CN108444873A - 一种计算颗粒在堵塞过程中整体运移速度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种计算颗粒在堵塞过程中整体运移速度的方法，包括处理试验过程拍摄的高清图像，提取出每个堵塞颗粒的坐标值；以透水混凝土表面为起始面，将整个透水混凝土的试验段分为多层；为求得某一粒径堵塞颗粒在某时刻t的速度值，针对该种堵塞颗粒挑选两张t的两个相邻时刻t1和t2的图片，找出两张图片中堵塞颗粒的坐标，即求得其速度值；为了得到某一粒径堵塞颗粒在某时刻t的运移情况，统计出每层透水混凝土中在t的两个相邻时刻t1和t2时的该粒径堵塞颗粒的个数，求得该粒径堵塞颗粒数占总堵塞颗粒数的比例；用t2时刻统计结果减去t1时刻统计的统计结果，得到一个比例差，该比例差就能反应在此时刻堵塞颗粒的运移情况。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型的计算颗粒在透水混凝土堵塞过程中运移速度的方法，属于土木工程领域。
背景技术
在研究透水混凝土堵塞机理的过程中，了解堵塞颗粒在透水混凝土中的运移过程是十分必要的，而分析堵塞颗粒整体的运移速度有利于分析堵塞进程。利用拍摄的高清图片，可以得到时间间隔一定的情况下堵塞颗粒运移的过程；但是想要将每一个堵塞颗粒从成千上万个堵塞颗粒中识别提取出来是十分困难的。
发明内容
为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明公开了一种计算颗粒在堵塞过程中整体运移速度的方法，该方法将划分好的一个深度层上的颗粒看成一个整体来进行分析。
本发明采用的技术方案如下：
一种计算颗粒在堵塞过程中整体运移速度的方法，
步骤1利用图像处理软件处理试验过程拍摄的高清图像，提取出每个堵塞颗粒的坐标值；
步骤2以透水混凝土表面为起始面，沿透水混凝土厚度方向将整个透水混凝土的试验段分为多层；
步骤3为了求得某一粒径堵塞颗粒在某时刻t的速度值，针对该种堵塞颗粒挑选两张t的两个相邻时刻t1和t2的图片，找出两张图片中堵塞颗粒的坐标，即可求得其速度值；
本步骤中的相邻时刻是针对所述的某时刻描述，某时刻的上一时刻的图片和下一时刻的图片；至于两个时刻之间的间距时间，可以根据实验需要进行自行设定。
步骤4为了得到某一粒径堵塞颗粒在某时刻t的运移情况，统计出每层透水混凝土中在t的两个相邻时刻t1和t2时的该粒径堵塞颗粒的个数，求得该粒径堵塞颗粒数占总堵塞颗粒数的比例；并进行列表，用t2时刻统计结果减去t1时刻统计的统计结果，得到一个比例差，该比例差就能反应在此时刻堵塞颗粒的运移情况。
其中，t1为t的前一时刻，t2为t的后一时刻。
进一步的，在步骤1的图像处理之前，采集图片，将堵塞颗粒和混凝土颗粒放置在一个透明水槽中，混凝土颗粒采用透明的聚丙烯酸钠小球代替；堵塞颗粒采用彩色的小球代替；照相机放置在透明水槽的一侧；按照设定的时间拍摄堵塞颗粒的运移图片。
进一步的，本发明划分出的下层的透水混凝土层中增加的颗粒是来自于上层透水混凝土层。
进一步的，对于上层减少的堵塞颗粒与邻近的下层增加的堵塞颗粒数一致的情况；本发明根据t2-t1时段内某种粒径的堵塞颗粒在透水混凝土中的位移变化，计算该颗粒移动的速度。
进一步的，对于上层减少的堵塞颗粒与邻近的下层增加的堵塞颗粒数不一致的情况，需要按照就近匹配的方法对移动的堵塞颗粒就近匹配到邻近的位置上，并将多余的数量再依次往下分配，直至全部匹配完成；由此得到该种堵塞颗粒的位移和发生移动的颗粒占全部堵塞颗粒的比例；然后，按照加权平均的算法对某种粒径颗粒移动速度进行计算，具体公式如下：
其中v表示某种粒径颗粒堵塞发展的速度，Δyi表示颗粒移动的位移，fi表示移动了Δyi的颗粒面积占总颗粒面积的比例，t1表示初始时刻，t2表示结束时刻；n表示由上层减少颗粒和下层增加颗粒相匹配的组数。
本发明的有益效果如下：
本发明可以在不识别某一颗粒移动前后具体位置的情况下，计算出颗粒的运移速度。这一速度并不是颗粒真实的运动速度，而是堵塞颗粒向下发展的速度。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为；不同时刻堵塞颗粒在透水混凝土中可能运移情况示意图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；
