一种定量界定非粘性底沙起动临界指标的方法技术

本发明专利技术涉及一种定量界定非粘性底沙起动临界指标的方法，在一定床面底沙及变化水流条件下，利用高速摄像机连续拍摄床面泥沙图像，并将高速摄像机连拍的彩色图像进行预处理，获得摄像区域内各个子域内泥沙颗粒的运动状态，标识摄像区域内发生运动的子域，明确摄像区域内泥沙发生运动的分布特征，统计所有发生泥沙运动的子域面积的总和，计算泥沙发生起动的子域占摄像区域的百分比，以此，将发生泥沙起动的子域占摄像区域比例为0时的水流强度作为界定底沙起动的临界水力指标；本发明专利技术可准确定量界定床面泥沙的起动临界指标，解决底沙临界起动指标难以定量界定的难题，且该方法确定的临界指标具有可方便拓展应用于不同水沙条件下的床沙起动观测中。

A Method for Quantitative Definition of Critical Initiation Index of Non-cohesive Sediment

The present invention relates to a method for quantitatively defining the threshold index of non-cohesive bottom sediment initiation. Under certain bed sediment and variable flow conditions, the high-speed camera is used to continuously photograph the bed sediment image, and the color image taken by the high-speed camera is preprocessed to obtain the motion state of the sediment particles in each sub-domain of the photographic area, and to identify the sub-domain in which the motion occurs in the photographic area. By defining the distribution characteristics of sediment movement in the photographic area, counting the total area of all the subdomains where sediment movement occurs, and calculating the percentage of the subdomains where sediment initiation takes place in the photographic area, the flow intensity when the ratio of the subdomains where sediment initiation takes place to the photographic area is 0 is regarded as the critical hydraulic index for defining sediment initiation; the present invention can accurately and quantitatively define bed mud. The threshold index of sediment initiation can solve the problem that it is difficult to quantitatively define the threshold index of bottom sediment initiation, and the critical index determined by this method can be easily extended to bed sediment initiation observation under different water and sediment conditions.

【技术实现步骤摘要】
一种定量界定非粘性底沙起动临界指标的方法
本专利技术涉及一种定量界定非粘性底沙起动临界指标的方法，属于水利工程

技术介绍
底沙起动临界水力指标条件是河口海岸水沙运动研究的重要组成部分，是现阶段科学研究的热点。常规底沙起动临界水力指标的界定方法较为多样化，有利用底沙输沙率进行反向推算的方法，也有利用高速摄像技术直接进行监测的方法，但由于底沙输沙尤其是床面推移质输沙测量一方面难度较大、另一方面精度较差，能获得较高的测量精度，而在野外监测中，一方面由于现场水沙环境复杂，试验难度高，使得测验结果受到较大干扰，进而降低了监测的精度。现阶段，采用底沙输沙率为0时的水力指标作为底沙起动临界水力指标是较为常用的方法，也相对比较容易实现。主要通过观测不同水力指标条件下的底沙推移质输沙率，然后以输沙率为纵坐标，水力指标为横坐标，绘制散点图，反映推移质输沙率随水力指标变化而变化的过程。藉此，找寻当底沙推移质输沙率为0时对应的水力指标作为临界起动指标。利用高速摄像技术进行泥沙观测、较新的有苗蔚、陈启刚、李丹勋等人通过高速摄影技术研究推移质泥沙的起动概率。其基于封闭槽道开展的泥沙起动实验，在高速图像本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种定量界定非粘性底沙起动临界指标的方法，其特征在于：包括以下步骤：第一步：将支架垂直插入床面，在支架的横向支架上依次安装LED照明灯、摄像机以及ADCP，调整支架调节器，使摄像机、LED照明灯及ADCP处于的位置能够方便摄像以及水力参数的检测；第二步：摄像机进行连拍，获取至少一张彩色图像，并对拍摄的彩色图像进行预处理，对摄像机的摄像区域进行规则子域划分，子域划分的个数为单个床面泥沙横截面积的至少一倍，且每个子域内包含至少一个泥沙颗粒，同时计算子域内各个像素点的平均灰度值；第三步：将初始状态摄像机拍摄到的彩色图像作为原始图像，摄像机连拍获取的至少一张彩色图像分别与原始图像进行比较，当灰度值...

【技术特征摘要】
1.一种定量界定非粘性底沙起动临界指标的方法，其特征在于：包括以下步骤：第一步：将支架垂直插入床面，在支架的横向支架上依次安装LED照明灯、摄像机以及ADCP，调整支架调节器，使摄像机、LED照明灯及ADCP处于的位置能够方便摄像以及水力参数的检测；第二步：摄像机进行连拍，获取至少一张彩色图像，并对拍摄的彩色图像进行预处理，对摄像机的摄像区域进行规则子域划分，子域划分的个数为单个床面泥沙横截面积的至少一倍，且每个子域内包含至少一个泥沙颗粒，同时计算子域内各个像素点的平均灰度值；第三步：将初始状态摄像机拍摄到的彩色图像作为原始图像，摄像机连拍获取的至少一张彩色图像分别与原始图像进行比较，当灰度值偏差超过限定的阈值时，即认定子域内泥沙发生明显运动，依次对比，最终获取摄像机的摄像区内各个子域泥沙的运动状态；第四步：将发生泥沙颗粒运动的子域通过红色填充，将未发生泥沙颗粒运动的子域通过绿色填充，标识相对应的水流状态，从而得出摄像区内泥沙运动的子域分布范围；第五步：将无因次水力指标作为横坐标，发生泥沙运动的子域面积占摄像区域面积的百分比为纵坐标，拟合趋势线，并将趋势线外延，获得趋势线与横坐标相交点，该点对应的无因次水力指标即为底沙起动临界水力指标。2.根据权利要求1所述的定量界定非粘性底沙起动临界指标的方法，其特征在于：步骤二中，根据相应测区的床面底沙采样结果获得的底沙粒径级配信息计算出床面底沙中值粒径，以中值粒径为基准，定义为D50，将彩色图像划分为等边长、等面积的子域，子域的划分标准为L＝ε×D50，其中，L为子域边长，ε为子域边长权重系数，根据相应试验结果可以确定，D50为床面底沙中值粒径；计算子域内各个像素点的灰度值，即将摄像机连拍的至少一张彩色图像批量转化为灰度图，转换公式为Fi＝α×Ri+β×Gi+γ×Bi，其中，i为彩色图像中像素点的编号，Fi为转换之后的像素点i的灰度值，Ri、Gi、Bi分别为i像素点红色值、绿色值及蓝色值，α、β、γ为相应的权重系数，根据相应试验结果可以确定；各个子域内像素点的平均灰度值计算公式为其中，Fi为编号为j的子域内转换之后的各个像素点i的灰度值，为编号为j的子域灰度值的算数平均，j为子域编号，n为编号为i的子域内像素点总数。3.根据权利要求1所述的定量界定非粘性底沙起动临界指标的方法，其特征在于：步骤三中，将初始状态摄像机拍摄到的彩色图像作为原始图像，摄...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄惠明，诸裕良，段渊译，韩君君，姚佳辉，林伟波，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32