基本信息
- 项目名称：
- 基于模式识别的风沙输移量测定技术
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本作品是一套简便易行的测量装置监测风力侵蚀泥沙输移量,通过风沙侵蚀输移量与风沙入河量的关系,进而确定因风沙引起的河流含沙量。
- 详细介绍：
- 本作品基于模式识别原理，开发了风沙动态量测新技术。设计的量测系统通过自动采集、传输风沙图像信息、风速信息，推算风沙浓度与风速，利用推导出的风沙浓度、风速垂线分布曲线，确定所测区域风沙输移量。系统主要包括：图像动态采集设备、风速风向仪、数据无线传输设备、太阳能电池板、图像识别分析软件等。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 作品目的是解决野外风沙输移量观测地工作困难，实现高效准确的自动化风沙输移量测。 基本思路是：空气中有风沙存在将会影响到拍摄图相的清晰度，不同浓度的风沙含量对图像的影响程度不同。基于这样基本认识，本作品通过静态试验和动态试验结合的方法探求不同浓度风沙与照片参数之间的关系，通过模式识别技术，分析出现风沙时拍摄的图像就可得到相应时间、位置的风沙浓度。利用有限测点获取该位置的风沙图像与风速，利用数据自动采集与远程传输技术将测点数据传输到控制室，通过分析风沙图像获取风沙浓度，利用已知的风沙输移量与风沙浓度和风速的函数关系，确定测量位置处的单位时间风沙输移量。 创新点：1.应用图像采集设备对不同浓度风沙进行图像采集，通过模式识别技术分析风沙图像获取风沙浓度，巧妙地化解了传统接触式风沙浓度测量方法的缺陷和效率低下等问题。 2.本作品通过拍摄不同风沙浓度的图像，分析这些图像的RGB值和灰度参数，定量取得满足工程精度要求的风沙浓度值。 3.通过确定的风沙输移量与风沙浓度和风速的函数关系，利用有限测点测取风速和风沙浓度数据，确定测量区域内风沙的输移量。 关键技术和主要技术指标：动态试验的控制，与静态试验的结合，图像参数的选取，试验数据的回归，采集数据的处理和传输。风速范围为5m/s到30m/s；浓度范围为 20g/ m3-200 g/ m3
科学性、先进性
- 测量风沙浓度传统采用接触式集沙仪，需要频繁的维护，装置本身容易被沙粒阻滞，采集的数据只能是间断的时均值，且精度不高。同时测量人员经常需要在风沙中安置仪器，取样监测。本作品创造性的应用图像识别技术测量风沙浓度，巧妙地化解了传统接触式测量风沙浓度方法带来的不便和效率低下等问题。同时可以连续测量、数据自动采集与远程传输。 虽然高速相机照片质量高、拍摄速度快，在动态风沙流动的数据采集中取得很多风沙流动研究者的认可。然而河流流经的风力侵蚀区域往往很大，需要设置多处测量仪器，而且观测条件恶劣，精密仪器很容易损坏。这样导致观测成本过高。采用一般数码相机通过采集分析图像RGB值和灰度等参数即可得出满足工程需要精度的风沙浓度，解决了测量仪器成本高、不易维护的问题。 借助风速分布和浓度分布曲线，利用有限测点获取风速和风沙浓度数据，确定测量区域内风沙的输移量；有效地提高了测量精度与工作效率。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 模型，图片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 该作品的使用简单易行，只须将图像采集设备固定在一个特定位置，在镜头前方不同高度位置上放置目标靶；当风沙来临时，对准标靶自动获取图像，并将图像数据传输到监测中心。通过专用软件进行图像分析，即可获得拍摄期拍摄点的风沙浓度。 进一步利用各测点风速及风沙浓度，根据已知的浓度分布关系，通过专用程序计算出风沙输移量。 目前市场上的风沙浓度测量仪器大多采用原始的计重称量方法，对人的依赖度高、机动性差。本作品避免了传统测量方法的缺陷，操作简单易行、成本低廉、自动化程度高，且可以满足工程需要。本作品在风沙较多的流域或者需要量测风沙浓度或风沙输移量的区域均可应用。具有推广的前景和市场开拓潜力
同类课题研究水平概述
- 目前测定风沙浓度使用最广的是集沙仪，其大致分为两大类：进沙口按水平方向排列的集沙仪和进沙口按垂直方向按排列的集沙仪。在过去的几十年中多种类型的集沙仪相继问世。例如：被动式集沙仪由于使用方便、容易制作、价格便宜，而被普遍使用；旋转式集沙仪可收集多个方向的输沙通量，适合于野外观测。但是集沙仪的效率一直受到质疑，绝大多数的集沙仪由于集沙孔表面不连续不适于量测表面蠕移，特别是在沙床结构形态发生迁移的情况下。 一些学者提出了使用先进的仪器设备技术方法（如：PIV技术）测量风沙浓度，相对于传统的集沙仪在效率和精度上的有了大幅提高，但是其技术成本较高，注重理论研究与精细量测,不能在实际工程中应用推广。
