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驗方法是十分繁瑣、耗時的，并且?guī)в幸欢ǖ闹饔^性，因此，給巖土工程師和實驗室人員帶來了巨大的挑戰(zhàn)。
　　為了將實驗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)用的實驗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）。針對土壤中顆粒形狀復(fù)雜無規(guī)律性，本文應(yīng)用分形維數(shù)（FD）來描述不規(guī)則顆粒的形狀，形狀因子描述其幾何特征。
　　按美國材料與試驗協(xié)會(ASTM)標(biāo)準(zhǔn)采集土壤樣本并進行實驗，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，進行數(shù)字圖像處理，得到圖像特征。對圖像特征進行數(shù)理統(tǒng)計分析，通過回歸方程計算土壤物理特性，計算過程中，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)實驗結(jié)果驗證圖像處理結(jié)
　　果的準(zhǔn)確性，該過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，并計算模型誤差。
　　通過分析，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，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，r的取值范圍為0.5-0.6。將驗證樣本的分形維數(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