[发明专利]河岸侧蚀崩塌速率的试验测量系统及其量测方法

摘要

本发明提供一种河岸侧蚀崩塌速率的试验测量系统包括河岸模型上的示踪网格、拍摄装置和图像处理系统；所述拍摄装置的拍摄范围覆盖所述河岸模型上的示踪网格，所述拍摄装置与所述图像处理系统相连接。在河岸侧蚀坍塌模型迎水面岸坡上进行均匀网格标记，形成等间距示踪网格；试验过程中，通过高精摄像头进行图像采集，并通过二值化图像分割以及数字图像处理，提取出河岸侧蚀崩塌后的最新岸线网格节点位置坐标，经过坐标转换后并与初始岸线位置坐标对比，计算出河岸侧蚀崩退距离；然后用河岸侧蚀崩退距离除以时间间隔，便可获得河岸侧蚀崩塌速率。本发明量测数据准确，能够有效的为河岸侧蚀崩塌力学机理及其预报方法的深入研究提供技术支撑。

主权项

一种河岸侧蚀崩塌速率的试验量测方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、试验准备，用颜色较深的模型沙精确制作出河岸侧蚀崩塌模型，所述河岸侧蚀崩塌模型侧面为具有倾角的梯型；然后在迎水面岸坡上用白色示踪剂进行均匀网格标记，形成等间距示踪网格，然后将白色示踪剂装入塑料瓶内，并在瓶盖上用针尖开一小孔，使得白色示踪剂可以挤射出为准，均匀网格则事先通过尺子在岸坡上用细线标出，然后再用白色示踪剂进行逐一标示，从而形成等间距的白色示踪网格，其中纵向网格线尽量设置为垂直水流流向，亦即平行于河岸侧蚀崩退方向；最后，将拍摄装置布置于水面上方，并与斜坡垂直，并采用较长焦距镜头以保证网格图像变形较小，并通过传输线将高清摄像头与计算机测量系统相连；S2、进行侧蚀崩塌试验，采集模型网格灰度图像进行二值化处理；在河岸侧蚀崩塌试验过程中，受水流冲刷作用，迎水面岸坡不断崩退，包含白色示踪网格的土体不断坍塌入水中并被带走，通过计算机控制摄像头连续采集模型网格灰度图像，并对图像进行畸变校正；为了提取网格图像，首先需要通过下式进行二值化图像分割：G(i,j)≥T(i,j)，G(i,j)＝255G(i,j)＜T(i,j)，G(i,j)＝0上式中，G(i,j)为图像中像素坐标为(i,j)处的灰度值，灰度值范围为(0‑255)，0为黑色，255为白色；T(i,j)为进行二值化分割的阈值；设置该阈值时，要保证网格的连续性，同时也要尽量去除图像噪声；S3、逐一搜寻各纵向网格线崩岸点位置；通过事先对图像标定，确定出每条网格线的图像横纵坐标变化范围；假设第k条纵向网格线的横坐标变化范围为(M1＜Ik＜M2)，纵坐标变化范围为(N1＜Jk＜N2)；先从(N1～N2)行进行纵向搜索，即从过水一侧逐渐向内侧岸坡方向搜索，对第j行(N1＜j＜N2)的像素，对在(M1＜i＜M2)范围内的像素进行逐个搜索，如果满足如下条件：G(i,j)＝255，(M1＜i＜M2,N1＜j＜N2)则第k条纵向网格线的崩塌点坐标Xk＝i，Yk＝j；图像坐标与模型坐标比例S可事先测定，识别出崩塌点并提取出该点坐标(Xk，Yk)后，与图像与模型原点坐标(X0，Y0)相比，便可通过下式换算到模型崩岸点坐标：xk＝(Xk‑Xo)×Syk＝(Yk‑Yo)×S；S4、计算河岸侧蚀崩退速率,依次对模型中的每条纵向网格线进行图像处理，提取出崩岸后网格节点坐标，并与对应纵向网格线初始岸线位置(x0，y0)对比，计算出每条纵向网格线的河岸侧蚀崩塌位移L，然后除以时间间隔Δt，便可获得河岸侧蚀崩塌速率v，即：L=(xk-xo)2+(yk-yo)2]]>v＝L/Δt。