一种基于试样坍落体截面形态的盾构渣土流塑性自动评价方法技术

本发明专利技术公开了一种基于坍落体图像分割及特征提取的盾构渣土塑流性自动评价方法，包括：S1：在室内进行一系列渣土改良及坍落度试验，根据建议合理坍落度取值范围及试样表面是否析水析泡沫判定其改良状态；S2：采用激光扫描仪获取各改良状态下渣土坍落体中心位置试样截面轮廓线，通过获得坍落体中心位置截面轮廓线点云数据计算坍落体中心位置截面轮廓线的相关参数如坍落体高度H、顶部平台直径d及延展度D；S3：确定各种改良状态下渣土坍落体中心位置截面轮廓线的参数d、D、H取值范围；S4：对坍落度图像进行旋转，平移，错切等方面处理，分割出坍落体并提取其特征计算出试样坍落体的高度，顶部平台直径及延展度，结合各种改良状态下渣土坍落体中心位置截面轮廓线的参数d、D、H取值范围对试样的改良状态进行判定。本发明专利技术可以通过坍落体图像判定渣土改良状态，从而规范化、自动化、准确快捷地对盾构渣土流塑性进行评价。评价。评价。

【技术实现步骤摘要】
一种基于试样坍落体截面形态的盾构渣土流塑性自动评价方法


[0001]本专利技术属于盾构施工
，尤其涉及一种基于试样坍落体截面形态的盾构渣土流塑性自动评价方法。

技术介绍

[0002]随着城市地铁高速的发展，盾构机作为地铁施工中常用的机械，盾构施工方法称为最为迅速、安全的施工方法。通过盾构刀盘进行开挖，开挖的渣土进入土仓内对掌子面提供一定的压力，保持开挖面的稳定。其中，掘进过程中渣土的状态对掘进的速度及安全性具有重要的影响。因此，在盾构掘进过程中需对渣土改良状态进行监测，当盾构渣土过改良时，盾构渣土过稀，容易造成螺机位置发生喷涌，对施工的安全有着重要的影响，当盾构渣土欠改良时，渣土的流动性较差，渣土容易糊住刀盘，加大刀具的磨损，同时也不利于盾构渣土的排出。目前对渣土改良状态判定依然采用的是坍落度试验，通过试样的坍落度值，试样坍落后的状态进行判定，该方法需要进行人工测量坍落度值并进行主观上的判断，具有较强的主观性。

