本技術(shù)涉及地質(zhì)勘測，更具體地說，涉及一種礦產(chǎn)地質(zhì)勘查基巖與巖屑樣品取樣裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、在地質(zhì)勘查的工作中，需要對一定地區(qū)內(nèi)的巖石、地層構(gòu)造、礦產(chǎn)、地下水、地貌等地質(zhì)情況進行的調(diào)查研究工作；基巖是陸殼表層風化層下面的完整的新礦物巖石，巖屑是母巖巖石的碎塊，在地質(zhì)勘察過程中需要對基巖和巖屑進行取樣進行檢測。

2、現(xiàn)有技術(shù)公開號為cn217059408u的文獻提供一種礦產(chǎn)地質(zhì)勘查基巖與巖屑樣品取樣裝置，包括底座，所述底座的底端均勻安裝有滾輪，所述底座的頂端安裝有固定架，且固定架內(nèi)部的頂端安裝有第二電動推桿，所述第二電動推桿的底端安裝有活動板。該實用新型通過當取料結(jié)束后通過第二螺紋頭在第三螺紋槽內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)能夠?qū)惭b座從活動板的底部取下，同時通過第一螺紋頭和第二螺紋槽的作用使得存料筒與安裝座之間為可拆卸的組合連接關(guān)系，從而能夠快速將存料筒從安裝座底部取下，同時配合多組呈向上傾斜的擋板作用能夠使運輸至存料筒的樣品不易發(fā)生掉落，以提高取樣完整性，且操作簡單使用便捷，能夠有效的提高取樣效率和質(zhì)量。

3、上述中的現(xiàn)有技術(shù)方案雖然通過現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)有關(guān)的有益效果，但是仍存在以下缺陷：1、在鉆孔取樣的過程中，無法準確及時的區(qū)別基巖和風化層，會導(dǎo)致取樣不準確。2、在需要對多點進行采樣時，在取樣后，試樣不容易取出，費時費力，耽誤工作進度，工作效率低。

4、鑒于此，我們提出一種礦產(chǎn)地質(zhì)勘查基巖與巖屑樣品取樣裝置及方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、1.要解決的技術(shù)問題

2、本技術(shù)的目的在于提供一種礦產(chǎn)地質(zhì)勘查基巖與巖屑樣品取樣裝置及方法，解決了上述背景技術(shù)中提出的技術(shù)問題，實現(xiàn)了通過將特征提取后的圖像與參考樣本進行對比分析，結(jié)合壓力感應(yīng)器監(jiān)測到鉆頭上受到的壓力；及時識別出巖層種類；判斷是否鉆透風化層，準確的將風化層和基巖進行識別區(qū)分；可以快速的完成對基巖鉆環(huán)形孔取樣的操作；通過提升機構(gòu)和絞龍組件的配合快速的將鉆筒內(nèi)的試樣取出，提高工作效率的技術(shù)效果。

3、2.技術(shù)方案

4、本技術(shù)技術(shù)方案提供了一種礦產(chǎn)地質(zhì)勘查基巖與巖屑樣品取樣裝置，包括：

5、采樣點確定模塊：根據(jù)礦產(chǎn)地形圖，選定多個礦產(chǎn)地質(zhì)勘查采樣點；確認采樣點的位置和坐標；

6、路線規(guī)劃模塊：根據(jù)采樣點的位置和坐標，制定采樣車的行進的最優(yōu)路線；

7、數(shù)據(jù)收集模塊：大量收集不同巖層(包括基巖和風化層)的圖像，并進行標注，作為參考樣本；

8、取樣機構(gòu)：對巖石進行鉆環(huán)形孔，進行取樣操作；

9、圖像采集模塊：包括高清攝像頭和led燈；在鉆環(huán)形孔取樣過程中，對孔壁采集高清圖像；

10、圖像預(yù)處理模塊：對采集到的圖像進行預(yù)處理，包括過濾去噪、灰度化和增強處理；以提高圖像質(zhì)量；采用高斯濾波對圖像進行過濾去噪處理；

11、特征提取模塊：對預(yù)處理后的圖像進行特征提取，提取與基巖和風化層有關(guān)的特征；從預(yù)處理后的圖像中提取與風化層和基巖相關(guān)的特征，如紋理、顏色、形狀等。

