本發(fā)明涉及貫入土壤變形測量領域。尤其涉及一種自由落體貫入土壤變形測量的云圖處理方法、系統及介質。

背景技術：

1、數字圖像相關方法（dic）利用數字圖像處理的基本原理，通過數字相機采集圖像后，并跟蹤試樣表面變形前的形貌特征（人工散斑）的位置變化來測量試樣表面的變形。這種非接觸式、全場光測力學的方法，可用于分析、計算和記錄自由落體貫入觸探過程中的土壤變形，并提供數據和云圖等測量結果，從而直觀清晰地反應被測量土壤的變形行為。

2、自由落體貫入儀半剖模型在高壓空氣作用下沿導向軌發(fā)射，并緊貼土槽箱玻璃面貫入土壤。通過數字相機采集圖像，以測量土壤表面變形。根據軸對稱條件，測量的玻璃面處土壤表面變形，等效于自由落體貫入時軸對稱剖面上的土壤變形。

3、自由落體貫入儀半剖模型緊貼玻璃面貫入時，貫入儀剖面與玻璃面之間不可避免的摻雜薄薄一層土壤，遮擋貫入儀輪廓并導致相關區(qū)域的dic分析結果不正確。現有的dic分析處理商業(yè)軟件不能解決相關問題。如何避免貫入儀剖面與玻璃面之間摻雜的土壤遮擋貫入儀輪廓而導致的貫入儀的土壤覆蓋面區(qū)域的dic分析結果準確度下降，是亟需解決的問題。

技術實現思路

1、本發(fā)明提供一種自由落體貫入土壤變形測量的云圖處理方法、系統及介質，以解決貫入儀剖面與玻璃面之間摻雜的土壤遮擋貫入儀輪廓而導致的貫入儀的土壤覆蓋面區(qū)域的dic分析結果準確度下降的問題。

2、為實現上述目的，第一方面，本發(fā)明涉及一種自由落體貫入土壤變形測量的云圖處理方法，用于自由落體貫入儀半剖模型沿導向軌發(fā)射入土槽箱，并緊貼所述土槽箱的玻璃側面貫入土壤，通過相機采集圖像以進行貫入土壤變形的云圖處理，包括：

3、步驟1基于已噴涂人工散斑的土壤表面圖像，讀取pmlab?rdic軟件生成土壤表面變形數據，其中，所述土壤表面形變數據至少包括位移、速度和應變率，所述已噴涂人工散斑的土壤表面圖像為所述相機采集的；

4、步驟2基于所述自由落體貫入儀半剖模型的運動圖像，讀取revealermotionanalysis軟件生成貫入儀半剖模型運動數據，其中，所述貫入儀半剖模型運動數據至少包括位移、速度和加速度，所述自由落體貫入儀半剖模型的運動圖像為所述相機采集的；

5、步驟3結合所述貫入儀半剖模型運動數據確定每個時刻所述貫入儀的位置及貫入儀的土壤覆蓋區(qū)域的形狀大小，并繪制土壤表面的形變云圖，將所述土壤表面變形數據進行二次處理，其中，所述形變云圖中至少包括位移場、速度場和應變率數據；

6、步驟4將所述土壤表面的形變云圖集成于用戶圖形界面。

7、優(yōu)選的，所述步驟1，包括：

8、在所述pmlab?rdic軟件中導入所述已噴涂人工散斑的土壤表面圖像，創(chuàng)建計算區(qū)域，并設置dic計算分析的基本參數，所述基本參數至少包括子區(qū)域大小、網格步長、采集圖像幀率和搜索區(qū)域大小；

9、通過相關準則znssd對所述計算區(qū)域內的子區(qū)域進行匹配計算，標定圖像像素坐標與真實坐標的關系，以生成所述土壤表面變形數據。

10、優(yōu)選的，所述步驟2，包括：

11、在所述revealermotionanalysis軟件中，導入所述自由落體貫入儀半剖模型的運動圖像，在所述貫入儀上設置追蹤點，并標定圖像像素坐標與真實坐標的關系，至少計算出所述追蹤點的位移、速度和加速度作為所述貫入儀半剖模型運動數據。

12、優(yōu)選的，所述步驟3，包括：

13、在生成的所述土壤表面變形數據中讀取所述計算區(qū)域的上下左右邊界的坐標，以及讀取所述貫入儀起始點x坐標以及所述貫入儀的尖端與所述計算區(qū)域的上邊界接觸點的坐標；

14、基于生成的貫入儀運動數據，確定所述運動方向是垂直貫入還是傾斜貫入；

15、讀取所述貫入儀的尖端與所述計算區(qū)域上邊界接觸的起始時刻和所述貫入儀停止運動的時刻，并與所述土壤表面變形數據中的時間進行同步；

16、讀取所述貫入儀的合速度時程數據，確定貫入儀在所述計算區(qū)域的土壤覆蓋區(qū)域的運動模型；

17、將所述計算區(qū)域與所述計算區(qū)域的覆蓋面重合的變形數據進行清除，重建二維網格并插值繪制出土壤變形云圖。

18、優(yōu)選的，所述土壤覆蓋區(qū)域的運動模型，包括：當垂直貫入，所述貫入儀彈頭未完全貫入時，所述計算區(qū)域的土壤覆蓋區(qū)域為等腰三角形；當垂直貫入，所述貫入儀彈頭完全貫入后，所述計算區(qū)域的土壤覆蓋區(qū)域為軸對稱的五邊形；當傾斜貫入，所述貫入儀彈頭未完全貫入時，所述計算區(qū)域的土壤覆蓋區(qū)域為四邊形；當傾斜貫入，所述貫入儀彈頭完全貫入后，所述計算區(qū)域的土壤覆蓋區(qū)域為五邊形；

