基本信息
- 項目名稱：
- 基于模式識別的風(fēng)沙輸移量測定技術(shù)
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本作品是一套簡便易行的測量裝置監(jiān)測風(fēng)力侵蝕泥沙輸移量,通過風(fēng)沙侵蝕輸移量與風(fēng)沙入河量的關(guān)系,進而確定因風(fēng)沙引起的河流含沙量。
- 詳細介紹：
- 本作品基于模式識別原理，開發(fā)了風(fēng)沙動態(tài)量測新技術(shù)。設(shè)計的量測系統(tǒng)通過自動采集、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)速垂線分布曲線，確定所測區(qū)域風(fēng)沙輸移量。系統(tǒng)主要包括：圖像動態(tài)采集設(shè)備、風(fēng)速風(fēng)向儀、數(shù)據(jù)無線傳輸設(shè)備、太陽能電池板、圖像識別分析軟件等。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 作品目的是解決野外風(fēng)沙輸移量觀測地工作困難，實現(xiàn)高效準確的自動化風(fēng)沙輸移量測。 基本思路是：空氣中有風(fēng)沙存在將會影響到拍攝圖相的清晰度，不同濃度的風(fēng)沙含量對圖像的影響程度不同?；谶@樣基本認識，本作品通過靜態(tài)試驗和動態(tài)試驗結(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，通過模式識別技術(shù)，分析出現(xiàn)風(fēng)沙時拍攝的圖像就可得到相應(yīng)時間、位置的風(fēng)沙濃度。利用有限測點獲取該位置的風(fēng)沙圖像與風(fēng)速，利用數(shù)據(jù)自動采集與遠程傳輸技術(shù)將測點數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂剖?，通過分析風(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，確定測量位置處的單位時間風(fēng)沙輸移量。 創(chuàng)新點：1.應(yīng)用圖像采集設(shè)備對不同濃度風(fēng)沙進行圖像采集，通過模式識別技術(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)沙濃度測量方法的缺陷和效率低下等問題。 2.本作品通過拍攝不同風(fēng)沙濃度的圖像，分析這些圖像的RGB值和灰度參數(shù)，定量取得滿足工程精度要求的風(fēng)沙濃度值。 3.通過確定的風(fēng)沙輸移量與風(fēng)沙濃度和風(fēng)速的函數(shù)關(guān)系，利用有限測點測取風(fēng)速和風(fēng)沙濃度數(shù)據(jù)，確定測量區(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：動態(tài)試驗的控制，與靜態(tài)試驗的結(jié)合，圖像參數(shù)的選取，試驗數(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、先進性
- 測量風(fēng)沙濃度傳統(tǒng)采用接觸式集沙儀，需要頻繁的維護，裝置本身容易被沙粒阻滯，采集的數(shù)據(jù)只能是間斷的時均值，且精度不高。同時測量人員經(jīng)常需要在風(fēng)沙中安置儀器，取樣監(jiān)測。本作品創(chuàng)造性的應(yīng)用圖像識別技術(shù)測量風(fēng)沙濃度，巧妙地化解了傳統(tǒng)接觸式測量風(fēng)沙濃度方法帶來的不便和效率低下等問題。同時可以連續(xù)測量、數(shù)據(jù)自動采集與遠程傳輸。 雖然高速相機照片質(zhì)量高、拍攝速度快，在動態(tài)風(fēng)沙流動的數(shù)據(jù)采集中取得很多風(fēng)沙流動研究者的認可。然而河流流經(jīng)的風(fēng)力侵蝕區(qū)域往往很大，需要設(shè)置多處測量儀器，而且觀測條件惡劣，精密儀器很容易損壞。這樣導(dǎo)致觀測成本過高。采用一般數(shù)碼相機通過采集分析圖像RGB值和灰度等參數(shù)即可得出滿足工程需要精度的風(fēng)沙濃度，解決了測量儀器成本高、不易維護的問題。 借助風(fēng)速分布和濃度分布曲線，利用有限測點獲取風(fēng)速和風(fēng)沙濃度數(shù)據(jù)，確定測量區(qū)域內(nèi)風(fēng)沙的輸移量；有效地提高了測量精度與工作效率。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 模型，圖片
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 該作品的使用簡單易行，只須將圖像采集設(shè)備固定在一個特定位置，在鏡頭前方不同高度位置上放置目標靶；當風(fēng)沙來臨時，對準標靶自動獲取圖像，并將圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)測中心。通過專用軟件進行圖像分析，即可獲得拍攝期拍攝點的風(fēng)沙濃度。 進一步利用各測點風(fēng)速及風(fēng)沙濃度，根據(jù)已知的濃度分布關(guān)系，通過專用程序計算出風(fēng)沙輸移量。 目前市場上的風(fēng)沙濃度測量儀器大多采用原始的計重稱量方法，對人的依賴度高、機動性差。本作品避免了傳統(tǒng)測量方法的缺陷，操作簡單易行、成本低廉、自動化程度高，且可以滿足工程需要。本作品在風(fēng)沙較多的流域或者需要量測風(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開拓潛力
同類課題研究水平概述
- 目前測定風(fēng)沙濃度使用最廣的是集沙儀，其大致分為兩大類：進沙口按水平方向排列的集沙儀和進沙口按垂直方向按排列的集沙儀。在過去的幾十年中多種類型的集沙儀相繼問世。例如：被動式集沙儀由于使用方便、容易制作、價格便宜，而被普遍使用；旋轉(zhuǎn)式集沙儀可收集多個方向的輸沙通量，適合于野外觀測。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)者提出了使用先進的儀器設(shè)備技術(shù)方法（如：PIV技術(shù)）測量風(fēng)沙濃度，相對于傳統(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量測,不能在實際工程中應(yīng)用推廣。
