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基于数字图像的河床表面结构观测及分析技术

[稿件来源]:河流所[作者]:李志晶[发布时间]:2022-02-16


  一、技术(产品)简介

  泥沙的级配分析和河床表面分形维数是河床表面结构观测分析的重要内容。传统的级配分析需要对泥沙样本进行取样筛分,而在筛分过程中,涉及到一系列的主观上的影响因素:如选取沙样的具体位置,选取沙样的时机以及选用的测量方法等。不同的研究者对于同一河段可能由于研究方法的不同而得到完全不同的结果。同时,在模型试验过程中取样会影响试验结果,因此,只能在试验之前和之后进行取样,无法得到试验过程中床沙的级配变化数据。另一方面,河床表面分形维数进行分析时,传统的方法都存在一定的估算程度,其对边界的规则程度都有着不同程度的要求,对于河床地形起伏程度与平面尺度存在较大差异的不规则边界河床,即使是采用表面积——尺度法来进行计算,仍会存在较大误差。

  本技术提供了一种基于数字图像的河床表面结构观测及分析方法,基于获取的数字图像信息,采用节点计数法对不同粒径床沙比例进行分析,可以在水沙试验过程中不对试验过程产生扰动的条件下,实现表层床沙级配的实时观测与分析;同时,以河床表面分形维数来量化河床形态,并根据表面积-尺度法原理,在对其表面积估算、边界处理及无标度区判断等方面进行改进的基础上,结合GIS技术,给出了以DWG格式河道水下地形图为数据源计算河床表面分形维数。

  二、技术(产品)特色

  本技术对天然河道和模型试验河床表面级配分析及分形计算具有较好的适用性,主要有如下几个方面的技术特点:(1)集成卫星遥感、无人机倾斜摄影测量、地面高精度GPS测量、无人船测量、高分辨摄像设备等多层次多平台的测量方式,构建天然河道与模型试验的多尺度测量体系,高效精准获取河床全景三维地形及表层床沙等数字图像信息。(2)可基于采集的河床表面图像,在水沙试验过程中不对试验过程产生扰动的条件下,实现表层床沙级配的实时观测与分析。(3)可基于河床表面DEM,来计算得出不规则边界下的河床表面分形维数,定量描述河床不规则性及多尺度性,解释河流曲折程度和表面形态的复杂性,进而分析河床演变中的河势、河相变化甚至河型演变。

  三、推广应用情况

  本技术取得了2项国家专利和2项软件著作权,已被成功应用于武汉大学水利水电学院、江西省水利必威必威体育院、长江航道规划设计研究院、重庆西南水运科学中心、长江重庆航运工程勘察设计院等单位有关河道治理、航道整治、江湖关系及水沙运动规律研究等20多项各类项目,取得了显著的社会效益、经济效益和生态效益,并可进一步推广应用于其他水沙运动及河床演化等相关技术研究,前景广阔。

  四、联系人及联系方式

  周银军 15872393775 zhouyinjun1114@126.com

  五、技术(产品)照片及工程应用照片

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本技术采集、计算、分析、展示过程照片


责任编辑:李竹