[發(fā)明專利]仿真植被阻水面積的確定方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010077275.0
• 申請日: 2020-01-26
• 公開（公告）號: CN111325760B
• 公開（公告）日: 2023-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 嚴(yán)春浩;劉超;劉興年;聶銳華;古睿;楊克君;單鈺淇;王協(xié)康;陳日東
• 申請（專利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 主分類號: G06T7/12
• 分類號: G06T7/12;G06T3/60;G06T7/62
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 郭萍

本發(fā)明公開了一種仿真植被阻水面積的確定方法，包括以下步驟：將單株仿真植被沿其周向旋轉(zhuǎn)，獲取若干角度的單株仿真植被圖像；對獲取的若干角度單株仿真植被圖像進行二值化處理；對每個單株仿真植被圖像沿其高度方向截取若干橫截面，得到各橫截面寬度，并各橫截面寬度換算成仿真植被對應(yīng)橫截面的直徑，將各角度單株仿真植被圖像對應(yīng)仿真植被不同橫截面的直徑進行平均、匯總，得到仿真植被直徑?高度模型D(z)；將仿真植被直徑?高度模型D(z)沿其高度方向積分即得到單株仿真植被的阻水面積：通過本發(fā)明提供的方法能夠準(zhǔn)確獲取仿真植被阻水面積。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水利工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及水利工程中的流速研究，尤其涉及在有植被群落水槽試驗的流速研究中確定仿真植被阻水面積的方法。

背景技術(shù)

阻水面積原指河道設(shè)計水位線以下至一般沖刷線處墩(架)在水流正交面上的投影面積，針對在有植被群落河道中，此阻水面積為植被群落在水流正交面上的投影面積。

在天然河道中生長著不同形態(tài)的植被，形成具有一定長度和寬度的植被群落，而植被群落會阻礙水流的前進使水流結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。當(dāng)水流從上游流向植被群落時，由于植被群落的出現(xiàn)會使得水流在植被群落上游邊界處發(fā)生橫向偏轉(zhuǎn)，縱向流速開始逐漸降低；當(dāng)水流繼續(xù)流入植被區(qū)域內(nèi)部時，縱向流速會持續(xù)降低直至穩(wěn)定。植被群落阻水面積越大(小)，縱向流速降低得就越快(慢)，最終在植被區(qū)域內(nèi)部達到穩(wěn)定的值就越小(大)。由于水流具有連續(xù)性，植被群落內(nèi)部縱向流速降低，則植被群落外部區(qū)域的縱向流速勢必會增加。縱向流速的減小會使得水流攜帶泥沙顆粒的能力降低，因此泥沙顆粒會在縱向流速較小的區(qū)域發(fā)生沉積(植被群落區(qū)域內(nèi)部和尾部)；相反縱向流速的增加則會使水流攜帶泥沙顆粒的能力增強，讓河床上更多的泥沙顆粒起動隨水流運動，因此在縱向流速增加的區(qū)域河床會發(fā)生沖刷(植被群落外部區(qū)域)。泥沙顆粒在植被區(qū)域內(nèi)部和尾部的沉積反過來會促進植被的縱向生長；而河床在植被群落外部區(qū)域發(fā)生沖刷則會抑制植被群落的橫向生長。因此植被群落的阻水面積通過對植被群落附近的流速變化產(chǎn)生影響，進一步對植被群落附近的河床變化和其生長趨勢產(chǎn)生重要的影響。

現(xiàn)如今在有植被群落水槽內(nèi)進行的試驗中，大多數(shù)學(xué)者采用均勻細長的圓柱形桿件來模擬真實植被，構(gòu)建植被群落。而這種均勻細長的圓柱體桿件形態(tài)單一，具有單一的直徑d，其不會隨著桿件高度的變化而變化，因此此類桿件構(gòu)造的單株植被的阻水面積A，可以通過單株植被的直徑d與水流淹沒植被深度h而計算得到A＝dh。

然而在真實的生活中，真實植被與細長圓柱體桿件相比其植被形態(tài)具有多樣性、非均勻性和復(fù)雜性，橫截面直徑會隨著植被的高度而發(fā)生變化，這對植被的阻水面積確定帶來困難。為了更貼近真實情況，現(xiàn)有學(xué)者運用仿真植被替代均勻細長圓柱桿件來模擬真實植被，而在用仿真植被來模擬構(gòu)建真實植被群落的水槽試驗中，對仿真植被阻水面積的確定是一個關(guān)鍵性問題。

由于仿真植被的形狀是決定植被阻水面積的重要因素，橫截面直徑隨著高度的變化而發(fā)生變化。因此單株均勻細長圓柱體桿件的阻水面積計算方法A＝dh無法滿足單株仿真植被阻水面積的計算。需要建立一種新方法來確定單株仿真植被阻水面積。

發(fā)明內(nèi)容

針對目前缺少確定仿真植被阻水面積方法的技術(shù)現(xiàn)狀，本發(fā)明的目的旨在提供一種仿真植被阻水面積的確定方法，通過該方法獲得精度較高的單株仿真植被阻水面積。

仿真植被具有類似于真實植被的特性，其包括主枝干以及從主枝干上延伸出兩片以上的葉片。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，仿真植被自底部往上，隨著高度的增加，其橫截面直徑逐漸增加。基于此，本發(fā)明首先對仿真植被圖像進行處理，獲取仿真植被直徑隨高度的變化關(guān)系——仿真植被直徑-高度模型；然后對仿真植被直徑-高度模型沿高度方向進行積分，即得到單株仿真植被阻水面積。

為了達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)。

本發(fā)明提供的仿真植被阻水面積的確定方法，包括以下步驟：

S1采集圖像，將單株仿真植被沿其周向旋轉(zhuǎn)，獲取若干角度的單株仿真植被圖像；