基于分形維數(shù)和形狀因子的土體物理性質(zhì)與圖像特征的關(guān)系研究.pdf

1、土壤物理特性是土壤分類(lèi)的依據(jù)，也為土壤力學(xué)跟水文性質(zhì)提供初步判斷，但是通常情況下，獲得土壤物理特性的實(shí)驗(yàn)方法是十分繁瑣、耗時(shí)的，并且?guī)в幸欢ǖ闹饔^性，因此，給巖土工程師和實(shí)驗(yàn)室人員帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。
　　為了將實(shí)驗(yàn)方法的不足之處減小到誤差允許的范圍以內(nèi)，得到更加客觀的土壤特性，本文探討了應(yīng)用數(shù)字圖像處理技術(shù)（DIP&A）代替廣泛應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)室方法獲得土壤物理特性的可能性，數(shù)字圖像處理技術(shù)是通過(guò)圖像特征的分形維數(shù)和形狀因子與土壤特性之

2、間存在的聯(lián)系，得到土壤的物理特性（含水量，干密度，孔隙度和孔隙比）。針對(duì)土壤中顆粒形狀復(fù)雜無(wú)規(guī)律性，本文應(yīng)用分形維數(shù)（FD）來(lái)描述不規(guī)則顆粒的形狀，形狀因子描述其幾何特征。
　　按美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)(ASTM)標(biāo)準(zhǔn)采集土壤樣本并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到土壤物理特性，然后將相同的樣本顆粒破碎到合適的大小，拍攝數(shù)字照片，進(jìn)行數(shù)字圖像處理，得到圖像特征。對(duì)圖像特征進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析，通過(guò)回歸方程計(jì)算土壤物理特性，計(jì)算過(guò)程中，選取合適的方程模型和相關(guān)

3、系數(shù)是得到理想結(jié)果的前提。用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證圖像處理結(jié)
　　果的準(zhǔn)確性，該過(guò)程中采用不同地方的土壤樣本，并將新得到的樣本數(shù)據(jù)回帶到模型方程，并計(jì)算模型誤差。
　　通過(guò)分析，本文得到了土壤特性與圖像特征之間的曲線模型。描述土壤物理特性與分形維數(shù)之間關(guān)系時(shí)，相關(guān)系數(shù) r取值范圍為0.3-0.4,描述物理特性與形狀因子之間的關(guān)系時(shí)，r的取值范圍為0.5-0.6。將驗(yàn)證樣本的分形維數(shù)和平均形狀系數(shù)帶入模型方程，關(guān)于分形維數(shù)的模型誤差