多金属结核甲板覆盖率测算系统和方法与流程

【技术领域】

本发明属于海洋多金属结核资源探测现场分析领域，尤其涉及多金属结核甲板覆盖率测算系统和方法。

背景技术：

多金属结核甲板覆盖率的测量依靠人工置放结核样品至一定面积的带标尺的测量平板上，要求尽可能将结核样品排放紧密，不留空隙，最终通过人工估算多金属结核在测量平板上的面积占比作为甲板覆盖率的分析结果。

工作流程大体为；多金属结核样品从箱式、抓斗等取样器中取出后，经海水冲洗去除结核样品表面粘附的沉积物，之后将结核样品一个个置放到一个带有标尺刻度的测量平板上(平板面积与箱式或抓斗等取样器开口面积一致)，要求结核排放紧密而不重叠，尽量不留空隙(减少估算误差)，之后借助标尺，根据样品在测量平板上覆盖区域的面积占比(百分比)估算得到测站采样的多金属结核甲板覆盖率。这种方法的缺陷是无论人工铺放多金属结核如何紧密，都难免存在空隙，空隙所占面积难于人工估算以致无法剔除，因此最终影响到多金属结核样品本身覆盖率的测量分析精度，而且铺放样品的工作费时费力，效率很低。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足而提出多金属结核甲板覆盖率测算系统，有效解决人工统计、估算的低效性和随意性，使分析测量取样样品覆盖率的数据更加精确、操作更加高效便捷。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

多金属结核甲板覆盖率测算系统，包括测量平台、图像采集单元和测算终端，所述测量平台设有带测量刻度的样品放置区，所述图像采集单元位于所述样品放置区上方用于拍摄所述样品放置区的样品分布图，所述测算终端根据所述图像采集单元拍摄的图像信息计算样品的甲板覆盖率。现有技术中测算多金属结核甲板覆盖率均为人工估算，为了增加估算结果的准确性，会将样品放置在有刻度的平台上，样品之间需要排列紧密，消除样品之间的空隙，然而样品的形状都是不规则的，样品之间的空隙是无法避免的，因此在计算甲板覆盖率时得到的结果随意性较大，不够精确，方法费时费力，还受操作人员的熟练程度和耐心度影响，精确度也不高，影响了海洋考察的科学性和工作效率，本发明采用了图像识别技术，测算终端可以通过计算机软件直接识别图像信息中的样品，并根据测量刻度测算出样品甲板覆盖率，样品之间的空隙不会影响到测算结果，测算效率高且人工消耗少。

进一步的，所述测量平台包括多个样品载具，每个样品载具限定出测量刻度的样品放置区，所述多个样品载具层叠设置用于逐层筛分样品。通常，在测算样品甲板覆盖率后，还需要将样品按粒径大小再划分为不同类型测算其他数据，将样品分为多份的操作一般为人工操作，这是极为消耗人力的事情，本发明中测量平台有着多层可以筛分样品的样品载具，能将样品直接按设定的划分标准筛分到每层样品载具内，在测算之前就将样品筛分成大小不同的类型，在提高覆盖率测算效率的同时，大幅减少样品分类的人工操作。

进一步的，底层样品载具以外的其余样品载具上设有用于筛分样品的筛板，所述筛板筛分目数由上而下递增。将样品放置在第一层的样品载具上可以进行筛分，由于筛板筛分目数由上而下递增，因此每层样品放置区内的样品粒径范围不同，可以尽量避免样品与样品的重叠，使得测算结果更精确。

进一步的，所述样品载具内滑动安装有可拆卸的隔板，底层样品载具以外的其余样品载具上的所述隔板位于所述筛板下方。底层的样品载具上只有隔板，其余的样品载具同时安装隔板和筛板，筛板位于隔板的上方，在筛分样品时，隔板被取出，样品能够顺利的落下，剩余的样品掉落在底层的样品载具上后会被隔板挡住，在完成筛分后，安装隔板，可以在拍摄时遮挡下方样品放置区，防止下方的样品放置区内的样品干扰本层的测算结果。

