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基本信息
- 項(xiàng)目名稱(chēng)：
- 基于模式識(shí)別的風(fēng)沙輸移量測(cè)定技術(shù)
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類(lèi)：
- 機(jī)械與控制
- 大類(lèi)：
- 科技發(fā)明制作A類(lèi)
- 簡(jiǎn)介：
- 本作品是一套簡(jiǎn)便易行的測(cè)量裝置監(jiān)測(cè)風(fēng)力侵蝕泥沙輸移量,通過(guò)風(fēng)沙侵蝕輸移量與風(fēng)沙入河量的關(guān)系,進(jìn)而確定因風(fēng)沙引起的河流含沙量。
- 詳細(xì)介紹：
- 本作品基于模式識(shí)別原理，開(kāi)發(fā)了風(fēng)沙動(dòng)態(tài)量測(cè)新技術(shù)。設(shè)計(jì)的量測(cè)系統(tǒng)通過(guò)自動(dòng)采集、傳輸風(fēng)沙圖像信息、風(fēng)速信息，推算風(fēng)沙濃度與風(fēng)速，利用推導(dǎo)出的風(fēng)沙濃度、風(fēng)速垂線(xiàn)分布曲線(xiàn)，確定所測(cè)區(qū)域風(fēng)沙輸移量。系統(tǒng)主要包括：圖像動(dòng)態(tài)采集設(shè)備、風(fēng)速風(fēng)向儀、數(shù)據(jù)無(wú)線(xiàn)傳輸設(shè)備、太陽(yáng)能電池板、圖像識(shí)別分析軟件等。
作品圖片
作品專(zhuān)業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 作品目的是解決野外風(fēng)沙輸移量觀測(cè)地工作困難，實(shí)現(xiàn)高效準(zhǔn)確的自動(dòng)化風(fēng)沙輸移量測(cè)。 基本思路是：空氣中有風(fēng)沙存在將會(huì)影響到拍攝圖相的清晰度，不同濃度的風(fēng)沙含量對(duì)圖像的影響程度不同?；谶@樣基本認(rèn)識(shí)，本作品通過(guò)靜態(tài)試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)試驗(yàn)結(jié)合的方法探求不同濃度風(fēng)沙與照片參數(shù)之間的關(guān)系，通過(guò)模式識(shí)別技術(shù)，分析出現(xiàn)風(fēng)沙時(shí)拍攝的圖像就可得到相應(yīng)時(shí)間、位置的風(fēng)沙濃度。利用有限測(cè)點(diǎn)獲取該位置的風(fēng)沙圖像與風(fēng)速，利用數(shù)據(jù)自動(dòng)采集與遠(yuǎn)程傳輸技術(shù)將測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂剖?，通過(guò)分析風(fēng)沙圖像獲取風(fēng)沙濃度，利用已知的風(fēng)沙輸移量與風(fēng)沙濃度和風(fēng)速的函數(shù)關(guān)系，確定測(cè)量位置處的單位時(shí)間風(fēng)沙輸移量。 創(chuàng)新點(diǎn)：1.應(yīng)用圖像采集設(shè)備對(duì)不同濃度風(fēng)沙進(jìn)行圖像采集，通過(guò)模式識(shí)別技術(shù)分析風(fēng)沙圖像獲取風(fēng)沙濃度，巧妙地化解了傳統(tǒng)接觸式風(fēng)沙濃度測(cè)量方法的缺陷和效率低下等問(wèn)題。 2.本作品通過(guò)拍攝不同風(fēng)沙濃度的圖像，分析這些圖像的RGB值和灰度參數(shù)，定量取得滿(mǎn)足工程精度要求的風(fēng)沙濃度值。 3.通過(guò)確定的風(fēng)沙輸移量與風(fēng)沙濃度和風(fēng)速的函數(shù)關(guān)系，利用有限測(cè)點(diǎn)測(cè)取風(fēng)速和風(fēng)沙濃度數(shù)據(jù)，確定測(cè)量區(qū)域內(nèi)風(fēng)沙的輸移量。 關(guān)鍵技術(shù)和主要技術(shù)指標(biāo)：動(dòng)態(tài)試驗(yàn)的控制，與靜態(tài)試驗(yàn)的結(jié)合，圖像參數(shù)的選取，試驗(yàn)數(shù)據(jù)的回歸，采集數(shù)據(jù)的處理和傳輸。風(fēng)速范圍為5m/s到30m/s；濃度范圍為 20g/ m3-200 g/ m3
