[实用新型]一种碎石几何特征采集系统

说明书

本实用新型涉及几何特征采集系统，尤其是涉及一种碎石几何特征采集系统。

随着我国高速铁路建设事业的快速发展，提高路基施工质量，适应铁路跨越式发展，已显得十分重要，而客运专线的出现，更加对传统铁路的设计、施工和养护维修提出了全新的挑战。铁路路基是铁路工程的重要组成部分，其作为土工构筑物，主要由基床表层、基床底层和基床以下路堤组成，路基的沉降也主要是这几部分沉降的叠加产生。级配碎石层作为轨道结构的直接基础，其颗粒运动重组而引起的类塑性变形和由此产生的路基沉降就亟待研究。国内外实践表明，不良级配碎石层导致的轨道变形是良好级配碎石层的几倍，而且其差距随列车速度的提高有进一步拉大的趋势。碎石颗粒的尺寸和形状分布将决定着它们的使用性能，对碎石颗粒测试在铁路和公路等交通设施领域己经成为一种不可缺少的检测技术。为了掌握碎石的级配，目前一般采用传统的筛分方法，其缺点主要有噪音大，粉尘污染严重，同时耗时耗力，测试精度不高，所获取的数据较为粗糙。有很多学者致力于路基沉降的理论和试验研究，而对铁路路基级配碎石在列车荷载作用下的受力重组及其长期沉降的研究大多局限于三轴试验和经验取值。在铁路路基的分析中也不能考虑到碎石的离散性和本身的几何形状特征，所以分析结果与实际的测试数据相差很大。

为了克服传统碎石级配筛分试验费力、耗时、噪声和粉尘污染大的问题，本实用新型提供了一种碎石几何特征采集系统，用于级配碎石的五视图成像，配合三维重建技术还原颗粒形状，用于碎石颗粒三维几何特征和级配特征的获取，并可结合离散元软件分析基床级配碎石在交通荷载作用下的受力重组及其长期沉降分析。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

本实用新型在带延伸臂的三脚架的一端延伸臂上安装水平置物平台，带延伸臂的三脚架的另一端延伸臂上安装水平向微调支架，水平向微调支架上安装摄像机，在水平置物平台上安放固定支架，固定支架与由两块镜面组成的镜面组垂直安装在一起，镜面组的两块平面镜之间采用铰链方式连接，将待测碎石置于水平置物平台及两镜面对称轴上，距离两镜面5‑10cm处，在待测碎石正上方安装LED光源，摄像机通过数据线和计算机相连接。

一种碎石几何特征采集系统的采集方法：

1）利用镜面反射成像原理，使用镜面组的两块平面镜获得待测碎石的多个面的图像；

2）使用摄像机将待测碎石及其在镜面中的四个反射像拍摄在同一张照片内；

3）将照片通过数据线导入计算机；

4）在计算机内利用图像处理程序依次完成图像的预处理、图像分割、基于轮廓线的三维重建从而得到三维模型。

4）在计算机内利用图像处理程序依次完成图像的预处理、图像分割、基于轮廓线的三维重建从而得到三维模型。

所述三维模型在同一张照片上得到同一碎石的五个不同角度的图像信息。

本实用新型与背景技术相比具有的有益效果是：

(1)利用镜面反射仅需一台摄像机便可得到碎石的多角度视图，设备简便易行，对场地要求小。

(2)可精确地对碎石的多个方向进行摄像，得到的边缘检测图像就可以过滤掉伪边缘情况；

(3)结合三维重建技术就可以理想地还原颗粒形状，从而克服传统筛分试验只确定最小粒径的缺点，满足碎石粒度分析的精度要求；

(4)还原颗粒形状后，结合离散元软件等分析技术，可进行基床级配碎石在交通荷载作用下的受力重组及其长期沉降分析。

图1是碎石几何特征采集系统总体分布图。

图2是镜面反射成像的光学路径平面示意图。

图3是镜面反射成像的光学路径立体示意图。

图中：1‑水平置物平台、2‑计算机、3‑数据线、4‑水平向微调支架、5‑摄像机、6‑待测碎石、7‑电源线、8‑镜面组、9‑LED光源、10‑竖向微调支架、11‑带延伸臂的三脚架系统、12‑电源、13‑固定支架。

图中：1‑水平置物平台、2‑计算机、3‑数据线、4‑水平向微调支架、5‑摄像机、6‑待测碎石、7‑电源线、8‑镜面组、9‑LED光源、10‑竖向微调支架、11‑带延伸臂的三脚架系统、12‑电源、13‑固定支架。

下面结合附图本发做进一步说明。