进一步的，所述筛板与所述样品载具可拆卸连接。筛板能从样品载具上拆下，筛板上的筛网可能会影响到测算终端对样品的识别，隔板安装后，移出筛板，筛板上的样品会掉落到隔板上这样一来在测算终端识别样品时，不会被筛板上的网格线干扰，确保了样品可以被准确地识别。

进一步的，所述多个样品载具自由叠加；或者，所述测量平台还包括载具支架，所述多个样品载具同轴安装在所述载具支架上，所述样品载具相对所述载具支架旋转平移；或者，所述测量平台还包括载具支架，所述多个样品载具以抽取方式滑动安装在所述载具支架上，所述样品载具相对所述载具支架滑动平移。样品载具自由叠加，自由叠加是指，样品载具之间直接依靠本身的重量叠加在一起，相邻的样品载具之间没有机械结构连接，则在切换到下一层的样品载具时，将上一层的样品载具直接搬走就行，成本较低；

样品载具之间转动配合，是指，相邻的样品载具之间可以相对转动，样品载具与载具支架转动配合，样品载具能与载具支架相对转动，转动样品载具半圈就可以开始采集下一层的样品载具的图像信息，较为省力；

样品载具与载具支架滑动配合，可以将样品载具直接从载具支架上滑动取下，取下过程较为省力，成本较低。

进一步的，所述样品放置区为矩形，所述样品放置区相邻的两侧边分别设有测量刻度。矩形的样品放置区使得测算终端能够更好的算出甲板覆盖率，矩形的样品放置区两边为互相垂直的边，两边的测量刻度互相垂直，互相垂直的刻度能够作为一个最标准的尺度对照，测算终端能够根据这样的测量刻度轻松而准确地测算出样品甲板覆盖率。

进一步的，所述测算系统还包括使所述样品放置区产生振动的振动源。振动源能够产生振动，若是有多层样品载具，可以达到振动样品促进筛分的目的；若是只有一层样品载具，也可以振动样品，使样品之间分开，减少样品之间的重叠，能够进一步减少人工操作。

本发明还提出多金属结核甲板覆盖率测算系统的测算方法，所述测算系统包括测量平台、图像采集单元和测算终端，所述测量平台上设有带测量刻度的样品放置区，所述测算方法包括如下步骤：

s10：将样品平铺在样品放置区内；

s20：图像采集单元采集样品放置区内的样品分布图，并将拍摄的图片上传至测算终端；

s30:测算终端根据图像采集单元拍摄的图像信息计算样品的甲板覆盖率。

进一步的，所述测量平台包括多个用于限定出所述样品放置区的样品载具，重复步骤s10和步骤s20，图像采集单元采集每层样品放置区内的样品分布图，并上传至测算终端，在s30步骤中，测算终端根据图像采集单元拍摄的图像信息分别测算每一层的样品放置区内的样品甲板覆盖率。

本发明的这些特点和优点将会在下面的具体实施方式、附图中详细的揭露。

【附图说明】

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

图1为本发明实施例一中测算系统的结构示意图；

图2为本发明实施例一中样品载具的结构示意图一；

图3为本发明实施例一中样品载具的结构示意图二；

图4为本发明实施例一中测量平台的结构示意图；

图5为本发明实施例一中样品放置区的俯视示意图；

图6为本发明实施例一中带有载具支架的测量平台的侧部示意图；

图7为本发明实施例一中没有载具支架的测量平台的俯视示意图；

图8为本发明实施例二中测量平台的结构示意图；

图9为本发明实施例三中测量平台的结构示意图；

图10为本发明实施例四中测算方法的流程图。

附图标记：

测算终端100；

图像采集单元200；

测量平台300、测量刻度310、第一刻度311、第二刻度312；

样品放置区320；

载具支架330、定位销331、支撑板332、转轴333；

样品载具340、第一层样品载具340a、第二层样品载具340b、底层样品载具340c、筛板341、隔板342；

滑槽343、第一滑槽343a、第二滑槽343b、滑槽出口345、第一滑槽出口345a、第二滑槽出口345b；

振动源350。

【具体实施方式】

下面结合本发明实施例的附图对本发明实施例的技术方案进行解释和说明，但下述实施例仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其他实施例，都属于本发明的保护范围。