12、巖層分析模塊：將特征提取后的圖像與參考樣本進行對比分析，結(jié)合壓力感應(yīng)器監(jiān)測到鉆頭上受到的壓力；識別出巖層種類(基巖和風化層)；判斷是否鉆透風化層，開始鉆入基巖；

13、plc控制模塊：與取樣機構(gòu)、巖層分析模塊、壓力感應(yīng)器和遠程控制中心網(wǎng)絡(luò)連接；控制取樣機構(gòu)的取樣工作，控制鉆孔的深度。

14、通過上述技術(shù)方案，通過采樣點確定模塊根據(jù)礦產(chǎn)地形圖，選定多個礦產(chǎn)地質(zhì)勘查采樣點；確認采樣點的位置和坐標；路線規(guī)劃模塊根據(jù)采樣點的位置和坐標，制定采樣車的行進的最優(yōu)路線；數(shù)據(jù)收集模塊收集不同巖層的圖像，并進行標注，作為參考樣本；取樣機構(gòu)按照規(guī)劃好的路線對巖石進行鉆環(huán)形孔；圖像采集模塊在取樣機構(gòu)鉆環(huán)形孔取樣過程中，對孔壁采集高清圖像；圖像預(yù)處理模塊對采集到的圖像進行預(yù)處理，包括過濾去噪、灰度化和增強處理；以提高圖像質(zhì)量；特征提取模塊對預(yù)處理后的圖像進行特征提取，提取與基巖和風化層有關(guān)的特征；包括紋理、顏色、形狀等；巖層分析模塊將特征提取后的圖像與參考樣本進行對比分析，結(jié)合壓力感應(yīng)器監(jiān)測到鉆頭上受到的壓力；識別出巖層種類；判斷是否鉆透風化層，開始鉆入基巖。在進入基巖后，通過取樣機構(gòu)對巖石進行鉆環(huán)形孔，進行取樣操作。

15、作為本發(fā)明一種可選方案，巖層分析模塊對巖層分析，包括以下步驟：

16、1.將圖像通過灰度共生矩陣(glcm)算法量化為fimage；灰度共生矩陣是一種用于描述圖像紋理特征的統(tǒng)計工具，其基本原理是通過計算圖像中兩個像素之間的灰度級共生頻率來捕捉紋理信息。對于每個像素，統(tǒng)計在給定方向上相鄰像素灰度級之間出現(xiàn)的頻率，生成一個共生矩陣。這個矩陣反映了圖像中灰度級配對的空間分布情況，因此可以用來量化圖像的紋理特征。

17、在圖像處理中，將圖像特征量化為一個特征向量(如fimage)是常見的操作，因為它可以方便地進行后續(xù)的分析、比較和分類等操作。通過將glcm中的統(tǒng)計量(如對比度、能量、相關(guān)性等)提取出來并組合成一個特征向量，可以得到一個量化后的圖像特征表示，這個表示可以用于各種圖像處理任務(wù)，如目標檢測、圖像分類、圖像檢索等。

18、2.壓力數(shù)據(jù)分析，包括以下步驟：

19、壓力閾值設(shè)定：根據(jù)經(jīng)驗或?qū)嶒灁?shù)據(jù)，設(shè)定一個壓力閾值pthreshold，用于判斷鉆頭是否從風化層進入基巖。

20、實時壓力監(jiān)測：通過壓力感應(yīng)器實時監(jiān)測鉆頭受到的壓力preal。

21、當preal>pthreshold時，認為鉆頭已進入基巖。

22、3.綜合判別策略，包括以下步驟:

