通过图像分析卵砾石瞬时输沙强度的方法以及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种通过图像分析卵砾石瞬时输沙强度的方法，包括在一预定时间段内连续采集移动的泥沙图像；使每一张图像生成一测量断面；提取每一张图片同一固定位置的测量断面，将提取到的测量断面按照采集时间的先后顺序进行重构成历时图；获取历时图中每颗泥沙颗粒的边界，确定泥沙颗粒在历时图中的位置；统计泥沙颗粒的数量；获取在预定时间段内采集的总帧数和采样频率，根据该总帧数和采样频率得到采集时间，并根据采集时间以及统计得到的面积大于一预定值的泥沙颗粒的数量及其位置，生成输沙历时图，进而生成输沙强度历时关系曲线。本发明专利技术还公开一种通过图像分析卵砾石瞬时输沙强度的系统以及一种利用河工模型测量卵砾石瞬时输沙强度的方法。

【技术实现步骤摘要】
通过图像分析卵砾石瞬时输沙强度的方法以及系统
本专利技术涉及一种通过图像分析卵砾石瞬时输沙强度的方法以及系统。
技术介绍
河工模型试验是进行河流研究的重要手段，它是以河流中有代表性的一段河道为原型，并按照一定的比例缩小制作成河道模型。不同特征的河道使用不同的河工模型，然后根据实际河流的水流和泥沙状况，在河工模型上复演水流运动和泥沙运动，进而实现对实际河流的模拟。与实际河道的组成结构类似，河工模型的具体结构可以包括河岸子模型和河床子模型；所述河床子模型又可以包括河床子模型定床部分和河床子模型动床部分，所述动床部分通常是由模型泥沙、卵砾石铺设于所述河床子模型定床部分的上表面所形成；所述河岸子模型通常是两道模型边墙。目前，人们对河流中水流运动规律、卵砾石带动泥沙的运动规律等还没有完全明确的清晰认识，因此在大量的水利工程中，有关卵砾石带动泥沙输送的相关测量还需要通过河工模型试验来解决，以为以后的水利工程作好一个良好的铺垫和准备。目前，传统的卵砾石输沙率的测定方法为：在河工模型的水源出口端通过接沙器收集卵砾石，通过这种方式测出的结果存在两个问题：一是尾门接沙为长时间平均卵砾石输沙率，因此，不能反映卵砾石的输沙率的大小变化，与水流条件变化等反应不能体现；二是尾门接沙在操作上易引起输沙量测量误差，尾门接沙量中包含了开始放水时的来水高水头的冲沙量。也有一些技术可以实现输沙率实时测量，即在接沙器上接一个电子称，实时测量重量，来计算输沙率。但存在的问题是：一是放置位置只能在水源出口端（因为这个位置要挖出一个深槽，将接沙器放入），不能测量水槽中其他断面位置的输沙率；二是在研究非恒定流条件下，卵砾石运动时，卵砾石输移到尾门接沙器的过程中，会出现走走停停，不能及时的反映输沙运动与水流的关系。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足，本专利技术所要解决的技术问题是：提供了一种通过图像分析卵砾石瞬时输沙强度的方法、系统以及一种利用河工模型测量卵砾石瞬时输沙强度的方法，可以通过采集的图像精确的分析处理得出输沙强度。为解决上述技术问题，本专利技术采用的一个技术方案是：提供1、一种通过图像分析卵砾石瞬时输沙强度的方法，包括以下步骤：在一预定时间段内连续采集河工模型中的移动的泥沙；使每一张图像生成一测量断面，其中，每一测量断面位于每一张图像中相同的位置；提取每一张图片的同一固定位置的测量断面，将提取到的测量断面按照采集时间的先后顺序进行重构以生成一历时图；获取历时图中每颗泥沙颗粒的边界，确定泥沙颗粒在历时图中的位置；统计在所述历时图中泥沙颗粒的数量以及每一泥沙颗粒的面积，统计面积大于一预定值的泥沙颗粒的数量；获取在上述预定的时间段内采集所述移动的泥沙的总帧数和采样频率，根据该总帧数和采样频率计算得到采集时间，并根据采集时间以及统计得到的面积大于一预定值的泥沙颗粒的数量及其位置，生成输沙历时图，进而生成输沙强度历时关系曲线。