实施例一：

参照图1，多金属结核甲板覆盖率测算系统，包括测量平台300、图像采集单元200和测算终端100，测量平台300设有带测量刻度310的样品放置区320，图像采集单元200位于样品放置区320上方用于拍摄样品放置区320的样品分布图，测算终端100根据图像采集单元200拍摄的图像信息计算样品的甲板覆盖率。现有技术中测算多金属结核甲板覆盖率均为人工估算，为了增加估算结果的准确性，会将样品放置在有刻度的平台上，样品之间需要排列紧密，消除样品之间的空隙，然而样品的形状都是不规则的，样品之间的空隙是无法避免的，因此在计算甲板覆盖率时得到的结果随意性较大，不够精确，方法费时费力，还受操作人员的熟练程度和耐心度影响，精确度也不高，影响了海洋考察的科学性和工作效率；

本发明采用了图像识别技术，测算终端100可以通过计算机软件直接识别图像信息中的样品，并根据测量刻度310测算出样品甲板覆盖率，处理后获得的覆盖率数据，是净覆盖率，可以完全剔除结核样品个体间铺放空隙的影响，样品之间的空隙不会影响到测算结果，测算效率高且人工消耗少；

图像采集单元200可以是固定的，也可以手持的，将采集的图像信息通过无线方式或有线方式、也可以是储存介质传输上传至测算终端100，测算终端100同时可以分析统计结核样品其他的特性参数，如个数，个体大小的比例分布等。

在通常的测算中，测算样品甲板覆盖率后，还需要将样品按粒径大小再划分为不同类型测算其他数据，将样品分为多份的操作一般为人工操作，极为消耗人力，为了解决样品拆分的问题，测量平台300包括多个样品载具340，每个样品载具340限定出测量刻度310的样品放置区320，多个样品载具340层叠设置用于逐层筛分样品。本发明中测量平台300能将样品直接按设定的划分标准筛分到每层样品载具340内，在测算之前就将样品筛分成大小不同的类型，在提高覆盖率测算效率的同时，大幅减少样品分类的人工操作。

将样品按照粒径范围分为多份，可通过以下方案实现：

底层样品载具以外的其余样品载具340上设有用于筛分样品的筛板341，筛板341筛分目数由上而下递增。示例性的，参照图2，将样品筛分为三份，样品载具340从上而下分为第一层样品载具340a、第二层样品载具340b和底层样品载具340c，第一层样品载具340a上的筛板341的筛孔孔径为6cm，第二层样品载具340b上的筛板341的筛孔孔径为3cm，筛分后第一层的样品直径在6cm以上，第二层的样品直径在3～6cm，底层样品直径在3cm以下。第一层样品载具340a与第二层样品载具340b上的筛板341之间的间隔设置在8～10cm，第二层样品载具340b与底层样品载具340c上的筛板341之间的间隔设置在5～7cm，经过筛板341筛分后的样品，向下掉落时由于本身质量不大，下落距离短，对样品自身不会产生多大的冲击力，样品不会破碎；3cm以下大小的样品不需要继续筛分，因此底层样品载具340c上没有筛板341，其余的样品载具340上设有筛板341，将样品放置在第一层的样品载具340上可以进行筛分，由于筛板341筛分目数由上而下递增，因此每层样品放置区320内的样品直径范围不同，可以尽量避免样品与样品的重叠，使得测算结果更精确。