23、圖像與壓力數(shù)據(jù)融合：將圖像分析得到的特征fimage與壓力數(shù)據(jù)preal結(jié)合，形成綜合判別指標c。

24、判別準則：當圖像特征顯示風化層特征且壓力數(shù)據(jù)低于閾值時，判斷為風化層；當圖像特征顯示基巖特征或壓力數(shù)據(jù)高于閾值時，判斷為基巖。

25、綜合判別公式可以表示為：

26、c＝αfimage+β(preal-pthreshold)；fimage(值越大，越接近基巖)；

27、其中，c是綜合判別指標，α和β是權(quán)重系數(shù)，用于平衡圖像特征和壓力數(shù)據(jù)在判別中的重要性。α和β的具體值需要根據(jù)實際情況進行調(diào)整。

28、當c>cthreshold時，判斷為基巖；否則判斷為風化層。其中cthreshold是設(shè)定的綜合判別閾值。

29、作為本發(fā)明一種可選方案，采樣點確定模塊包括：

30、礦產(chǎn)地形圖分析：導(dǎo)入礦產(chǎn)地形圖，利用地理信息系統(tǒng)(gis)軟件對地形、地貌、地質(zhì)構(gòu)造、已知礦產(chǎn)分布等信息進行詳細分析。識別出可能含有礦產(chǎn)的潛在區(qū)域，如地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)鍵位置、異常區(qū)域或與已知礦床相似的位置。

31、采樣點選定：基于礦產(chǎn)地形圖的分析結(jié)果，選定多個可能含有礦產(chǎn)的地點作為采樣點?？紤]采樣點的分布密度、地質(zhì)條件、可訪問性等因素，確保采樣點能夠全面反映礦產(chǎn)資源的分布情況。

32、位置與坐標確認：利用gis軟件或其他相關(guān)工具，精確確定每個采樣點的位置和坐標。坐標系統(tǒng)可以采用地理坐標系統(tǒng)(如wgs84經(jīng)緯度)，也可以采用本地坐標系統(tǒng)(如礦區(qū)內(nèi)的相對坐標)。坐標數(shù)據(jù)將用于后續(xù)的路線規(guī)劃和導(dǎo)航。選擇一款功能強大的gis軟件，如arcgis、qgis等。導(dǎo)入礦產(chǎn)地形圖，并利用軟件的圖層疊加、空間分析等功能對地形圖進行分析。使用gis軟件的繪圖工具在地圖上標出選定的采樣點，并為其分配唯一的標識和屬性。

33、在初步分析的基礎(chǔ)上，進行現(xiàn)場調(diào)查以驗證和確認采樣點的位置。實地勘察采樣點周邊的地形、地貌和地質(zhì)條件，了解采樣點的實際情況。如果需要，可以利用地質(zhì)勘探和地球物理調(diào)查等方法獲取更詳細的地質(zhì)信息，進一步確認采樣點的合理性。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查的結(jié)果，對gis軟件中的采樣點位置和坐標進行修正和優(yōu)化。

34、作為本發(fā)明一種可選方案，路線規(guī)劃模塊：根據(jù)采樣點的位置和坐標，使用a*算法來制定采樣車的行進的最優(yōu)路線；

35、在使用a*算法來計算采樣車從起始點到所有采樣點并返回起始點的最優(yōu)路徑時，考慮到實際路況、地形和可能的障礙物，以下是實現(xiàn)方法步驟和涉及的公式：

36、實現(xiàn)方法步驟包括：

37、初始化：設(shè)置地圖，包括起始點、所有采樣點和障礙物。初始化open?list(待搜索節(jié)點列表)和closed?list(已搜索節(jié)點列表)。初始化路徑列表。

