CN103047942A - 铁路公路基床级配碎石几何特征可视化采集***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铁路公路基床级配碎石几何特征可视化采集***及方法。该***由测试台架和测试用相机构成。测试台架是由可调节底板、侧板以及相机支架套件组成；相机安装在由相机支杆和微调旋钮升降架组成的支架上。用相机对待测碎石影像进行采集。通过对碎石的正面、上面及侧面的三向成像形成碎石的三视图，通过数据线经高速图像采集卡输入电脑，通过三维重建技术还原出颗粒的真三维模型。本发明可用于铁路和公路中广泛使用的级配碎石的几何特性和级配特性的快速精确获取；同时本***采集得到的碎石颗粒模型可直接与离散元软件结合，分析铁路路基级配碎石在列车荷载作用下的受力运动和长期沉降分析。

Description

铁路公路基床级配碎石几何特征可视化采集***及方法

技术领域

本发明涉及几何特征可视化采集***及采集方法，尤其涉及一种铁路公路基床级配碎石几何特征可视化采集***及方法。

背景技术

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。

发明内容

本发明的目的在于克服传统碎石级配筛分试验的不足，提供一种铁路公路基床级配碎石的可视化采集***及方法，可以用于级配碎石的三视图成像，配合三维重建技术还原颗粒形状，可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，本发明采用的技术方案是：

一、一种铁路公路基床级配碎石几何特征可视化采集***：

本发明采用了在水平置物台上安装图像采集***的布置，在水平置物台的一端安装全黑投影板，全黑投影板外侧安装竖向旋钮微调支架，在竖向支架上装配有水平旋钮微调支架，水平支架上装有带镜头的摄像机及LED光源，在水平置物台的另一端安装T型铆钉调节底板和倾斜铆钉调节底板，在两个底板上分别装有滑动底座和LED光源，在两个滑动底座上都装有带镜头的摄像机，三台摄像机分别通过数据线连接到高速图像采集卡，采集卡与计算机连接。

在水平旋钮微调支架、T型铆钉调节底板和倾斜铆钉调节底板上所安装的三台带镜头的摄像机的拍摄光路彼此垂直并交于一点，在该交汇点上放置待测碎石进行数据采集。

二、一种铁路公路基床级配碎石几何特征可视化采集方法：

1）利用三台带镜头的摄像机同时采集待测碎石的三个角度的图像；

2）将三张同时拍摄的同一碎石的照片通过数据线输入高速图像采集卡进行初步处理；

3）经过初步处理的三张照片从高速图像采集卡输入计算机进行图像分割、基于轮廓线的三维重建从而得到三维模型。

所述的三张照片的拍摄视角彼此垂直，使用三个彼此垂直的不同视角同时拍摄的三张图像，通过三维重建得到待测碎石的三维模型。

本发明与背景技术相比具有的有益效果是：

(1)可精确地对碎石的正面、上面及侧面等三个方向进行摄像，得到的边缘图像就可以过滤掉伪边缘情况；

(2)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；

(3)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。

附图说明

图1是***总体分布视图。

图中：1-数据线、2-T型铆钉调节底板、3-倾斜铆钉调节底板、4-滑动底座、5-水平置物平台、6- LED光源、7-全黑投影板、8-竖向旋钮微调支架、9-水平旋钮微调支架、10-摄像机、11-镜头、12-计算机、13-高速图像采集卡。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

