[發明專利]河岸側蝕崩塌速率的試驗測量系統及其量測方法

有效

• 申請號: 201510575400.X
• 申請日: 2015-09-10
• 公開（公告）號: CN105319050B
• 公開（公告）日: 2017-12-15
• 發明（設計）人: 假冬冬;陳誠;張幸農;張新周;陳長英;費曉昕;應強
• 申請（專利權）人: 水利部交通運輸部國家能源局南京水利科學研究院
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00;E02B1/02
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司32252
• 代理人: 戴朝榮

技術領域

本發明涉及水利工程河流動力學領域基礎試驗研究中的一種河岸側蝕崩塌速率的試驗測量系統及其量測方法。

背景技術

河岸側蝕崩塌現象廣泛分布于世界各大江河之中，我國的長江、黃河等河流也經常會發生河岸側蝕崩塌現象，尤其是在汛期和汛后表現最為突出，是一種危害很大的自然災害。河岸側蝕崩塌往往釀成重大險情，嚴重威脅著兩岸人民的生命和財產安全。此外，河岸側蝕崩塌往往還會引起河道產生橫向變形，導致河勢劇烈變化，給防洪、航道、港口等方面均造成重大不利影響，也給河道治理工程帶來許多困難，這方面的實例舉不勝數。由此可見，河岸側蝕崩塌問題是防洪搶險和河道治理中最嚴重的問題之一，而通過試驗研究河岸側蝕崩塌的過程及其力學機制是一個重要而緊迫的問題，可為河岸側蝕崩塌的預測提供技術支撐。

大江大河的河床變形包括垂向沖淤以及由河岸側蝕崩塌引發的橫向變形兩方面。目前，關于垂向河床沖淤變形的研究成果較多也較成熟，而關于河岸側蝕崩塌引起的河床橫向變形的研究則相對較少，包括河岸側蝕崩塌變化規律的認識、數學描述方式以及模擬試驗研究均滯后于垂向河床沖淤變化。從現階段情況看，河岸側蝕崩塌雖屬治河工程領域中倍受關注的問題，但試驗研究手段和量測方法均不夠，以往河床沖淤變化試驗研究所采用的測量儀器多針對水下河床地形的垂向沖淤變化，而對于河岸側蝕崩塌的方便有效測量儀器及其量測方法則非常欠缺，這已逐漸成為研究河岸側蝕崩塌力學機制的一大技術瓶頸。

發明內容

針對這一問題，本發明將提出一種能夠方便有效測量河岸側蝕崩塌速率的試驗測量系統及其量測方法，從而為河岸側蝕崩塌力學機理及其預報方法的深入研究提供技術支撐。

本發明提供了如下的技術方案：

一種河岸側蝕崩塌速率的試驗測量系統，包括：河岸模型上的示蹤網格、拍攝裝置和圖像處理系統；所述拍攝裝置的拍攝范圍覆蓋所述河岸模型上的示蹤網格，所述拍攝裝置與所述圖像處理系統相連接。

進一步的，所述河岸模型上的示蹤網格上涂有白色示蹤劑。

進一步的，圖像處理系統包括：圖像采樣模塊、圖像分割模塊、崩岸點識別模塊、坐標提取模塊和坐標轉換模塊；

所述圖像采樣模塊采集所述拍攝裝置拍攝的圖像信息；

所述圖像分割模塊通過對圖像進行分割處理，形成二值化圖像；

所述崩岸點識別模塊對分割后的圖像進行崩岸點識別；

所述坐標提取模塊提取出河岸側蝕崩塌后的最新岸線網格節點位置坐標；

所述坐標轉換模塊將提取到的最新岸線網格節點位置坐標與初始岸線位置坐標對比，計算出河岸側蝕崩退距離；然后用河岸側蝕崩退距離除以時間間隔，便可獲得河岸側蝕崩塌速率。

一種河岸側蝕崩塌速率的試驗量測方法，包括如下步驟：

S1、試驗準備，用顏色較深的模型沙精確制作出河岸側蝕崩塌模型，所述河岸側蝕崩塌模型側面為具有傾角的梯型；然后在迎水面岸坡上用白色示蹤劑進行均勻網格標記，形成等間距示蹤網格，白色示蹤劑由滑石粉摻兌20～40％左右的水攪拌而成，然后將白色示蹤劑裝入塑料瓶內，并在瓶蓋上用針尖開一小孔，使得白色示蹤劑可以擠射出為準，均勻網格事先通過尺子在岸坡上用細線標出，然后再用白色示蹤劑進行逐一標示，從而形成等間距的白色示蹤網格，其中縱向網格線盡量設置為垂直水流流向，亦即平行于河岸側蝕崩退方向；最后，將拍攝裝置布置于水面上方，并與斜坡垂直，并采用較長焦距鏡頭以保證網格圖像變形較小，并通過傳輸線將高清攝像頭與計算機測量系統相連；

S2、進行側蝕崩塌試驗，采集模型網格灰度圖像進行二值化處理；在河岸側蝕崩塌試驗過程中，受水流沖刷作用，迎水面岸坡不斷崩退，包含白色示蹤網格的土體不斷坍塌入水中并被帶走，通過計算機控制攝像頭連續采集模型網格灰度圖像，并對圖像進行畸變校正；為了提取網格圖像，首先需要通過下式進行二值化圖像分割：

G(i,j)≥T(i,j)，G(i,j)＝255

G(i,j)＜T(i,j)，G(i,j)＝0

上式中，G(i,j)為圖像中像素坐標為(i,j)處的灰度值，灰度值范圍為(0-255)，0為黑色，255為白色；T(i,j)為進行二值化分割的閾值；設置該閾值時，要保證網格的連續性，同時也要盡量去除圖像噪聲；