38、評估函數(shù)：定義評估函數(shù)(f(n)＝g(n)+h(n))，其中：(g(n))是從起始點到當前節(jié)點(n)的實際代價(例如，距離、時間或能量消耗)。(h(n))是從當前節(jié)點(n)到目標點的啟發(fā)式估計代價(通?；诋斍肮?jié)點與目標點之間的直線距離，但也可以包含其他信息，如地形、路況等)。

39、節(jié)點選擇：從open?list中選擇評估函數(shù)值(f(n))最小的節(jié)點。

40、節(jié)點擴展：將選定的節(jié)點從open?list移至closed?list。生成當前節(jié)點的所有相鄰節(jié)點。對于每個相鄰節(jié)點，如果它不在closed?list中，并且滿足地形和路況要求(即不是障礙物)，則計算其(g(n))和(h(n))，并將它加入open?list(如果它尚未在open?list中)，或者如果新的路徑比現(xiàn)有路徑更優(yōu)，則更新其(g(n))和(f(n))。在評估函數(shù)(h(n))中，可以引入地形和路況的權(quán)重，以反映不同區(qū)域?qū)π羞M速度或代價的影響。

41、路徑構(gòu)建：當所有采樣點都被訪問并返回到起始點時，通過回溯過程構(gòu)建最優(yōu)路徑。

42、輸出行進路線：將計算得到的最佳行進路線以地圖、導(dǎo)航指令或其他形式輸出給用戶。

43、作為本發(fā)明一種可選方案，取樣機構(gòu)包括：采樣車、升降驅(qū)動機構(gòu)、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)、鉆筒組件、提升機構(gòu)和絞龍組件；

44、采樣車上固定設(shè)置有u型支架；采樣車上設(shè)置有圓孔，鉆筒組件可滑動的設(shè)置在圓孔內(nèi)；

45、u型支架上固定設(shè)置有升降驅(qū)動機構(gòu)；

46、u型支架上可滑動的設(shè)置有旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)；旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)和升降驅(qū)動機構(gòu)傳動連接；

47、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)的下方可拆卸的固定設(shè)置有鉆筒組件；

48、鉆筒組件上固定設(shè)置有提升機構(gòu)；

49、鉆筒組件上可滑動的設(shè)置有絞龍組件，絞龍組件與提升機構(gòu)傳動連接。采樣車上可拆卸的設(shè)置有定位銷，可通過定位銷將采樣車上固定到地面上。

50、通過上述技術(shù)方案，將采樣車移動到需要采樣的位置，對采樣車進行固定；通過升降驅(qū)動機構(gòu)帶動鉆筒組件上下移動；通過旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)帶動鉆筒組件轉(zhuǎn)動，進行鉆孔取樣?？赏ㄟ^提升機構(gòu)帶動絞龍組件上下移動。

51、作為本發(fā)明一種可選方案，升降驅(qū)動機構(gòu)包括電機a、螺桿和轉(zhuǎn)桿；

52、u型支架上方固定設(shè)置有電機a；

53、u型支架上可轉(zhuǎn)動的設(shè)置有螺桿和轉(zhuǎn)桿；

54、電機a的輸出端與螺桿同軸固定連接；螺桿與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)螺紋配合連接；

55、轉(zhuǎn)桿與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)滑動配合。

56、通過上述技術(shù)方案，啟動電機a帶動螺桿轉(zhuǎn)動，螺桿帶動旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)上下移動。

57、作為本發(fā)明一種可選方案，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)包括升降板、電機b和定位盤；

