[发明专利]一种苗床土块三维空间分布可视化的测量装置和方法

权利要求书

1.一种苗床土块三维空间分布可视化的测量装置，其特征在于：由取样器(A)和测量器(B)组成，其中所述的测量器(B)由距离尺组件(H)、支架(I)、角度尺(J)、深度尺组件(K)、连接件(L)、螺钉Ⅰ(7)、螺钉Ⅱ(8)、橡胶堵块Ⅰ(9)和橡胶堵块Ⅱ(10)组成，其中距离尺组件(H)由距离量尺(16)、圆环(17)和角度指针(18)组成，且距离量尺(16)、圆环(17)和角度指针(18)自前至后顺序排列并固接，距离量尺(16)的左面所设尺寸刻度为0～(a+20)mm，其中a为取样器(A)上前板(C)、左板(D)、后板(E)、右板(F)和底板(G)组成的正方体边长，距离量尺(16)的横截面为凹槽形，距离量尺(16)左端面与圆环(17)圆心距离为l，距离量尺(16)的宽度为b，圆环(17)下表面与距离量尺(16)下表面距离为b/2；支架(I)由插板Ⅰ(11)、插板Ⅱ(12)、三角架(13)、圆柱杆(14)和定位圈(15)组成，定位圈(15)固接于圆柱杆(14)近上端，圆柱杆(14)下端固接于三角架(13)的后角上面，插板Ⅰ(11)垂直固接于三角架(13)的右角上面，插板Ⅱ(12)垂直固接于三角架(13)的左角上面；角度尺(J)为半圆形，其圆弧面上设有角度刻度(19)，圆心设有孔Ⅲ(20)，角度尺(J)上扇形孔的半径为R，且与孔Ⅲ(20)同心；深度尺组件(K)由深度量尺(21)和圆锥型定位针(22)组成，且深度量尺(21)和圆锥型定位针(22)上下排列并固接，其中圆锥形定位针长度为h，深度量尺(21)的右面所设尺寸刻度为0～(a+20)mm，深度量尺(21)的横截面为凹槽形；连接件(L)由矩形板Ⅰ(23)、销轴(25)和矩形板Ⅱ(26)组成，矩形板Ⅰ(23)左部和矩形板Ⅱ(26)上部经销轴(25)呈直角固接；矩形板Ⅰ(23)右部沿中线设有螺纹孔Ⅰ(24)，矩形板Ⅱ(26)下部沿中线设有螺纹孔Ⅱ(27)；距离尺组件(H)的圆环(17)与支架(I)的圆柱杆(14)上部活动连接，且圆环(17)的下表面紧贴定位圈(15)的上表面，角度尺(J)经孔Ⅲ(20)与支架(I)的圆柱杆(14)上部固接，且角度尺(J)的下表面与定位圈(15)的上表面距离满足距离尺组件(H)的圆环(17)可绕圆柱杆(14)自由转动；连接件(L)的矩形板Ⅰ(23)与距离尺组件(H)中距离量尺(16)的凹槽滑动连接，橡胶堵块Ⅱ(10)固接于距离量尺(16)的凹槽右端；连接件(L)的矩形板Ⅱ(26)与深度尺组件(K)中深度量尺(21)的凹槽滑动连接，橡胶堵块Ⅰ(9)固接于深度尺组件(K)的凹槽上端；螺钉Ⅰ(7)与连接件(L)中矩形板Ⅱ(26)的螺纹孔Ⅱ(27)螺纹连接；螺钉Ⅱ(8)与连接件(L)中矩形板Ⅰ(23)的螺纹孔Ⅰ(24)螺纹连接；取样器(A)中底板(G)的下表面与测量器(B)中支架(I)的三角架(13)上表面贴合，测量器(B)中支架(I)上的插板Ⅰ(11)与取样器(A)中底板(G)的孔Ⅰ(3)连接，测量器(B)中支架(I)的插板Ⅱ(12)与取样器(A)中底板(G)的孔Ⅱ(5)连接，且插板Ⅰ(11)和插板Ⅱ(12)与孔Ⅰ(3)和孔Ⅱ(5)形状一致；测量器(B)中支架(I)的圆柱杆(14)近上端卡于取样器(A)中后板(E)的U形缺口(1)，圆柱杆(14)的中心线与后板(E)内侧距离为l，与距离量尺(16)左端面至圆环(17)圆心距离相等，距离尺组件(H)中角度指针(18)的下端面与后板(E)上端面距离为h，与圆锥形定位针长度相等，距离尺组件(H)中角度指针(18)尖端外缘至圆环(17)圆心距离为R，与角度尺(J)上扇形孔的半径相等。

