[发明专利]基于图像识别的土体冻胀和冻结锋面测试装置及实施方法

权利要求书

1.一种基于图像识别技术的土体冻胀和冻结锋面测试方法，其特征在于：所述测试方法基于土体冻胀和冻结锋面测试装置实现，所述的土体冻胀和冻结锋面测试装置包括控制计算平台(1)、真空透明环刀(2)、土样(3)、环境控制箱(4)；所述环境控制箱(4)置于控制计算平台(1)上方，土样(3)置于真空透明环刀(2)内，土样(3)和真空透明环刀(2)联合体放置在控制计算平台(1)的置样盘(11)上；

所述控制计算平台(1)包括置样盘(11)、补光灯带(12)、控制屏(13)、开机键(14)、急停键(15)、循环管入口(16)、循环管出口(17)、充电接口(18)、数据传输接口(19)；所述置样盘(11)位于控制计算平台(1)的上部；所述补光灯带(12)位于置样盘(11)的外围，为微型耐低温相机(46)的拍摄提供光照环境；所述控制屏(13)和开机键(14)设置在控制计算平台(1)的前表面，控制屏(13)用于设置土样(3)温度；所述急停键(15)、循环管入口(16)、循环管出口(17)位于控制计算平台(1)的右侧表面，循环管入口(16)、循环管出口(17)分别与循环水浴设备相连接；所述充电接口(18)和数据传输接口(19)设置在控制计算平台(1)后表面，数据传输接口(19)与计算机相连接；

所述环境控制箱(4)包括有控制箱体(41)、控制箱门(42)、循环冷却管(44)、温度测试探头(45)、四个微型耐低温相机(46)、耐低温照明灯(47)、中空分隔板(48)、中空分隔板滑道(49)；所述控制箱体(41)下底面为开口结构，侧面与控制箱门(42)连接；所述循环冷却管(44)位于控制箱体(41)的内部表面，循环冷却管(44)两端分别与循环管入口(16)、循环管出口(17)连接，用于维持环境控制箱(4)的温度；所述2个温度测试探头(45)布置在控制箱体(41)的内部同一侧面，中空分隔板(48)上下各设一个温度测试探头(45)，用于监测环境控制箱(4)上部和下部环境的温度和冻结温度梯度；所述2个微型耐低温相机(46)分别布置在控制箱体(41)内部两侧面，且关于真空透明环刀(2)对称，用于监测降温过程中土样(3)侧面的图像；另外两个微型耐低温相机(46)布置在控制箱体(41)内部顶面，用于监测降温过程中土样(3)顶面的横向方向、纵向方向、垂直方向的变形；所述中空分隔板(48)中心开有与真空透明环刀(2)直径相同的孔，中空分隔板(48)布置在控制箱体(41)的中空分隔板滑道(49)上且下底面与真空透明环刀(2)相接触，中空分隔板(48)用于保证土样(3)由上至下的单向冻结；所述的环境控制箱(4)还包括柔性磁密封条(43)，柔性磁密封条(43)位于控制箱门(42)的内部外围用于实现箱体(41)与控制箱门(42)的密封；

所述测试方法包括以下步骤：

1)制备土样(3)并组装土体冻胀和冻结锋面测试装置；

2)通过开机键(14)打开土体冻胀和冻结锋面测试装置，通过控制屏(13)设置土样温度环境并开始试验；

3)试验开始前，通过布置在控制箱体(41)内部顶面的2个微型耐低温相机(46)记录土样(3)表面i角点在横向方向、纵向方向、垂直方向的初始坐标值，并分别记为x_0i、y_0i、z_0i；试验结束后，通过布置在控制箱体(41)内部顶面的2个微型耐低温相机(46)记录土样(3)表面i角点在横向方向、纵向方向、垂直方向变形后的坐标值，并分别记为x_si、y_si、z_si，通过公式(1)计算土样(3)的平均冻胀量或盐胀量E，公式(1)为：

公式中，E为土样(3)的平均冻胀量或盐胀量，z_0i为土样(3)表面i角点在垂直方向的初始坐标值，z_si为土样(3)表面i角点在垂直方向变形后的坐标值，N为土样(3)表面各角点的数量；

4)依据公式(2)计算土样(3)的变形特征，公式(2)为：

公式中，E为土样(3)的平均冻胀量或盐胀量；z_0i为土样(3)表面i角点在垂直方向的初始坐标值，z_si为土样(3)表面i角点在垂直方向变形后的坐标值，N为土样(3)表面各角点的数量；

5)依据公式(3)确定土样(3)表面的整体运行状态C，公式(3)为：

公式中，C为土样(3)表面的整体运行状态；x_0i为土样(3)表面i角点在横向的初始坐标值；x_si为土样(3)表面i角点在横向变形后的坐标值；y_0i为土样(3)表面i角点在纵向的初始坐标值；y_si为土样(3)表面i角点在纵向变形后的坐标值；z_0i为土样(3)表面i角点在垂直方向的初始坐标值；z_si为土样(3)表面i角点在垂直方向变形后的坐标值；

6)根据分别布置在控制箱体(41)内部的左侧面和右侧面且关于真空透明环刀(2)对称的2个微型耐低温相机(46)记录土样(3)侧面的图像数据；

7)根据布置在控制箱体(41)内部左右侧面的微型耐低温相机(46)记录土样(3)左侧面和右侧面不同时刻的图像，采用图像比对方法确定冻结锋面。