58、升降板可上下滑動的設(shè)置在u型支架上；

59、升降板的下方固定設(shè)置有電機b，電機b的輸出端同軸固定設(shè)置有定位盤；鉆筒組件可拆卸的固定設(shè)置在定位盤上。

60、升降板上設(shè)置有螺紋孔a和光孔a；升降板上固定設(shè)置有激光位移計；

61、螺紋孔a與螺桿螺紋配合連接；光孔a與轉(zhuǎn)桿滑動配合。

62、通過上述技術(shù)方案，電機a帶動螺桿轉(zhuǎn)動，螺桿帶動升降板上下移動。

63、作為本發(fā)明一種可選方案，鉆筒組件包括鉆筒、導(dǎo)筒、固定環(huán)、從動齒輪、滑桿和絲桿；

64、鉆筒上固定設(shè)置有導(dǎo)筒；導(dǎo)筒的上端固定設(shè)置有固定環(huán)；固定環(huán)與定位盤可拆卸的固定連接設(shè)置。鉆筒的下端均布設(shè)置有若干齒槽；

65、導(dǎo)筒上可轉(zhuǎn)動的設(shè)置有滑桿和絲桿；絲桿的上端固定設(shè)置有從動齒輪；

66、導(dǎo)筒上開設(shè)有通槽，滑桿和絲桿可轉(zhuǎn)動的設(shè)置在通槽內(nèi)；

67、鉆筒上端固定設(shè)置有排放筒；鉆筒上端開設(shè)有矩形槽，矩形槽與排放筒連通。

68、通過上述技術(shù)方案，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)帶動導(dǎo)筒、固定環(huán)和鉆筒轉(zhuǎn)動進行鉆環(huán)形孔的操作。

69、作為本發(fā)明一種可選方案，絞龍組件包括絞龍、滑動板和電機d；

70、絞龍的上端可拆卸的固定設(shè)置有滑動板；滑動板可上下滑動的設(shè)置在導(dǎo)筒上的通槽內(nèi)；

71、滑動板的上方固定設(shè)置有電機d；電機d的輸出端與絞龍的軸桿同軸固定連接；

72、滑動板上開設(shè)有螺紋孔b和光孔b；螺紋孔b與絲桿螺紋配合連接；

73、光孔b與滑桿滑動配合連接。

74、通過上述技術(shù)方案，啟動電機d帶動絞龍轉(zhuǎn)動，通過絞龍將風化層的碎屑排出。

75、作為本發(fā)明一種可選方案，碎屑收集機構(gòu)包括抽吸泵、廢屑箱和碎屑箱；

76、采樣車上固定設(shè)置有抽吸泵、廢屑箱和碎屑箱；

77、抽吸泵的輸出端通過三通與廢屑箱和碎屑箱連通；三通上設(shè)置有電磁閥。

78、鉆筒上開設(shè)有排屑槽，排屑槽內(nèi)固定設(shè)置有抽吸管；抽吸管通過軟管與抽吸泵的輸入端連通。

79、排屑槽的下端固定設(shè)置有高清攝像頭和led，通過高清攝像頭對鉆出的孔壁采集高清圖像。

80、通過上述技術(shù)方案，啟動抽吸泵將基巖采樣過程中的風化層產(chǎn)生的廢屑抽吸到廢屑箱內(nèi)，將基巖鉆孔中產(chǎn)生的碎屑抽吸到碎屑箱內(nèi)。

81、作為本發(fā)明一種可選方案，試樣承接機構(gòu)包括承接盒、轉(zhuǎn)板和電動推桿；

82、采樣車上可滑動的設(shè)置有承接盒；

83、采樣車上固定設(shè)置有電動推桿，電動推桿的活動桿上可轉(zhuǎn)動的設(shè)置有轉(zhuǎn)板；轉(zhuǎn)板與承接盒轉(zhuǎn)動鉸接。

84、通過上述技術(shù)方案，啟動電動推桿帶動轉(zhuǎn)板運動，轉(zhuǎn)板帶動承接盒移動，使承接盒移動到鉆筒組件的下方對試樣進行承接。

85、鉆筒上可拆卸的固定設(shè)置有護罩，護罩可滑動的設(shè)置在u型支架上。u型支架上設(shè)置有護板，對螺桿和轉(zhuǎn)桿進行防護。通過護罩將風化層中產(chǎn)生的廢屑排到采樣車的外側(cè)。