2.按权利要求1所述的苗床土块三维空间分布可视化的测量装置，其特征在于：所述的取样器(A)由前板(C)、左板(D)、后板(E)、右板(F)和底板(G)组成，其中前板(C)、左板(D)、后板(E)和右板(F)的侧面首尾均成90度固接，形成正方体框架结构，正方体边长a为300～800mm；后板(E)的上边沿中心设有U形缺口(1)；底板(G)的前端设有挡板(4)，底板(G)的右侧前部设有孔Ⅰ(3)，底板(G)的左侧前部设有孔Ⅱ(5)，底板(G)的上面近右侧设有凹槽Ⅰ(2)，底板(G)的上面近左侧设有凹槽Ⅱ(6)；左板(D)下端与底板(G)的凹槽Ⅱ(6)滑动连接；右板(F)下端与底板(G)的凹槽Ⅰ(2)滑动连接。

3.一种苗床土块三维空间分布可视化的测量方法,其特征在于包括下列步骤：

3.1样本采集：将取样器(A)中由前板(C)、左板(D)、后板(E)和右板(F)固接而成的正方体框架结构自上至下插入苗床指定位置的指定深度等于正方体边长a后，底板(G)上凹槽Ⅱ(6)和凹槽Ⅰ(2)沿左板(D)和右板(F)下端由前至后水平插入；

3.2建立三维坐标系：按权利要求1所述的苗床土块三维空间分布可视化的测量装置，以测量器(B)中支架(I)的定位圈(15)上表面的圆心为坐标原点O，以测量器(B)中支架(I)的圆柱杆(14)中轴线由下至上为Y轴正方向，以O点为原点由后至前为X轴正方向、由左至右为Z轴正方向；

3.3在步骤3.1和3.2基础上，对于坐标系内的任一土块P_i，通过绕圆环(17)转动距离尺组件(H)、沿距离尺组件(H)长度方向移动连接件(L)上矩形板Ⅰ(23)、沿深度尺组件(K)长度方向移动连接件(L)上矩形板Ⅱ(26)使深度尺组件(K)上圆锥型定位针(22)的尖端垂直插入待测量土块P_i上任一点P_ij，通过角度尺(J)、距离尺组件(H)的距离量尺(18)和深度尺组件(K)的深度量尺(21)，依次读取点P_ij在XOZ平面与Z轴负方向的夹角α_ij、点P_ij到YOZ平面的垂直距离r_ij和点P_ij到XOZ平面的垂直距离y_ij，则P_ij点的坐标表示为[r_ijsin(α_ij)，-y_ij，r_ijcos(α_ij)]，i，j均为正整数；

3.4以步骤3.1至3.3为依据，对于土块P_i，依次量取其上X轴反向最远点P_i1[r_i1sin(α_i1)，-y_i1，r_i1cos(α_i1)]、X轴正向最远点P_i2[r_i2sin(α_i2)，-y_i2，r_i2cos(α_i2)]、Y轴反向最远点P_i3[r_i3sin(α_i3)，-y_i3，r_i3cos(α_i3)]、Y轴正向最远点P_i4[r_i4sin(α_i4)，-y_i4，r_i4cos(α_i4)]、Z轴反向最远点P_i5[r_i5sin(α_i5)，-y_i5，r_i5cos(α_i5)]、Z轴正向最远点P_i6[r_i6sin(α_i6)，-y_i6，r_i6cos(α_i6)]，通过在三维坐标系内连线点P_i1与点P_i3、点P_i1与点P_i4、点P_i1与点P_i5、点P_i1与点P_i6、点P_i2与点P_i3、点P_i2与点P_i4、点P_i2与点P_i5、点P_i2与点P_i6重塑土块P_i；

3.5根据步骤3.1-3.4土块P_i重塑过程，对坐标系内满足既定要求的土块进行重塑，并在三维坐标系中表征。