进一步的，在获取历时图中每颗泥沙颗粒的边界，确定泥沙颗粒在历时图中的位置的步骤中，包括：计算所述历时图中每一个像素值Y（i,j）的梯度值h，其中，通过计算每一个像素值的梯度值h，i为每颗像素在x轴上的坐标，j为每颗像素在y轴上的坐标；统计相同梯度值h出现的次数并计算其频率，并据此统计所有梯度值的累计频率；对累计频率大于一预设值的梯度值所对应的两个像素被视为泥沙颗粒的边界，将累计频率大于预设值的梯度值作为判断颗粒边界的阈值，根据阈值确定泥沙颗粒的边界在历时图中的位置。进一步的，在获取历时图中每颗泥沙颗粒的边界，确定泥沙颗粒在历时图中的位置的步骤之后，还包括；对每一颗边界不连通或者构成闭合图形的泥沙进行边界膨胀处理，扩大该泥沙颗粒边界的宽度与长度以使该泥沙颗粒的边界连通，进而形成一完整的颗粒边界。进一步的，在统计在所述历时图中泥沙颗粒的数量以及每一泥沙颗粒的面积，统计面积大于一预定值的泥沙颗粒的数量的步骤中，包括；统计每一个具有连通边界的泥沙颗粒的个数及其面积，计算所有泥沙颗粒的面积的概率密度，并据此计算面积的累计频率；将累计频率大于一预设值的面积值视为有效泥沙颗粒的阈值，统计大于该阈值的面积的个数，记为泥沙颗粒的总数量。为解决上述技术问题，本专利技术采用的另一种技术方案是：提供一种利用河工模型测量卵砾石瞬时输沙强度的方法，包括以下步骤；调整河工模型的坡度，确定卵砾石输沙强度的采集位置；在采集位置的上、下游粘贴条带光源在左河岸子模型和右河岸子模型的外壁；将图像采集装置置于水槽的任何一侧；使循环供水装置放水至河工模型中；确定相机的拍摄范围，使图像采集装置的采集范围与采集位置一致，其中，所述拍摄范围为一河床区域；使图像采集装置在一预定时间段内连续对该拍摄范围进行采集；通过采集到的图像分析卵砾石输沙强度，其中，根据上述的方法分析卵砾石输沙强度。为解决上述技术问题，本专利技术采用了的又一个技术方案是：提供一种通过图像分析孵砾石瞬时输沙强度的系统，包括：采集模块，用于在一预定时间段内连续采集河工模型中的移动的泥沙；测量断面生成模块，用于提取每一张图像的固定位置生成一个点时刻的测量断面；测量断面提取模块，用于提取每一张图片的测量断面；历时图生成模块，用于将提取到的测量断面按照采集时间的先后顺序进行重构以生成一历时图；泥沙颗粒的位置确定模块，用于获取历时图中每颗泥沙颗粒的边界，确定泥沙颗粒在历时图中的位置；泥沙颗粒数量统计模块，用于统计在所述历时图中泥沙颗粒的数量以及每一泥沙颗粒的面积，统计面积大于一预定值的泥沙颗粒的数量；输沙强度生成模块，用于获取在上述预定的时间段内采集所述移动的泥沙的总帧数和采样频率，根据该总帧数和采样频率计算得到采集时间，并根据采集时间以及统计得到的面积值大于一预定值的泥沙颗粒的数量，生成输沙历时图，进而生成输沙强度历时关系曲线；进一步的，所述泥沙颗粒的位置确定模块包括：像素值的梯度值计算模块，用于计算所述历时图中每一个像素值Y（i,j）的梯度值h，其中，通过计算每一个像素值的梯度值h，i为每颗像素在X轴上的坐标，j为每颗像素在Y轴上的坐标；累计频率统计模块，用于统计相同梯度值h出现的次数并计算其频率，并据此统计所有梯度值的累计频率；位置确定子模块，用于对累计频率大于一预设值的梯度值所对应的两个像素被视为泥沙颗粒的边界，将累计频率大于预设值的梯度值作为判断颗粒边界的阈值，根据阈值确定泥沙颗粒的边界在历时图中的位置。进一步的，还包括：泥沙颗粒边界处理模块，用于对每一颗边界不连通或者构成闭合图形的泥沙颗粒进行边界膨胀处理，扩大该泥沙颗粒边界的宽度与长度以使该泥沙颗粒的边界连通，进而形成一完整的颗粒边界。进一步的，所述泥沙颗粒数量统计模块包括：面积的累计频率计算模块，用于统计每一个具有连通边界的泥沙颗粒的个数及其面积，计算所有泥沙颗粒的面积的概率密度，并据此计算面积的累计频率；泥沙颗粒数量统计子模块，用于将累计频率大于一预设值的面积视为有效泥沙颗粒的阈值，统计大于该阈值的面积的个数，记为泥沙颗粒的总数量。