由于筛板341有着筛分网孔，因此可以透过本层的筛板341看到下一层的样品放置区320，在采集图像时，透过本层的筛板341会采集到下一层样品放置区320的图像，为了防止下层样品放置区320对本层的影响，参照图3，有益的，样品载具340内滑动安装有可拆卸的隔板342，底层样品载具340以外的其余样品载具340上的隔板342位于筛板341下方。底层的样品载具340只安装有隔板342，其余的样品载具340上同时安装隔板342和筛板341，样品载具340上设有滑槽343，隔板342滑动安装在滑槽343之间，在筛分样品时，隔板342被取出，样品能够顺利的落下，剩余的样品掉落在最底层的样品载具340上后会被隔板342挡住，在完成筛分后，安装隔板342，可以在拍摄时遮挡下方的样品放置区320，防止下方的样品放置区320内的样品干扰本层的测算结果；

需要说明的是：在样品载具340上的滑槽343为沿着样品载具340高度方向分布的水平的槽，样品载具340的端面上设有与滑槽343连通的滑槽开口345，安装在滑槽343之间的隔板342能通过滑槽开口345从样品载具340上取出。

在实际操作中，筛板341上的筛分网孔的网格线可能会干扰到测算终端100对样品的识别，最终会影响到测算的结果，有益的，筛板341与样品载具340可拆卸连接。每一个样品载具340上在竖直方向上设有两层滑槽343，滑槽343内可以安装筛板341，因此筛板341能够像隔板342一样从样品载具340上滑动取下，筛分完成后安装隔板342，移出筛板341，筛板341上的样品会掉落到隔板342上，这样一来在测算终端100识别样品时，不会被筛板341上的网格线干扰，确保了样品可以被准确地识别。

需要说明的是：两道滑槽343沿着样品载具340高度方向间隔分布，且滑槽343之间平行，两道滑槽343自上而下分为第一滑槽343a和第二滑槽343b，样品载具340上设有两道分别与第一滑槽343a和第二滑槽343b连通的第一滑槽开口345a和第一滑槽开口345b，在第一层样品载具340a和第二层样品载具340b上，筛板341安装在第一滑槽343a之间，隔板342安装在第二滑槽343b之间，在底层样品载具340c上，第一滑槽343a之间安装隔板342。

安装在滑槽343之间的筛板341和隔板342能通过滑槽开口345从样品载具340上取出，筛板341移动时，筛板341上的样品会被样品载具340阻挡而无法离开样品放置区320，滑槽开口345的高度在5mm以下，除了底层的样品放置区320，其余样品放置区320内的样品粒径均大于5mm，无法从滑槽343的开口处移出，也无法进入到滑槽343两侧的槽内。

考虑到样品自身的重量，放置在筛板341上时可能会压迫筛板341使得筛板341变形，使得筛板341不易取出，筛板341可选的有普通胶板、金属筛网等，作为优选的，筛板341为聚氨酯弹性体筛板341，耐磨性能好、使用寿命长，是金属筛网的十倍多，是普通胶板的3-5倍，是不锈钢的2-3倍，样品掉落在这种材料的筛板341上时，筛板341不会变形，且样品受到的冲击力小，能够很好地支撑样品，筛板341能够被轻松地移除，筛孔设计合理，筛板341制造工艺独特，极限尺寸的颗粒不会阻塞筛孔，吸振性能好，消声能力强，可减少噪音，并可使筛上物在振动的过程中不易破碎。

由于样品载具340有多层，因此在筛分时样品载具340需要叠层设置，在采集图像信息时，一层的样品载具340采集完图像后，需要采集下一层，则需要切换下一层的样品载具340，参照图4，多个样品载具340自由叠加，样品载具340底部设有至少四个左右对称的定位销331，样品载具340之间通过定位销331叠加。自由叠加是指，样品载具340之间直接依靠本身的重量叠加在一起，相邻的样品载具340之间没有机械结构连接，在定位销331的作用下，每层的样品载具340中心位于同一竖直支线上，在筛分时能够保证样品掉落在样品放置区320内，至少四个定位销331使得样品载具340之间保持稳定，样品载具340与地面之间也保持稳定，当采集图像信息时，将样品载具340向上搬出就可以开始采集下一层的图像信息，成本较低，定位较为精确，装置稳定，筛分的层数控制方便，但搬走样品载具340需要消耗人工。

