[发明专利]一种基于B超成像技术的低含沙量测量方法

说明书

技术领域

本发明属于河港水工模型测量技术领域，特别涉及一种基于B超成像技术的低含沙量测量方法。

背景技术

在沙粒研究和河港水工模型试验中，模型断面含沙量及其沿垂线上的浓度分布特征对沙粒运动规律和河床演变规律的研究具有十分重要的意义；目前，低含沙量测量主要采用光学和声学方法，应用最为广泛的是光学浊度计，它是基于消光原理实现对悬浮粒子浓度或含沙量的测量，主要用于水厂等工业场合浊度的测量，由于光学测量的方法受到不同材质透光特性的差异和悬浮粒子粒度大小的影响，在河港水工模型试验中使用效果不好；此外，声学的方法在低含沙量测量方面技术还不成熟，没有形成相对较为成熟的测量仪器；且以上两种测量方法都属于点式测量，不能直接获得含沙量的垂向分布特性；粒子浓度的空间分布和动态运动过程对于泥沙运动规律的研究具有十分重要的意义，且如何实时全面地反映粒子浓度的空间分布和动态运动过程，也是一直以来困扰模型试验泥沙研究的难题。

发明内容

针对背景技术存在的问题，本发明提供一种基于B超成像技术的低含沙量测量方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

下面对本发明的具体步骤及原理作详细介绍：

一种基于B超成像技术的低含沙量测量方法，包括以下步骤，

步骤1、利用B超仪对水下测量区域进行扫描成像，得到水中沙粒的反射亮斑图像；

步骤2、对图像背景噪声进行滤波并划分区域，对沙粒亮斑图像进行阈值分割，提取沙粒在图像中形成亮斑的像面积S_沙或灰度面积S_灰和整个区域的总像面积S_总；其中，S_总＝N_总S₀；N_沙为沙粒亮斑所占像素点的总个数，S₀为单个像素点所占图像面积，P_i为图像中第i个像素点所对应的灰度值，N_总为整个分析区域所占像素点的总个数；

步骤3、计算像面积浓度C_像或灰度面积浓度C_灰；其中，

步骤4、根据像浓度与实际含沙量的对应关系或灰度浓度与实际含沙量的对

应关系，通过查找计算结果C_像或C_灰所对应的数值即可得到待测的含沙量。

所述对应关系是通过率定试验得到的，率定试验是在固定增益和频率的条件下，利用本方法中的步骤1至步骤3对多个已知的不同浓度的沙溶液进行测量，分别计算得出多组像面积浓度和灰度面积浓度数据，通过多组数据组成数据表格，或者通过拟合分别得出像面积浓度和灰度面积浓度与实际含沙量之间的关系曲线，即像面积浓度的率定关系曲线和灰度面积浓度率定关系曲线；实际测量时，根据C_像或C_灰进行查找数据表格或者率定关系曲线得到待测水体的含沙量。

对图像从上到下进行分层测量，分别计算每层的含沙量，反映含沙量沿垂线方向的分布情况。

对于塑料沙，像面积浓度的率定关系曲线F_像(C_像)为：

F_像(C_像)＝(5.68C_像⁵-1745.5C_像⁴+1305.6C_像³-439.49C_像²+83.733C_像+0.9751)×10^-4；

灰度面积浓度的率定关系曲线F_灰(C_灰)为：

F_灰(C_灰)＝(1437.8C_灰³-642.65C_灰²+139.15C_灰+0.8813)×10^-4。

（1）本发明的原理