19、基于所述貫入儀的合適度時程數據以及所述貫入儀的尖端與所述計算區(qū)域上邊界接觸的起始時刻，積分得到此時刻所述貫入儀在計算區(qū)域中的運動位移，并判斷此時刻土壤覆蓋區(qū)域的形狀；結合起始時刻所述貫入儀的尖端與所述計算區(qū)域的上邊界接觸點的坐標，計算所述土壤覆蓋區(qū)域的形狀的每個端點坐標從而確定土壤覆蓋區(qū)域的尺寸大小。

20、優(yōu)選的，所述步驟1、所述步驟2和所述步驟3均通過matlab代碼實現；

21、所述步驟4，具體包括：

22、通過matlab軟件的appdesigner工具庫將所述土壤表面的形變云圖集成于圖形用戶界面，生成對應的.ui文件，并將所述.ui文件轉化為matlab代碼。

23、優(yōu)選的，還包括：將所述步驟1、所述步驟2、所述步驟3和所述步驟4的所有matlab代碼打包生成獨立的exe可執(zhí)行文件。

24、為實現上述目的，第二方面，本發(fā)明涉及一種自由落體貫入土壤變形測量的云圖處理系統，用于自由落體貫入儀半剖模型沿導向軌發(fā)射入土槽箱，并緊貼所述土槽箱的玻璃側面貫入土壤，通過相機采集圖像以進行貫入土壤變形的云圖處理，包括：

25、表面形變數據生成模塊，用于基于已噴涂人工散斑的土壤表面圖像，讀取pmlabrdic軟件生成土壤表面變形數據，其中，所述土壤表面形變數據至少包括位移、速度和應變率，所述已噴涂人工散斑的土壤表面圖像為所述相機采集的；

26、貫入儀半剖模型運動數據生成模塊，用于基于所述自由落體貫入儀半剖模型的運動圖像，讀取revealermotionanalysis軟件生成貫入儀半剖模型運動數據，其中，所述貫入儀半剖模型運動數據至少包括位移、速度和加速度，所述自由落體貫入儀半剖模型的運動圖像為所述相機采集的；

27、土壤表面云圖繪制模塊，用于結合所述貫入儀半剖模型運動數據確定每個時刻所述貫入儀的位置及貫入儀的土壤覆蓋區(qū)域的形狀大小，將所述土壤表面變形數據進行二次處理，并繪制土壤表面的形變云圖，其中，所述形變云圖中至少包括位移場、速度場和應變率數據；

28、集成顯示模塊，用于將所述土壤表面的形變云圖集成于用戶圖形界面。

29、優(yōu)選的，所述表面形變數據生成模塊、所述貫入儀半剖模型運動數據生成模塊和所述土壤表面云圖繪制模塊均通過matlab代碼實現；

30、所述集成顯示模塊，具體用于：

31、通過matlab軟件的appdesigner工具庫將所述土壤表面的形變云圖集成于圖形用戶界面，生成對應的.ui文件，并將所述.ui文件轉化為matlab代碼；

32、還包括：代碼打包模塊，用于將所述表面形變數據生成模塊、所述貫入儀半剖模型運動數據生成模塊、所述土壤表面云圖繪制模塊和所述集成顯示模塊的所有matlab代碼打包生成獨立的exe可執(zhí)行文件。

33、為實現上述目的，第三方面本發(fā)明還涉及一種計算機可讀存儲介質，存儲介質中存儲有指令，所述指令運行時執(zhí)行上述的一種自由落體貫入土壤變形測量的云圖處理方法。

34、本發(fā)明涉及的一種自由落體貫入土壤變形測量的云圖處理方法、系統及介質，相比于現有技術，有以下有益效果：

35、1、基于自由落體貫入土壤變形測量裝置的云圖處理軟件能夠實現大批量土壤變形數據的二次處理并繪制云圖。可有效的解決自由落體貫入儀半剖模型緊貼玻璃面貫入時，薄層土壤遮擋貫入儀輪廓并導致土壤覆蓋區(qū)域dic分析結果不準確的問題。

36、2、通過使用matlab和appdesigner開發(fā)的可視化界面，提供便捷的操作方式，特別適用于非技術用戶。首先，通過appdesigner設計圖形用戶界面（gui），生成對應的.ui文件，并將其轉化為matlab代碼，實現用戶與程序的交互。用戶通過簡潔直觀的界面，能夠輕松輸入自由落體貫入儀和土壤變形云圖的相關參數、觸發(fā)云圖繪制處理操作，并可隨時中斷任務進度。隨后，將整個matlab程序打包生成獨立的exe可執(zhí)行文件，用戶僅需運行該exe文件，無需matlab運行環(huán)境即可直接執(zhí)行云圖的批量處理任務，通過提供友好的可視化界面和獨立的exe文件，使得非技術用戶能夠無障礙地使用復雜的批量處理工具，極大提高了應用的可用性與易用性。