基于数字图像的河床表面结构观测及分析技术

任务来源：

技术领域：水利工程建设与管理

技术来源：省部计划，,自主研发。获发明专利2项,分别是“基于数字图像的床沙表层级配观测分析方法及系统”(ZL201610425105.0)，“不规则边界河道河床表面分形维数计算方法”(ZL201610699770.9)；软件著作权2项，分别是“基于数字图像的不同颜色床沙表层级配分析计算软件 V1.0”(2019SR0560841)，“河床表面分形维数计算软件V1.0”(2017SR076148)。出版专著1本《清水冲刷非均匀推移质运动》(长江出版社)。

技术原理

一种基于数字图像的河床表面结构观测及分析技术，采用节点计数法，在床沙不同粒径组分为不同颜色的条件下，通过对固定区域的床沙表面进行影像采集分析，输出床沙表面级配分布数据，同时，将分形维数的概念应用于描述河床表面形态，在基于数字图像建立河床表面 DEM 的基础上，根据表面积尺度法原理，对其不规则边界处理、空间四边形面积计算及无标度区判断等方面进行改进，计算河床表面分形维数。

技术特色

（1）集成卫星遥感、无人机倾斜摄影测量、地面高精度GPS测量、无人船测量、高分辨摄像设备等多层次多平台的测量方式，构建天然河道与模型试验的多尺度测量体系，高效精准获取河床全景三维地形及表层床沙等数字图像信息。（2）可基于采集的河床表面图像，在水沙试验过程中不对试验过程产生扰动的条件下，实现表层床沙级配的实时观测与分析。

技术指标

突破了国内外传统模型试验数据观测方式，大大提高了不规则边界河床形态调整分形维数计算精度。基于河床表面DEM，来计算得出不规则边界下的河床表面分形维数，定量描述河床不规则性及多尺度性，解释河流曲折程度和表面形态的复杂性，进而分析河床演变中的河势、河相变化甚至河型演变。

应用范围及前景

适用于河工模型试验及天然河道中河床表观结构观测及分析。该技术已被成功应用于武汉大学水利水电学院、江西省水利科学研究院、长江航道规划设计研究院、重庆西南水运科学中心、长江重庆航运工程勘察设计院等单位有关河道治理、航道整治、江湖关系及水沙运动规律研究等20多项各类项目，取得了显著的社会效益、经济效益和生态效益。

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李志晶

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长江水利委员会长江科学院

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