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 測(cè)量風(fēng)沙濃度傳統(tǒng)采用接觸式集沙儀，需要頻繁的維護(hù)，裝置本身容易被沙粒阻滯，采集的數(shù)據(jù)只能是間斷的時(shí)均值，且精度不高。同時(shí)測(cè)量人員經(jīng)常需要在風(fēng)沙中安置儀器，取樣監(jiān)測(cè)。本作品創(chuàng)造性的應(yīng)用圖像識(shí)別技術(shù)測(cè)量風(fēng)沙濃度，巧妙地化解了傳統(tǒng)接觸式測(cè)量風(fēng)沙濃度方法帶來(lái)的不便和效率低下等問(wèn)題。同時(shí)可以連續(xù)測(cè)量、數(shù)據(jù)自動(dòng)采集與遠(yuǎn)程傳輸。 雖然高速相機(jī)照片質(zhì)量高、拍攝速度快，在動(dòng)態(tài)風(fēng)沙流動(dòng)的數(shù)據(jù)采集中取得很多風(fēng)沙流動(dòng)研究者的認(rèn)可。然而河流流經(jīng)的風(fēng)力侵蝕區(qū)域往往很大，需要設(shè)置多處測(cè)量?jī)x器，而且觀測(cè)條件惡劣，精密儀器很容易損壞。這樣導(dǎo)致觀測(cè)成本過(guò)高。采用一般數(shù)碼相機(jī)通過(guò)采集分析圖像RGB值和灰度等參數(shù)即可得出滿(mǎn)足工程需要精度的風(fēng)沙濃度，解決了測(cè)量?jī)x器成本高、不易維護(hù)的問(wèn)題。 借助風(fēng)速分布和濃度分布曲線(xiàn)，利用有限測(cè)點(diǎn)獲取風(fēng)速和風(fēng)沙濃度數(shù)據(jù)，確定測(cè)量區(qū)域內(nèi)風(fēng)沙的輸移量；有效地提高了測(cè)量精度與工作效率。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 無(wú)
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無(wú)
作品可展示的形式
- 模型，圖片
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 該作品的使用簡(jiǎn)單易行，只須將圖像采集設(shè)備固定在一個(gè)特定位置，在鏡頭前方不同高度位置上放置目標(biāo)靶；當(dāng)風(fēng)沙來(lái)臨時(shí)，對(duì)準(zhǔn)標(biāo)靶自動(dòng)獲取圖像，并將圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)測(cè)中心。通過(guò)專(zhuān)用軟件進(jìn)行圖像分析，即可獲得拍攝期拍攝點(diǎn)的風(fēng)沙濃度。 進(jìn)一步利用各測(cè)點(diǎn)風(fēng)速及風(fēng)沙濃度，根據(jù)已知的濃度分布關(guān)系，通過(guò)專(zhuān)用程序計(jì)算出風(fēng)沙輸移量。 目前市場(chǎng)上的風(fēng)沙濃度測(cè)量?jī)x器大多采用原始的計(jì)重稱(chēng)量方法，對(duì)人的依賴(lài)度高、機(jī)動(dòng)性差。本作品避免了傳統(tǒng)測(cè)量方法的缺陷，操作簡(jiǎn)單易行、成本低廉、自動(dòng)化程度高，且可以滿(mǎn)足工程需要。本作品在風(fēng)沙較多的流域或者需要量測(cè)風(fēng)沙濃度或風(fēng)沙輸移量的區(qū)域均可應(yīng)用。具有推廣的前景和市場(chǎng)開(kāi)拓潛力
同類(lèi)課題研究水平概述
- 目前測(cè)定風(fēng)沙濃度使用最廣的是集沙儀，其大致分為兩大類(lèi)：進(jìn)沙口按水平方向排列的集沙儀和進(jìn)沙口按垂直方向按排列的集沙儀。在過(guò)去的幾十年中多種類(lèi)型的集沙儀相繼問(wèn)世。例如：被動(dòng)式集沙儀由于使用方便、容易制作、價(jià)格便宜，而被普遍使用；旋轉(zhuǎn)式集沙儀可收集多個(gè)方向的輸沙通量，適合于野外觀測(cè)。但是集沙儀的效率一直受到質(zhì)疑，絕大多數(shù)的集沙儀由于集沙孔表面不連續(xù)不適于量測(cè)表面蠕移，特別是在沙床結(jié)構(gòu)形態(tài)發(fā)生遷移的情況下。 一些學(xué)者提出了使用先進(jìn)的儀器設(shè)備技術(shù)方法（如：PIV技術(shù)）測(cè)量風(fēng)沙濃度，相對(duì)于傳統(tǒng)的集沙儀在效率和精度上的有了大幅提高，但是其技術(shù)成本較高，注重理論研究與精細(xì)量測(cè),不能在實(shí)際工程中應(yīng)用推廣。