铁路公路基床级配碎石几何特征可视化采集***如图1所示，本发明采用水平置物平台5，将T型铆钉调节底板2和倾斜铆钉调节底板3安装在置物台的一侧，将竖向旋钮微调支架8安装在置物台的另一侧中点处，将水平旋钮微调支架9安装在竖向旋钮微调支架8上，将全黑投影板7垂直安装在有竖向旋钮微调支架8一侧的水平置物台5上并保持板面与水平旋钮微调支架9垂直。在水平旋钮微调支架上水平安装LED光源5，根据相机大小、碎石尺寸调节支架高度后安装第一台摄像机10与镜头11，并进行粗调，再以同样的方式安装好第二部摄像机，将其与转轴连接后安装于滑动底座4，并将其整体用铆钉固定于倾斜铆钉调节底板3，再以同样的方式安装好第三部摄像机，将其与转轴连接后安装于滑动底座4，并将其整体用铆钉固定于T型铆钉调节底板2。把所要进行粒度测试采集的碎石放在水平置物平台5中央，调节旋钮微调支架8、9与水平放置相机下方的转轴进行微调，使三个相机的光照线路会与一点，并互相垂直，交汇于碎石上靠近尽量靠近重心处。机位调整完毕后进行摄像，然后连接数据线1至高速图像采集卡13，照片经过高速图像采集卡13的初步处理后输入计算机12进行三维重建计算从而还原颗粒形状得到三维模型。每当采集一批待测碎石的几何特征图像信息后都要将标准件放在这批碎石摄像时的放置点拍摄从而进行标定，并进行三维模型重建得到其体积，标准件的真实体积与其建模所得体积的比值设为比例系数，通过此比例系数修正该批待测碎石的模型体积，就可以还原真实的几何尺寸。

铁路公路基床级配碎石几何特征可视化采集方法为：

1）使用三台带镜头11的摄像机10同时采集待测碎石相互垂直的三个不同视角的图像信息，并将三个图像通过数据线1输入高速图像采集卡13；

2）通过高速图像采集卡13对图像进行预处理转化为灰度图像完成阈值过滤从而得到三个视角的石块轮廓图，将轮廓图转换为二值图像后输入计算机12；

3）将三张轮廓图输入采用Matlab和C++编程语言所编写的程序运算形成三个视角各自的轮廓线；

4）将多个轮廓线在各自的拍摄点进行反投影运算在三维空间内形成多个圆锥体并通过程序计算得到反投影的交叉轮廓上的点集；

5）根据这个点集，采用匹配算法将两两相邻三维平面上的轮廓点进行连接重构物体的表面，通过这个过程可以将待测碎石进行三维模型重建后在由计算机2输出。

Claims (4)

1.一种铁路公路基床级配碎石几何特征可视化采集***，其特征在于：采用了在水平置物台（5）上安装图像采集***的布置，在水平置物台（5）的一侧安装全黑投影板（7），全黑投影板（7）外侧安装竖向旋钮微调支架（8），在竖向支架上装配有水平旋钮微调支架（9），水平支架上装有带镜头（11）的摄像机（10）及LED光源（6），在水平置物台（5）的另一侧安装T型铆钉调节底板（2）和倾斜铆钉调节底板（3），在两个底板上分别装有滑动底座（4）和LED光源（6），在两个滑动底座（4）上都装有带镜头（11）的摄像机（10），三台摄像机（10）分别通过数据线（1）连接到高速图像采集卡（13），采集卡（13）与计算机（12）连接。

2.根据权利要求1所述的一种铁路公路基床级配碎石几何特征可视化采集***，其特征在于：在水平旋钮微调支架（9）、T型铆钉调节底板（2）和倾斜铆钉调节底板（3）上所安装的三台带镜头（11）的摄像机（10）的拍摄光路彼此垂直并交于一点，在该交汇点上放置待测碎石进行数据采集。

3.一种铁路公路基床级配碎石几何特征可视化采集方法，其特征在于：

1）利用三台带镜头（11）的摄像机（10）同时采集待测碎石的三个角度的图像；

2）将三张同时拍摄的同一碎石的照片通过数据线（1）输入高速图像采集卡（13）进行初步处理；

3）经过初步处理的三张照片从高速图像采集卡（13）输入计算机（12）进行图像分割、基于轮廓线的三维重建从而得到三维模型。

4.根据权利要求3所述的一种铁路公路基床级配碎石几何特征可视化采集方法，其特征在于：所述的三张照片的拍摄视角彼此垂直，使用三个彼此垂直的不同视角同时拍摄的三张图像，通过三维重建得到待测碎石的三维模型。