[發(fā)明專利]一種河口羽流染色實驗中的深度測量方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202210876506.3
• 申請日: 2022-07-25
• 公開（公告）號: CN115325957A
• 公開（公告）日: 2022-11-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 袁野平;張嘉鑫;譚欣宇;韓東睿;林穎典;賀治國
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: G01B11/22
• 分類號: G01B11/22;G06T7/62
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 忻明年

本發(fā)明屬于近海工程流體力學(xué)實驗領(lǐng)域，公開了一種河口羽流染色實驗中深度測量方法。根據(jù)標定槽中加入染色淡水前后灰度值的比值及對應(yīng)的深度值，得到灰度?深度標定曲線，將該標定曲線用于反算環(huán)形旋轉(zhuǎn)槽引入染色淡水后，歸一化處理后的俯拍圖中羽流的深度場，并繪制二值化圖像確定羽流輪廓，計算羽流區(qū)域最大寬度的幾何參數(shù)。本發(fā)明對實驗室羽流實驗凸起體積增長率的計算意義重大，對實驗室羽流實驗和真實羽流結(jié)構(gòu)的理解都有很重要的意義。本發(fā)明在深度測量和淡水流量守恒計算中的平均誤差都在可接受范圍內(nèi)，可操作性明顯，可靠性強。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及近海工程流體力學(xué)實驗領(lǐng)域，具體涉及一種河口羽流染色實驗中的深度測量方法。

背景技術(shù)

河口羽流(River Plume)是河流淡水流出河口后在近岸區(qū)域形成的鹽度較低的水體，并發(fā)育特有的近岸流場。它一般會在河口附近形成一個向海突出的凸出體(bulge)，在其下游(相對于開爾文波的傳播方向)形成沿岸流。河口羽流對近海的流場，營養(yǎng)鹽、污染物及泥沙自陸向海的輸運等都起著關(guān)鍵的作用，因而也成為近幾十年來的研究熱點。

河口生態(tài)系統(tǒng)是海洋生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，其生產(chǎn)力高，資源豐富，為水生生物提供了生存的場所，并且深刻地影響著近岸區(qū)域的人類活動。比如在凸起的體積較大的情況下，不論是污染物還是營養(yǎng)物質(zhì)都會在凸起累積，對凸起這一區(qū)域的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生劇烈的影響。同時也會導(dǎo)致下游沿岸流的流量減少，輸送到下游的污染物質(zhì)也就變少了，對下游人類活動會帶來有益的影響。再比如在干旱的年份，由于淡水流量的下降帶來近海羽流的減少，那么以河口作為生長場所的生物種類會明顯下降，也會改變當?shù)佤~類的生態(tài)環(huán)境，進一步改變其組成與結(jié)構(gòu)。

許多先進技術(shù)已被應(yīng)用于量測羽流的結(jié)構(gòu)。粒子圖像測速(PIV)和平面激光誘導(dǎo)熒光法(PLIF)都只能量測羽流的單個平面而并非三維的流場。掃描LIF方法雖可解決空間維度問題，但同時也引入了顯著的實驗復(fù)雜性。以上方法都有其局限性存在。針對繞中心軸旋轉(zhuǎn)的大規(guī)模圓形實驗環(huán)形旋轉(zhuǎn)槽1的河口羽流模擬實驗，需采取一種可計算淡水源附近凸起深度場的簡便方法。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供了一種河口羽流染色實驗中的深度測量方法。該技術(shù)可用于存在俯拍視角的多相流染色實驗，在沿海羽流模型實驗中實用性較強，成功用于確定河口羽流染色實驗的實際深度值?；谏疃葓鲇嬎愕玫降挠鹆黧w積和沿岸流輸運量可以驗證淡水流量守恒關(guān)系式。可以提高對羽流結(jié)構(gòu)和其動力學(xué)分析的可靠性、準確性和科學(xué)性。

為達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

一種河口羽流染色實驗中的深度測量方法，該方法包括如下步驟：

步驟1：在環(huán)形旋轉(zhuǎn)槽中注入鹽水至規(guī)定水位，將染色淡水放入提前固定在亞克力板上的標定槽中，將相機俯拍得到的圖片進行灰度化處理；根據(jù)標定槽中染色淡水灰度值I與空標定槽灰度值I₀的比值，與對應(yīng)的深度值，繪制歸一化灰度與深度的散點圖，使用指數(shù)函數(shù)進行非線性擬合，得到灰度-深度標定曲線；

步驟2：取出標定槽，待環(huán)形旋轉(zhuǎn)槽完全鋼化后持續(xù)引入染色淡水，使用相機俯拍和側(cè)拍羽流；

步驟3：對步驟2中相機拍攝得到的圖片轉(zhuǎn)化為灰度圖，并進行歸一化處理，根據(jù)步驟1獲得的灰度-深度標定曲線，反算灰度圖中羽流的深度場；

步驟4：基于所述深度場，繪制二值化圖像確定羽流輪廓，計算寬度、面積、體積等幾何參數(shù)；

步驟5：驗證淡水流量守恒以確定技術(shù)的準確性。

進一步的，所述步驟1具體如下：

實驗在半徑1.5m的的環(huán)形旋轉(zhuǎn)槽中進行。在環(huán)形旋轉(zhuǎn)槽中使用透明亞克力板搭建“海岸”，連接“海岸”后部的擴散器模擬“河口”(過流面積恒定)，加入斜坡地形以模擬現(xiàn)實存在河口羽流環(huán)境的大陸架地形。每次實驗前，將鹽水(鹽度由實驗參數(shù)約化重力g′控制)注入環(huán)形旋轉(zhuǎn)槽直至達到規(guī)定水位。