[发明专利]一种赤泥土壤化过程中团聚结构量化的分析方法及系统

说明书

本发明公开了一种赤泥土壤化过程中团聚结构量化的分析方法及系统。其包括：(1)样本预处理：将赤泥土壤化样品风干作为成像样品；(2)将成像样品填装在成像容器中，并绕成像容器中轴旋转并进行扫描，获取扫描图像序列；(3)将扫描图像序列，取灰度图像进行图像拼接，获得三维图像块；进行二值化处理，得到二值化的特征图像块；(4)对于步骤(3)中获取的二值化的特征图像块，构建孔隙‑孔喉网络模型，并统计赤泥团聚体孔隙结构的特征参数。本发明提供的赤泥土壤化过程中团聚结构量化的分析方法及系统，可以在不破坏赤泥团聚体物理结构的前提条件下，通过形态学特征，对团聚体进行量化分析。

技术领域

本发明属于赤泥土壤化处置研究领域，更具体地，涉及一种赤泥土壤化过程中团聚结构量化的分析方法及系统。

背景技术

赤泥是氧化铝工业生产过程中排放的固体废弃物，碱性强，盐分含量高。尽管国内外学者对赤泥资源化利用开展大量研究工作，受限于其特有的理化性质，赤泥资源化利用率不足5％。赤泥处置以堆存为主，对堆场周边环境存在潜在的生态环境风险。赤泥土壤化处置技术，将赤泥装变为一种类土基质，进而支持植被生长，是目前具有前景、且行之有效的规模化处置技术。石膏能够降低赤泥碱性及钙源补充，有机质能够提高赤泥有机碳含量，改善赤泥团聚结构，二者被认为是能够加快赤泥土壤化进程的有效基质改良剂。

良好团聚结构形成是评估赤泥土壤化进程的指示性特征，但仅采用常规筛分技术手段来分析团聚体粒径分布的变化特征，难以对赤泥土壤化过程中团聚体的微观结构进行系统剖析。传统的化学提取、质谱分析等方法不可避免地会对赤泥团聚体的组成和结构造成扰动和破坏。扫描电镜分辨率可以达到微米级，但无法进行三维结构分析；医用CT扫描技术能够对赤泥微观三维结构进行分析，但分辨率仅为毫米级。

因此目前没有对赤泥物理结构进行量化分析的方法。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种赤泥土壤化过程中团聚结构量化的分析方法及系统，其目的在于通过高分辨率的赤泥三维立体扫描成像，对赤泥的团聚结构进行形态学的量化分析，从而得到赤泥的团聚结构物理特性，准确分析赤泥土壤化过程，由此解决现有的赤泥团聚提分析方法，破坏去组成和结构，导致无法对土壤化过程的赤泥团聚体进行量化分析的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种赤泥土壤化过程中团聚结构量化的分析方法，包括以下步骤：

(1)样本预处理：将赤泥土壤化样品风干，取粒径在0.25mm至2mm的风干赤泥土壤化样品作为成像样品；

(2)扫描成像：将步骤(1)中获取的成像样品填装在成像容器中，所述成像容器直径在3-10mm，并绕成像容器中轴旋转并进行扫描，获取扫描图像序列；所述扫描图像序列分辨率在0.325-13微米之间，旋转角度范围为0°-180°，步长为0.1°-0.3°；

(3)构建三维结构：将步骤(2)中获取的扫描图像序列，采用背投影算法重建获取对应的灰度图像，灰度值范围为0-255，作为三维重构的基础图像数据进行图像拼接，获得三维图像块；选择其中像素尺寸小于扫描图像序列数量的图像块进行二值化处理，得到二值化的特征图像块；

(4)量化特征提取：对于步骤(3)中获取的二值化的特征图像块，通过骨架抽取法提取赤泥团聚体三维孔隙结构骨架，构建孔隙-孔喉网络模型，并统计赤泥团聚体孔隙结构的特征参数，进行赤泥土壤化过程中团聚体结构的量化分析。

优选地，所述赤泥土壤化过程中团聚结构量化的分析方法，其步骤(2)所述扫描成像序列，可采用同步辐射装置获取。

优选地，所述赤泥土壤化过程中团聚结构量化的分析方法，其步骤(3)所述扫描序列图像，采用亮度归一化和去除伪影处理。