[发明专利]一种基于CT扫描技术量化土壤大孔隙空间网络结构的方法

摘要

本发明公开了一种基于CT扫描技术量化土壤大孔隙空间网络结构的方法，包括如下步骤：样品采集、CT扫描、选取阈值、数据增强、图像切割与二值化、三维可视化、三维量化分析。本发明的有益效果：利用专业原状土壤采样仪器采样，减少原状土采集过程中的扰动；CT扫描仪器与专业三维分析软件相结合，采用最合适的阈值分割方法，实现对土壤大孔隙空间结构的三维量化分析。

主权项

1.一种基于CT扫描技术量化土壤大孔隙空间网络结构的方法，包括如下步骤：S1、样品采集：将PVC管一缓缓压入土壤，整个PVC管一取出后用PVC盖进行密封和封堵，得到未扰动的土芯；S2、CT扫描：将样品平放于CT扫描设备进行扫描；S3、选取阈值，其特征在于：进一步包括：S3.1、从样地另外采集部分土样，经过2mm筛，回填到PVC管一中，制作成回填土柱，在回填土柱中埋一个两端封闭的PVC管二，在PVC管二管壁上做一个凹槽，将测得的凹槽距离作 为实际距离；S3.2、将回填土柱平放于CT扫描设备进行扫描；S3.3、将扫描完后的图片导入Avizo软件，经过图像增强处理，通过调整Avizo提供的灰度histogram图确定一个孔隙阈值，不断调整此阈值的大小，并根据当前阈值下所测得的凹槽距离与实际距离对比，直到测量的凹槽距离与实际距离的误差小于1％，得到阈值；S4、数据增强：将CT扫描所得的图像导入到Avizo软件中进行重建，并对图像通过FFT filter和Gaussian filter两种滤镜消除图像噪音，增强图像质量；S5、图像切割与二值化：通过Avizo切割工具，选取区域，剔除部分扰动产生的裂隙；将阈值过程获得的阈值应用于整个土壤样品，获得土壤大孔隙的二值图；S6、三维可视化：通过Avizo软件的体积渲染模块volume rendering和表面渲染模块isosurface rendering，实现土壤大孔隙的三维可视化；S7、三维量化分析：S7.1、通过Avizo软件的体积份数volume fraction得到土壤大孔隙度；和/或S7.2、通过auto skeleton模块可以得到将每个独立的土壤大孔隙看做一个对象，分析每个对象的位置、角度、配位数、体积、表面积、节点数、节点分布、水力半径、长度、线段数、端点节点数、分支节点数和独立节点，以及分析整个样品中土壤大孔隙的总体积，总长度，总节点数，总端点节点数，总分支节点数，总独立节点，大孔隙数量，平均长度，平均水力半径，总长度；和/或S7.3、利用孔隙网络模型Pores Network Model计算土壤大孔隙的孔喉特征。