图像进行RGB均值分析；⑥土体RGB均值随含水率增大呈缓降、陡降和缓升三个近线性阶段，根据校准土样的RGB均值和含水率确立分段线性方程；⑦在方程中输入不同时刻土体的RGB均值，计算出含水率值。装置包括土体、图像采集仪、标准光源、球型云台、脚架等。方法易行，精度较高；装置简单，操作方便，成本较低，可达到实时、连续、快速测定土体表面含水率的效果。

技术领域

本发明涉及岩土工程土体物理参数测试方法领域，具体涉及一种基于图像RGB值测试土体表面含水率的方法，同时还涉及一种基于图像RGB值测试土体表面含水率的装置，适用于软塑至硬塑状态的黏土。

背景技术

我国的土木工程建设尤其是基础设施建设中，大多数工程都与土体密切相关。土体含水率是影响其工程性质的基本且关键的物理参数，在岩土工程施工、勘察、检测及科研等工作中都需要进行测定。

土体含水率的测试方法有很多，常用的方法有烘干法、中子仪法、时域反射法(TDR) 等。烘干法测试结果精度最高，一般都在0.5％以内，且设备简单，成本低，但耗时较长，需要实时取样，批量操作较不方便，不能连续测试；中子仪法的测试非常快捷，精度尚可，但存在一定辐射风险，设备成本也较高；TDR方法测试的最高精度在2-3％左右，适合于连续测试，但操作比较复杂，可靠性较低，成本也很高。此外还有频域反射法(FDR)、γ射线法、遥感监测法、地质雷达等方法，虽然各有特点但难以满足岩土工程的要求而应用较少。

针对现有含水率测试方法的问题，哈尔滨工业大学吴芝路等发明了一种“基于光强补偿及图像灰度值的土壤表层含水率测量方法”(公开号CN104155298A)，实现了无接触式测量，但对含水率的测试精度显然无法满足岩土工程的要求；东北大学的刘洪磊等发明了“基于数字图像进行岩石试件含水均匀性检测和扩散系数计算的方法”(专利号CN201710985575)，可以对岩石试件含水均匀性进行检测，但不涉及定量。

岩土工程应用与研究中，经常需要对土体进行多点密集、连续快速、无扰动的含水率测试，但目前常用的土体含水率测试方法并不能满足上述需求。为此，开发一种连续无扰动、准确可靠、简易高效的土体含水率测试方法及设备，是一个重要的现实需求。

发明内容

本发明的目的是在于提供了一种基于图像RGB值测试土体表面含水率的方法，方法易行，精度较高，对土体无扰动，可获得土体局部含水率及整体含水率云图。

本发明的另一个目的是在于提供了一种基于图像RGB值测试土体表面含水率的装置，结构简单，操作方便，测试速度快，成本较低，可达到实时、连续、快速测定土体表面含水率的效果。

为了实现上述的目的，本发明采用以下技术措施：

一种基于图像RGB值测试土体表面含水率的方法,其步骤是：

①安装与固定图像采集仪及标准光源，图像采集仪为数码相机或摄像头等，图像采集仪的镜头垂直对准待测土体表面，调整并保持图像采集仪及标准光源的位置及其工作参数不变，以获得照度一致、质量稳定的数字图像；

②从待测土体中提取少量样品，制备成相对较干的校准土样a和较湿的校准土样b，放置于土体表面；

③通过电脑程序控制或手动操作，对校准土样a、校准土样b进行一次性图像采集，随后用烘干法测试校准土样a、校准土样b的含水率w_a和w_b；

④在后续任意不同时刻，对土体表面进行数字图像采集；

⑤将获得的土体表面图像传输至电脑进行存储；