專利名稱：一種鐵路公路基床級配碎石幾何特征可視化采集系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及幾何特征可視化采集系統(tǒng)，尤其涉及一種鐵路公路基床級配碎石幾何特征可視化采集系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著我國高速鐵路建設事業(yè)的快速發(fā)展，提高路基施工質(zhì)量，適應鐵路跨越式發(fā)展，已顯得十分重要，而客運專線的出現(xiàn)，更加對傳統(tǒng)鐵路的設計、施工和養(yǎng)護維修提出了全新的挑戰(zhàn)。鐵路路基是鐵路工程的重要組成部分，其作為土工構(gòu)筑物，主要由基床表層、基床底層和基床以下路堤組成，路基的沉降也主要是這幾部分沉降的疊加產(chǎn)生。級配碎石層作為軌道結(jié)構(gòu)的直接基礎，其顆粒運動重組而引起的類塑性變形和由此產(chǎn)生的路基沉降就亟待研究。國內(nèi)外實踐表明，不良級配碎石層導致的軌道變形是良好級配碎石層的幾倍，而且其差距隨列車速度的提高有進一步拉大的趨勢。碎石顆粒的尺寸和形狀分布將決定著它們的使用性能，對碎石顆粒測試在鐵路和公路等交通設施領域己經(jīng)成為一種不可缺少的技術(shù)。為了掌握碎石的級配，目前一般采用傳統(tǒng)的篩分方法，其缺點主要有噪音大，粉塵污染嚴重，同時耗時耗力，測試精度不高，所獲取的數(shù)據(jù)較為粗糙。有很多學者致力于路基沉降的理論和試驗研究，而對鐵路路基級配碎石在列車荷載作用下的受力重組及其長期沉降的研究大多局限于三軸試驗和經(jīng)驗取值。在鐵路路基的分析中也不能考慮到碎石的離散性和本身的幾何形狀特征，所以分析結(jié)果與實際的測試數(shù)據(jù)相差很大。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于克服傳統(tǒng)碎石級配篩分試驗的不足，提供一種鐵路公路基床級配碎石的可視化采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以用于級配碎石的三視圖成像，配合三維重建技術(shù)還原顆粒形狀，可用于碎石顆粒三維幾何特征和級配特征的獲取，并可結(jié)合離散元軟件分析基床級配碎石在交通荷載作用下的受力重組及其長期沉降分析。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是:本實用新型采用了在水平置物臺上安裝圖像采集系統(tǒng)的布置，在水平置物臺的一端安裝全黑投影板，全黑投影板外側(cè)安裝豎向旋鈕微調(diào)支架，在豎向支架上裝配有水平旋鈕微調(diào)支架，水平支架上裝有帶鏡頭的攝像機及LED光源，在水平置物臺的另一端安裝T型鉚釘調(diào)節(jié)底板和傾斜鉚釘調(diào)節(jié)底板，在兩個底板上分別裝有滑動底座和LED光源，在兩個滑動底座上都裝有帶鏡頭的攝像機，三臺攝像機分別通過數(shù)據(jù)線連接到高速圖像采集卡，采集卡與計算機連接。在水平旋鈕微調(diào)支架、T型鉚釘調(diào)節(jié)底板和傾斜鉚釘調(diào)節(jié)底板上所安裝的三臺帶鏡頭的攝像機的拍攝光路彼此垂直并交于一點，在該交匯點上放置待測碎石進行數(shù)據(jù)采集。一種鐵路公路基床級配碎石幾何特征可視化采集方法:I)利用三臺帶鏡頭的攝像機同時采集待測碎石的三個角度的圖像；[0009]2)將三張同時拍攝的同一碎石的照片通過數(shù)據(jù)線輸入高速圖像采集卡進行初步處理；3)經(jīng)過初步處理的三張照片從高速圖像采集卡輸入計算機進行圖像分割、基于輪廓線的三維重建從而得到三維模型。所述的三張照片的拍攝視角彼此垂直，使用三個彼此垂直的不同視角同時拍攝的三張圖像，通過三維重建得到待測碎石的三維模型。本實用新型與背景技術(shù)相比具有的有益效果是:(I)可精確地對碎石的正面、上面及側(cè)面等三個方向進行攝像，得到的邊緣圖像就可以過濾掉偽邊緣情況；(2)結(jié)合三維重建技術(shù)就可以理想地還原顆粒形狀，從而克服傳統(tǒng)篩分試驗只確定最小粒徑的缺點，滿足碎石粒度分析的精度要求；(3)還原顆粒形狀后，結(jié)合離散元軟件等分析技術(shù)，可進行基床級配碎石在交通荷載作用下的受力重組及其長期沉降分析。


圖1是系統(tǒng)總體分布視圖。圖中:1-數(shù)據(jù)線、2-T型鉚釘調(diào)節(jié)底板、3-傾斜鉚釘調(diào)節(jié)底板、4-滑動底座、5-水平置物平臺、6- LED光源、7-全黑投影板、8-豎向旋鈕微調(diào)支架、9-水平旋鈕微調(diào)支架、10-攝像機、11-鏡頭、12-計算機、13-聞速圖像米集卡。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。