参照图5，样品放置区320为矩形，样品放置区320相邻的两侧边分别设有测量刻度310。样品放置区320位于样品载具340上，样品载具340的形状为矩形，样品载具340中央凹陷一个矩形的区域，这个矩形的区域就是样品放置区320，矩形的样品放置区320使得测算终端100能够更好的算出甲板覆盖率，在每一层样品放置区320的相邻的两侧边上，分别设有第一刻度311和第二刻度312，第一刻度311和第二刻度312为直接刻在样品载具340上表面的刻度或者是位于样品载具340上表面的刻度尺，两边的测量刻度310互相垂直，能够作为一个最标准的尺度对照，测算终端100能够根据这样的测量刻度310轻松而准确地测算出样品甲板覆盖率；样品载具340的大小具有多种不同的规格，因此样品放置区320的测量刻度310也是有着多种的规格。

筛分样品时，通过对样品的振动可以促进样品的筛分，参照图6和7,测算系统还包括使样品放置区320产生振动的振动源350。通过振动源350振动样品促进筛分的过程，可参考振动筛的原理，本发明中的样品所需的振动不大，过大的振动可能会使得样品振动幅度过大，样品之间的剧烈碰撞会将样品弹出样品放置区320，样品之间也可能因为过度的碰撞而碎裂，振动源350可以选择带有偏心轮的电机，振动的力度可以调节(即调整电机的转速)，振动频率高幅度小，能够满足使用需求，达到振动样品促进筛分的目的，完成筛分后，取出筛板341，筛板341上的样品掉落在隔板342上，筛板341移出时会带着样品同时移动，然而在样品掉落至隔板342上之前，随着筛板341的移动，筛板341上的样品会往筛板341移动方向堆积，掉落后这些样品会集中在隔板342的一侧边缘，会有较多重叠的样品，振动源350的振动可以使得这些重叠的样品彼此远离，减少重叠；若是只有一层样品载具340，也可以振动样品，使样品之间分开，减少样品之间的重叠，能够进一步减少人工操作。

样品载具340自由叠加，振动源350可设置在底层的样品载具340上，筛分时，振动源350震动底层的样品载具340，底层的样品载具340可以将振动向上传递到其余的样品载具340上。

实施例二：

本实施例提出了另一种样品载具340的层叠方式，具体的来说：参照图8，测量平台300还包括载具支架330，多个样品载具340同轴安装在载具支架330上，样品载具340相对载具支架330旋转平移，载具支架330包括两列支撑板332，载具支架330与一列的支撑板332之间设有转轴333，样品载具340位于支撑板332上且与转轴333转动配合。本实施例中的载具支架330为一块l型板体，l型板体上的竖直部分上设有多层支撑板332，支撑板332分为两列，其中一列支撑板332之间通过转轴333连接在一起，这一列的支撑板332更宽，转轴333的位置不在支撑板332的中央位置，保证样品载具340转动后与支撑板332之间有足够的接触面积，维持整体的稳定，转轴333底部与l型板体连接，l型板体侧部还有一块与另一列的支撑板332连接的板体，稳定另一列的支撑板332；

支撑板332有两列，其中一列支撑板332之间通过转轴333连接，使得这一列的支撑板332不易弯曲，另一列的支撑板332的侧部与载具支架330连接，采集图像信息以及筛分样品时，样品载具340位于两侧的支撑板332上，能够保持样品载具340的稳定，转动样品载具340使其绕转轴333转动半圈后，图像采集单元200就可以采集下一层的图像信息，测量效率较高，且耗力少，但是成本更高一些，筛分层数控制不方便；

