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1、公路 2001年7月 第7期 HIGHWAYJul12001No17文章编号:0451-0712(2001)07-0033-06 中图分类号:TU41 文献标识码:B基于图像处理技术的土变形实时光测系统的研究陈忠平(广东省公路建设公司 广州市 510600) 摘 要:为了把握车辆—土系相互作用条件下土的变形行为,准确、定量地测量土中各位置的瞬时位移的变化情况是一个重要的研究课题。本研究应用图像处理技术,开发出了一个能自动、高速、准确地测量、计算土的位
2、移的实时测量系统。通过对车轮—土系相互作用条件下土的变形特性的计测实验,本系统的可靠性得到了证实。 关键词:土工实验;光测系统;图像处理 车辆—土系的相互作用在土中产生的各种力学(CSC901b)及计算机构成。实验土槽的尺寸是长响应的研究,对公路的设计、路基及路面的选材、处1888mm、宽414mm、高617mm。为了便于观测土理,车辆的安全运行等都具有极为重要的意义,而准的位移,土槽的侧壁使用了一种透明的板材(长确定量地测量车辆在各种行走条件下引起的土中各1000mm、厚30mm、高617mm)。位置的位移的变化情况
3、是研究其他问题的基础。到[1～3]目前为止,这方面的研究已有许多,但都没能得到满意的结果。为了测量土的位移,通常是在土槽的透明侧壁配置一定数量的追踪土粒子运动的标记(Marker),使用照相机对移动的标记定时摄影,然后手工测量照片上各标记的中心坐标来计算土中各位置的位移。用这种方法来收集数据需要花费大量的时间,且由于难以避免的人为测量误差而使得土中各位置的位移及其他力学量的测量计算得不到期[4]待的结果。为了弥补这些缺陷,本研究将高精度的照相机(LineShiftCamera),图像处理技术及自行开发的计算软件有机地结合起
4、来,开发出了一个能对土的变形及其他力学量进行自动、高速、准确地测图1 土位移光测系统的构成量计算的实时计测系统。通过对车辆在各种行走条件下土的变形特性的测量解析实验,本系统的可靠图2是本实验中使用的照相机(LineShift性得到了证实。Camera)的示意图。在照相机的镜头处配置了直线型的,有5000个感光单元的接收光信号的装置,通过1 实验装置及方法精密地平移这一装置,可以使照相机捕捉到分辨率达1.1 土的位移计测系统4000×4000个像素的图像。图像处理装置将照相机图1是本研究开发的土位移光测系统的构成摄下的照片按
5、顺序转换成黑白(即2值图像)图[5、6]图。这个系统由实验土槽、标记(Marker)、高精度照像,通过一系列的内部变换、抽出处理后,所有相机(LineShiftCamera)、图像处理装置有效图像的重心、面积及主轴的方向等特征量都可收稿日期:2001-04-05©1994-2007ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net—34—公 路 2001年 第7期以高速而准确地
6、计算,并按先后的测量顺序在计算待标记表面的水份干燥后开始实验。机内保存起来。此外,图像处理软件还附有可供用户1.3 土的变形解析[7、8]自行开发的库函数。图4是土的位移实时计测流程图。测量开始时,图像处理装置将从照相机取得的土层断面图像转换成2值(黑白)图像,经过一系列的内部判断处理后,可完全正确地检出照相机摄下的所有标记,计算出标记的坐标,进而利用有限元的三角形要素法计算出土的应变。图21.2 标记的式样及配置方法图3是土层和土槽透明侧壁之间标记的配置图。图41.4 实验方法图3表1列出了本实验的实验条件。实验时,先使
7、荷为了分辨出有效的标记,提高图像处理的精度,重为320N的车轮在无转动的情况下加载到实验土在直径是5mm的黑色标记的中央部,将边长为1槽的土面上,待土充分沉降后,在保持车轮的前进速mm的正方形面积涂成了白色。在标记与土之间利度一定的条件下,通过调节车轮的转速使车轮先后用蒸馏水的附着力固定标记。土填充时,在土的侧壁以3.9%和43%的滑动率运动。以200mm×10mm的间隔布置标记。经过一定时间表1滑动率ö%土层深度ömm土层的平均间隙比刚性车轮供试砂3.9177.60.816半 径ö(mm)150名 称丰浦砂43.01
8、78.20.823进行速度ö(mmömin)4.91密 度ö(kgöm3)2.64×1032 实验结果及考察辨精度是0104mm。测量结果表明:x及y方向偏差2.1 关于本系统的计测精度的最大绝对值分别是010175mm和010244mm,为了评价本系统的计测精度,图5列出了与车两者都在图像处理系统的分