鐵路公路基床級配碎石幾何特征可視化采集系統(tǒng)如圖1所示，本實用新型采用水平置物平臺5，將T型鉚釘調(diào)節(jié)底板2和傾斜鉚釘調(diào)節(jié)底板3安裝在置物臺的一側(cè)，將豎向旋鈕微調(diào)支架8安裝在置物臺的另一側(cè)中點處，將水平旋鈕微調(diào)支架9安裝在豎向旋鈕微調(diào)支架8上，將全黑投影板7垂直安裝在有豎向旋鈕微調(diào)支架8一側(cè)的水平置物臺5上并保持板面與水平旋鈕微調(diào)支架9垂直。在水平旋鈕微調(diào)支架上水平安裝LED光源5，根據(jù)相機大小、碎石尺寸調(diào)節(jié)支架高度后安裝第一臺攝像機10與鏡頭11，并進行粗調(diào)，再以同樣的方式安裝好第二部攝像機，將其與轉(zhuǎn)軸連接后安裝于滑動底座4，并將其整體用鉚釘固定于傾斜鉚釘調(diào)節(jié)底板3，再以同樣的方式安裝好第三部攝像機，將其與轉(zhuǎn)軸連接后安裝于滑動底座4，并將其整體用鉚釘固定于T型鉚釘調(diào)節(jié)底板2。把所要進行粒度測試采集的碎石放在水平置物平臺5中央，調(diào)節(jié)旋鈕微調(diào)支架8、9與水平放置相機下方的轉(zhuǎn)軸進行微調(diào)，使三個相機的光照線路會與一點，并互相垂直，交匯于碎石上靠近盡量靠近重心處。機位調(diào)整完畢后進行攝像，然后連接數(shù)據(jù)線I至高速圖像采集卡13，照片經(jīng)過高速圖像采集卡13的初步處理后輸入計算機12進行三維重建計算從而還原顆粒形狀得到三維模型。每當采集一批待測碎石的幾何特征圖像信息后都要將標準件放在這批碎石攝像時的放置點拍攝從而進行標定，并進行三維模型重建得到其體積，標準件的真實體積與其建模所得體積的比值設為比例系數(shù)，通過此比例系數(shù)修正該批待測碎石的模型體積，就可以還原真實的幾何尺寸。[0020]鐵路公路基床級配碎石幾何特征可視化采集方法為:I)使用三臺帶鏡頭11的攝像機10同時采集待測碎石相互垂直的三個不同視角的圖像信息，并將三個圖像通過數(shù)據(jù)線I輸入高速圖像采集卡13 ；2)通過高速圖像采集卡13對圖像進行預處理轉(zhuǎn)化為灰度圖像完成閾值過濾從而得到三個視角的石塊輪廓圖，將輪廓圖轉(zhuǎn)換為二值圖像后輸入計算機12 ；3)將三張輪廓圖輸入采用Matlab和C++編程語言所編寫的程序運算形成三個視角各自的輪廓線；4)將多個輪廓線在各自的拍攝點進行反投影運算在三維空間內(nèi)形成多個圓錐體并通過程序計算得到反投影的交叉輪廓上的點集；5)根據(jù)這個點集，采用匹配算法將兩兩相鄰三維平面上的輪廓點進行連接重構(gòu)物體的表面，通過這個過程·可以將待測碎石進行三維模型重建后在由計算機2輸出。
權(quán)利要求1.一種鐵路公路基床級配碎石幾何特征可視化采集系統(tǒng)，其特征在于:采用了在水平置物臺(5)上安裝圖像采集系統(tǒng)的布置，在水平置物臺(5)的一側(cè)安裝全黑投影板(7)，全黑投影板(7)外側(cè)安裝豎向旋鈕微調(diào)支架(8)，在豎向支架上裝配有水平旋鈕微調(diào)支架(9)，水平支架上裝有帶鏡頭(11)的攝像機(10)及LED光源(6)，在水平置物臺(5)的另一側(cè)安裝T型鉚釘調(diào)節(jié)底板(2)和傾斜鉚釘調(diào)節(jié)底板(3)，在兩個底板上分別裝有滑動底座(4)和LED光源(6)，在兩個滑動底座(4)上都裝有帶鏡頭(11)的攝像機(10)，三臺攝像機(10)分別通過數(shù)據(jù)線(I)連接到高速圖像采集卡(13)，采集卡(13)與計算機(12)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鐵路公路基床級配碎石幾何特征可視化采集系統(tǒng)，其特征在于:在水平旋鈕微調(diào)支架(9)、T型鉚釘調(diào)節(jié)底板(2)和傾斜鉚釘調(diào)節(jié)底板(3)上所安裝的三臺帶鏡頭(11)的攝像 機(10)的拍攝光路彼此垂直并交于一點，在該交匯點上放置待測碎石進行數(shù)據(jù)采集。
專利摘要本實用新型公開了一種鐵路公路基床級配碎石幾何特征可視化采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)由測試臺架和測試用相機構(gòu)成。測試臺架是由可調(diào)節(jié)底板、側(cè)板以及相機支架套件組成；相機安裝在由相機支桿和微調(diào)旋鈕升降架組成的支架上。用相機對待測碎石影像進行采集。通過對碎石的正面、上面及側(cè)面的三向成像形成碎石的三視圖，通過數(shù)據(jù)線經(jīng)高速圖像采集卡輸入電腦，通過三維重建技術(shù)還原出顆粒的真三維模型。本實用新型可用于鐵路和公路中廣泛使用的級配碎石的幾何特性和級配特性的快速精確獲??；同時本系統(tǒng)采集得到的碎石顆粒模型可直接與離散元軟件結(jié)合，分析鐵路路基級配碎石在列車荷載作用下的受力運動和長期沉降分析。
文檔編號G01B11/24GK203100694SQ20122072720
公開日2013年7月31日 申請日期2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月26日
發(fā)明者邊學成, 李偉, 李公羽, 程翀, 蔣紅光, 陳云敏 申請人:浙江大學