振动源350设置在载具支架330上，振动源350能振动载具支架330，载具支架330能将振动传递到载具支架330上的样品载具340上。

本实施例未描述的其他内容可参考实施例一。

实施例三：

本实施例提出了不同的样品载具340的层叠方式，具体的来说：参照图9，测量平台300还包括载具支架330，多个样品载具340以抽取方式滑动安装在载具支架330上，样品载具340相对载具支架330滑动平移。样品载具340与载具支架330滑动配合，使得每层的样品载具340中心位于同一竖直支线上，在筛分时能够保证样品掉落在样品放置区320内，样品载具340与载具支架330之间保持稳定，当采集图像信息时，将样品载具340从载具支架330抽取后搬走，就可以开始采集下一层的图像信息，成本较低，定位较为精确，装置非常稳定，筛分的层数控制方便，搬走样品载具340所消耗人工少于实施例二中的方案；

载具支架330为一个内部中空的矩形框架，顶端和前侧设有敞开的开口，样品载具340能够在矩形框架前侧的开口处滑动；

振动源350设置在载具支架330上，振动源350能振动载具支架330，载具支架330能将振动传递到载具支架330上的样品载具340上。

本实施例未描述的其他内容可参考上述实施例。

实施例四：

参照图10，本实施例提出多金属结核甲板覆盖率测算系统的测算方法，测算系统包括测量平台、图像采集单元和测算终端，测量平台上设有带测量刻度的样品放置区，测算方法包括如下步骤：

s10：将样品平铺在样品放置区320内，启动振动源350振动样品，使样品之间彼此远离，避免重叠；

s20：图像采集单元200采集样品放置区320内的样品分布图，并将拍摄的图片上传至测算终端100；

s30:测算终端100根据图像采集单元200拍摄的图像信息计算样品的甲板覆盖率。

测量平台300包括多个用于限定出所述样品放置区320的样品载具340，重复步骤s10和步骤s20，根据图像采集单元200采集每层样品放置区320内的样品分布图，并上传至测算终端100，在s30步骤中，测算终端100根据图像采集单元200拍摄的图像信息分别计算出每一层的样品放置区320内每个结核个体的实际覆盖面积以及个体大小，处理后获得的覆盖率数据，是净覆盖率，同时可以分析统计结核样品其他的特性参数，如：个数，个体大小的比例分布。样品载具340有多个，则需要在s10步骤后增加通过筛板341筛分样品的操作，首先将样品放入第一层样品放置区320内，启动振动源350，开始振动样品，使得样品快速进行筛分，经过多层的筛分后，剩余的样品掉落至最下层的样品放置区320内，完成筛分后，取出筛板341，筛板341上的样品掉落在隔板342上，由于筛板341移出时会带着样品同时移动，样品会被样品载具340挡住无法移出样品放置区320，然而在样品掉落至隔板342上之前，随着筛板341的移动，筛板341上的样品会往筛板341移动方向堆积，掉落后这些样品会集中在隔板342的一侧边缘，会有较多重叠的样品，还需要启动振动源350振动样品，使这些样品彼此远离，减少重叠；

在s20步骤中，图像采集单元200拍摄完一层的样品放置区320后，需要增加切换样品放置区320的步骤，图像采集单元200拍摄完本层的图片后需要拍摄下层的图片，需要移除本层的样品载具340，若样品载具340与载具支架330为滑动配合，则直接拉出样品载具340即可，若样品载具340与载具支架330为转动配合，则需要转动样品载具340半圈，若样品载具340之间互相叠加，则直接搬走这一层的样品载具340；

完成测算后，先将隔板342上的样品取出以备后续实验，再取下隔板342，对样品载具340、隔板342和筛板341进行简单的冲洗即可完成相关清理工作。

本实施例未描述的其他内容可参考上述实施例。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于附图和上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。