本专利技术的一种通过图像分析卵砾石瞬时输沙强度的方法、系统以及一种利用河工模型测量卵砾石瞬时输沙强度的方法，可以通过继续采集河工模型中移动的泥沙，对采集的图片进行分析处理，生成瞬时输沙强度，通过在河工模型的左河岸子模型和右河岸子模型的外本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过图像分析卵砾石瞬时输沙强度的方法，其特征在于，包括以下步骤：在一预定时间段内连续采集河工模型中的移动的泥沙；使每一张图像生成一测量断面，其中，每一测量断面位于每一张图像中相同的位置；提取每一张图片的同一固定位置的测量断面，将提取到的测量断面按照采集时间的先后顺序进行重构以生成一历时图；获取历时图中每颗泥沙颗粒的边界，确定泥沙颗粒在历时图中的位置；统计在所述历时图中泥沙颗粒的数量以及每一泥沙颗粒的面积，统计面积大于一预定值的泥沙颗粒的数量；获取在上述预定的时间段内采集所述移动的泥沙的总帧数和采样频率，根据该总帧数和采样频率计算得到采集时间，并根据采集时间以及统计得到的面积大于一预定值的泥沙颗粒的数量及其位置，生成输沙历时图，进而生成输沙强度历时关系曲线。

【技术特征摘要】
1.一种通过图像分析卵砾石瞬时输沙强度的方法，其特征在于，包括以下步骤：在一预定时间段内连续采集河工模型中的移动的泥沙图像；使每一张图像生成一测量断面，其中，每一测量断面位于每一张图像中相同的位置；提取每一张图片的同一固定位置的测量断面，将提取到的测量断面按照采集时间的先后顺序进行重构以生成一历时图；获取历时图中每颗泥沙颗粒的边界，确定泥沙颗粒在历时图中的位置，该步骤具体包括：计算所述历时图中每一个像素值Y(i,j)的梯度值h，其中，通过计算每一个像素值的梯度值h，i为每颗像素在x轴上的坐标，j为每颗像素在y轴上的坐标；统计相同梯度值h出现的次数并计算其频率，并据此统计所有梯度值的累计频率；对累计频率大于一预设值的梯度值所对应的两个像素被视为泥沙颗粒的边界，将累计频率大于预设值的梯度值作为判断颗粒边界的阈值，根据阈值确定泥沙颗粒的边界在历时图中的位置；统计在所述历时图中泥沙颗粒的数量以及每一泥沙颗粒的面积，统计面积大于一预定值的泥沙颗粒的数量；获取在上述预定的时间段内采集所述移动的泥沙图像的总帧数和采样频率，根据该总帧数和采样频率计算得到采集时间，并根据采集时间以及统计得到的面积大于一预定值的泥沙颗粒的数量及其位置，生成输沙历时图，进而生成输沙强度历时关系曲线。2.如权利要求1所述的通过图像分析卵砾石瞬时输沙强度的方法，其特征在于，在获取历时图中每颗泥沙颗粒的边界，确定泥沙颗粒在历时图中的位置的步骤之后，还包括；对每一颗边界不连通或者构成闭合图形的泥沙进行边界膨胀处理，扩大该泥沙颗粒边界的宽度与长度以使该泥沙颗粒的边界连通，进而形成一完整的颗粒边界。3.如权利要求2所述的通过图像分析卵砾石瞬时输沙强度的方法，其特征在于，在统计在所述历时图中泥沙颗粒的数量以及每一泥沙颗粒的面积，统计面积大于一预定值的泥沙颗粒的数量的步骤中，包括；统计每一个具有连通边界的泥沙颗粒的个数及其面积，计算所有泥沙颗粒的面积的概率密度，并据此计算面积的累计频率；将累计频率大于一预设值的面积值视为有效泥沙颗粒的阈值，统计大于该阈值的面积的个数，记为泥沙颗粒的总数量。4.一种利用河工模型测量卵砾石瞬时输沙强度的方法，其特征在于，包括以下步骤；调整河工模型的坡度，确定卵砾石输沙强度的采集位置；在采集位置的上、下游粘贴条带光源在左河岸子模型和右河岸子模型的外壁；将图像采集装置置于水槽的任何一侧；使循环供水装置放水至河工模型中；确定相机的拍摄范围，使图像采集装置的采集范围与采集位置...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鹏，魏祥龙，胡江，杨胜发，付旭辉，李文杰，陈阳，沈颖，幸韵，田蜜，
申请(专利权)人：重庆交通大学，
类型：发明
国别省市：重庆;85