技术实现思路

[0003]本申请旨在至少解决现有技术存在的技术问题之一。为此，本专利技术的目的之一在于提供一种基于试样坍落体截面形态的盾构渣土流塑性自动评价方法，可以规范化、自动化、准确快捷地对盾构渣土流塑性进行评价。
[0004]为实现上述技术目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0005]一种基于试样坍落体截面形态的盾构渣土流塑性自动评价方法，包括：
[0006]S1：在室内进行一系列渣土改良及坍落度试验，根据建议合理坍落度值取值范围及试样表面是否析水析泡沫判定其改良状态；
[0007]S2：采用激光扫描仪获取试样坍落体中心位置截面形态点云数据，通过获得坍落体中心位置截面轮廓线点云数据计算坍落体中心位置截面轮廓线的相关参数如坍落体高度H、顶部平台直径d、坍落体的延展度D；
[0008]S3：确定各种改良状态下试样坍落体中心位置截面轮廓线的参数d、D、H取值范围；
[0009]S4：对坍落度图像进行旋转，平移，错切等方面处理，进而根据坍落体图像计算出试样坍落体的高度，顶部平台直径及延展度，结合各种改良状态下渣土坍落体中心位置截面轮廓线的参数d、D、H取值范围对试样的改良状态进行判定；
[0010]进一步的，采用激光扫描仪获取纵向点云数据的方法为：在坍落度试验板上进行坍落度试验后，启动驱动装置使固定安装激光扫描仪的支架移动到坍落体的正上方，启动激光扫描仪扫描坍落体过顶面中心点的纵向点云数据。
[0011]进一步的，通过获得坍落体中心位置截面轮廓线点云数据计算坍落体中心位置截面轮廓线的相关参数如坍落体高度H、顶部平台直径d、坍落体的延展度D，以试样中心为原
点，试样高度方向为y轴正半轴，坍落体中心右侧为x轴正半轴建立坐标系，计算试样坍落体轮廓线x轴负方向试样截面最高点A(x
t
,y
t
)、最低点C(x
m
,y
m
)及x轴正方向试样截面最高点 B(x
p
,y
p
)、最低点D(x
n
,y
n
)，进而求得坍落体中心位置截面轮廓线的参数d、D、H。
[0012]计算方法如下：
[0013]输入：转化为直角坐标系后坍落体点云数据(x
j
,y
j
)(i＝1,2
…
k)。其中，k为点云的数量；点云数据(x
j
,y
j
)是关于横坐标x
i
的有序排列，满足x
i
＜x
i+1
；
[0014]输出：计算点坐标A(x
t
,y
t
)、B(x
p
,y
p
)、C(x
m
,y
m
)、D(x
n
,y
n
)(其中n,t,p,m∈[1,k])
[0015]Step1 定义空集1、空集2
[0016]Step2 计算截面轮廓最高点纵坐标值Y＝max(y
j
)
[0017]For i<k：
[0018]Step3 通过计算相邻坐标点纵坐标之差的绝对值大于等于3mm的判据筛选出试样坍落体轮廓两侧点云数据，并将其坐标点添加至集合1中:
[0019]|y
i+1
‑
y
i
|≥3mm
[0020]Step4 通过计算点云数据纵坐标与截面轮廓最高点纵坐标值之差的绝对值小于等于3mm的判据，筛选试样坍落体轮廓顶部点云数据，并将其坐标点添加至集合2中：
[0021]|y
i
‑
Y|≤3mm:
[0022]Step5 激光扫描仪扫描路径为x轴负半轴扫描至x轴正半轴，即x
i
＜x
i+1
；x轴负方向试样截面最高点A(x
t
,y
t
)为集合2中第一个坐标点、最低点C(x
m
,y
m
)为集合1中第一个坐标点；x轴正方向试样截面最高点B(x
p
,y
p
)为集合2中最后一个坐标点、最低点 D(x
n
,y
n
)为集合1中最后一个坐标点。由公式(1)、(2)、(3)计算出
[0023]H＝y
h
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0024]d＝x
n
‑
x
m
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0025]D＝x
p
‑
x
t (3)
[0026]进一步的，欠改良状态坍落体的对应数据范围，包括坍落体顶部平台直径范围[0,d
欠
]、延展度[30cm,D
欠
]、高度范围[H
欠
，30cm]；合适改良状态坍落体的对应数据范围，包括坍落体顶部平台直径范围[d
欠
,d
过
]、延展度[D
欠
,D
过
]、高度范围[H
过
,H
欠
]；过改良状态坍落体的对应数据范围，包括坍落体顶部平台直径范围d＞d
过
、延展度D＞D
过
、高度范围[0,H
过
]对改良渣土的改良状态进行判断的方法为：
[0027]若改良渣土坍落体呈锥状，即d＝0，且H＞H
欠
，则改良渣土为欠改良状态；
[0028]若改良渣土坍落体的顶部平台直径d，与坍落度试验所采用坍落筒的顶部直径相等，且改良渣土坍落体的高度H＞H
欠
，则改良渣土为欠改良状态；
[0029]若改良渣土坍落体的顶部平台直径d、高度H、延展度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于坍落体图像分割及特征提取的盾构渣土塑流性自动评价方法，其特征在于，包括：S1：在室内进行一系列渣土改良及坍落度试验，根据建议合理坍落度值取值范围及试样表面是否析水析泡沫判定其改良状态；S2：采用激光扫描仪获取试样坍落体中心位置截面形态点云数据，通过获得坍落体中心位置截面轮廓线点云数据计算坍落体中心位置截面轮廓线的相关参数如坍落体高度H、顶部平台直径d、坍落体的延展度D；S3：确定各种改良状态下试样坍落体中心位置截面轮廓线的参数d、D、H取值范围；S4：对坍落体图像进行旋转，平移，错切等方面处理，分割出坍落体并提取其特征计算出试样坍落体的高度，顶部平台直径及延展度，结合各种改良状态下渣土坍落体中心位置截面轮廓线的参数d、D、H取值范围对试样的改良状态进行判定；2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用激光扫描仪获取纵向点云数据的方法为：在坍落度试验板上进行坍落度试验后，启动驱动装置使固定安装激光扫描仪的支架移动到坍落体的正上方，启动激光扫描仪扫描坍落体过顶面中心点的纵向点云数据。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过获得坍落体中心位置截面轮廓线点云数据计算坍落体中心位置截面轮廓线的相关参数如坍落体高度H、顶部平台直径d、坍落体的延展度D，以试样中心为原点，试样高度方向为y轴正半轴，坍落体中心右侧为x轴正半轴建立坐标系，计算试样坍落体轮廓线x轴负方向试样截面最高点A(x
t
,y
t
)、最低点C(x
m
,y
m
)及x轴正方向试样截面最高点B(x
p
,y
p
)、最低点D(x
n
,y
n
)，进而求得坍落体中心位置截面轮廓线的参数d、D、H。计算方法如下：输入：转化为直角坐标系后坍落体点云数据(x
j
,y
j
)(i＝1,2
…
k)。其中，k为点云的数量；点云数据(x
j
,y
j
)是关于横坐标x
i
的有序排列，满足x
i
＜x
i+1
；输出：计算点坐标A(x
t
,y
t
)、B(x
p
,y
p
)、C(x
m
,y
m
)、D(x
n
,y
n
)(其中n,t,p,m∈[1,k])Step1定义空集1、空集2Step2计算截面轮廓最高点纵坐标值Y＝max(y
j
)For i<k：Step3通过计算相邻坐标点纵坐标之差的绝对值大于等于3mm的判据筛选出试样坍落体轮廓两侧点云数据，并将其坐标点添加至集合1中:|y
i+1
‑
y
i
|≥3mmStep4通过计算点云数据纵坐标与截面轮廓最高点纵坐标值之差的绝对值小于等于3mm的判据，筛选试样坍落体轮廓顶部点云数据，并将其坐标点添加至集合2中：|y
i
‑
Y|≤3mm:Step5激光扫描仪扫描路径为x轴负半轴扫描至x轴正半轴，即x
i
＜x
i+1
；x轴负方向试样截面最高点A(x
t
,y
t
)为集合2中第一个坐标点、最低...

【专利技术属性】
技术研发人员：周子豪，王树英，钟嘉政，倪准林，郑腾跃，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：