86、本發(fā)明提供一種礦產(chǎn)地質(zhì)勘查基巖與巖屑樣品取樣方法，包括以下步驟：

87、s1、通過采樣點確定模塊根據(jù)礦產(chǎn)地形圖，選定多個礦產(chǎn)地質(zhì)勘查采樣點；確認采樣點的位置和坐標；

88、s2、路線規(guī)劃模塊根據(jù)采樣點的位置和坐標，制定采樣車的行進的最優(yōu)路線；

89、s3、取樣機構(gòu)按照規(guī)劃好的路線對巖石進行鉆環(huán)形孔，去除表面上的風化層；在對采樣車進行固定后，通過升降驅(qū)動機構(gòu)帶動鉆筒組件向下移動；通過旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)帶動鉆筒組件轉(zhuǎn)動，進行鉆孔取樣?？赏ㄟ^提升機構(gòu)帶動絞龍組件向下移動。使絞龍組件工作對風化層的廢屑進行清理；在此過程中，通過抽吸泵將風化層中的廢屑抽吸到廢屑箱內(nèi)；

90、s4、圖像采集模塊在取樣機構(gòu)鉆環(huán)形孔取樣過程中，對孔壁采集高清圖像；圖像預(yù)處理模塊對采集到的圖像進行預(yù)處理，包括過濾去噪、灰度化和增強處理；以提高圖像質(zhì)量；特征提取模塊對預(yù)處理后的圖像進行特征提取，提取與基巖和風化層有關(guān)的特征；包括紋理、顏色、形狀等；

91、s5、巖層分析模塊將特征提取后的圖像與數(shù)據(jù)收集模塊上的參考樣本進行對比分析，結(jié)合壓力感應(yīng)器監(jiān)測到鉆頭上受到的壓力；識別出巖層種類(基巖和風化層)；判斷是否鉆透風化層，并開始鉆入基巖。此時，通過提升機構(gòu)帶動絞龍組件提升到一定高度，使絞龍組件不工作，絞龍組件不接觸基巖；然后旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)帶動鉆筒組件轉(zhuǎn)動，進行鉆環(huán)形孔；此時通過激光位移計記錄鉆孔深度；

92、s6、在進入基巖后，通過取樣機構(gòu)對巖石進行鉆環(huán)形孔，鉆到預(yù)定深度，進行取樣操作。取樣完成后，將鉆筒組件提升到采樣車上方，使試樣承接機構(gòu)上的承接盒移動到鉆筒組件下方，通過提升機構(gòu)帶動絞龍下移(此時絞龍不轉(zhuǎn)動，僅進行下移的操作)，將試樣推出鉆筒，落入到承接盒內(nèi)。在此過程中，通過抽吸泵將基巖中的廢屑抽吸到碎屑箱內(nèi)，完成巖屑的取樣操作。

93、s7、取樣機構(gòu)取下試樣，在試樣上做好標記(包括地理位置信息和深度信息等)；采樣車移動到下一個采樣點；

94、s8、重復(fù)步驟s1-s7，對所有的采樣點采集試樣。

95、3.有益效果

96、本技術(shù)技術(shù)方案中提供的一個或多個技術(shù)方案，至少具有如下技術(shù)效果或優(yōu)點：

97、1、本發(fā)明通過將特征提取后的圖像與參考樣本進行對比分析，結(jié)合壓力感應(yīng)器監(jiān)測到鉆頭上受到的壓力；及時識別出巖層種類(基巖和風化層)；判斷是否鉆透風化層，開始鉆入基巖，準確的將風化層和基巖進行識別區(qū)分。

98、2、可以快速的完成對基巖鉆環(huán)形孔取樣的操作；

99、3、通過提升機構(gòu)和絞龍組件的配合快速的將鉆筒內(nèi)的試樣取出，提高工作效率。

100、4、可以連續(xù)進行多點采樣的操作，提高工作效率。