为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”字样，仅表示与附图本身的上、下方向一致，并不对方法起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的方法必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
正如背景技术所介绍的，在研究透水混凝土堵塞机理的过程中，了解堵塞颗粒在透水混凝土中的运移过程是十分必要的，而分析堵塞颗粒整体的运移速度有利于分析堵塞进程。利用拍摄的高清图片，可以得到时间间隔一定的情况下堵塞颗粒运移的过程；但是想要将每一个堵塞颗粒从成千上万个堵塞颗粒中识别提取出来是十分困难的。
为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种计算颗粒在堵塞过程中整体运移速度的方法；在图像处理之前，采集图片，将堵塞颗粒和混凝土颗粒放置在一个透明水槽中，混凝土颗粒采用透明的聚丙烯酸钠小球代替；堵塞颗粒采用彩色的小球代替；照相机放置在透明水槽的一侧；按照设定的时间拍摄堵塞颗粒的运移图片；
步骤1利用像处理软件ImageJ处理试验过程拍摄的高清图像，提取出每个堵塞颗粒的坐标值；
具体的，可以以透水混凝土的最高平面为X坐标，以透水混凝土厚度方向为Y坐标，且以水槽的左上角为0点坐标，沿着混凝土的厚度方向，越往下Y值越大；
具体的，本发明中还可以采用别的处理软件对拍得的图像进行处理，ImageJ只是本发明列举的其中一种软件。
步骤2以透水混凝土表面为起始面，沿透水混凝土厚度方向将整个透水混凝土的试验段分为多层；
优选的，可以选择每2mm分为一层，也可以选择1mm分为一层，也可以选择3mm分为一层，等等，可以根据实验需要进行分层，在此该数值不受限制。但是分层的间距值设置的越小，最终得到数据的精确度越高，分层的间距值设置的越大，最终得到数据的精确度越低。
步骤3为了求得某种粒径的堵塞颗粒在某时刻t的速度值，针对该种堵塞颗粒挑选两张相邻时刻的图片，找出两张图片中堵塞颗粒的坐标，即可求得其速度值；
本步骤中的相邻时刻是针对所述的某时刻描述，是指某时刻的上一时刻的图片和下一时刻的图片；至于两个时刻之间的间距时间，可以根据实验需要进行自行设定；例如为了求得堵塞颗粒在2点时候的速度值，可以选取2点15分，和1点45分的图片，找出这两张图片中堵塞颗粒的坐标；
进一步的，本发明可以根据两张图片中堵塞颗粒的X轴坐标和Y轴坐标，得出其在X方向和Y方向的上速度。具体的，本发明根据t2-t1时段内堵塞颗粒在透水混凝土中的X方向和Y方向的位移变化，可以计算该颗粒移动的速度。
根据该方法可以统计出每一种粒径的堵塞颗粒的运移速度，只需要分别统计即可。
步骤4，为了得到某一粒径堵塞颗粒在某时刻t的运移情况，统计出每层透水混凝土中在t的两个相邻时刻t1和t2时的该粒径堵塞颗粒的个数，求得该粒径堵塞颗粒数占总堵塞颗粒数的比例；并进行列表，用t2时刻统计结果减去t1时刻统计的统计结果，得到一个比例差，该比例差就能反应在此时刻堵塞颗粒的运移情况。
本发明划分出的下层的透水混凝土层中增加的颗粒是来自于上层透水混凝土层。
此外，本发明对于上层减少的颗粒与邻近的下层增加的颗粒数不一致的情况，需要按照就近匹配的方法对移动的堵塞颗粒就近匹配到邻近的位置上，并将多余的数量再依次往下分配，直至全部匹配完成；由此得到颗粒的位移和发生移动的颗粒占全部堵塞颗粒的比例；然后，按照加权平均的算法对颗粒移动速度进行计算，如式1所示。
其中v表示某种粒径颗粒堵塞发展的速度，Δyi表示颗粒移动的位移，fi表示移动了Δyi的颗粒面积占总颗粒面积的比例，t1表示初始时刻，t2表示结束时刻；n表示由上层减少颗粒和下层增加颗粒相匹配的组数。
在上层减少的颗粒与邻近的下层增加的颗粒数一致和不一致的两种情况下,具体的计算公式是一样的,只不过在分配完成时,颗粒数一致的情况下,上层没有多余的颗粒,颗粒数不一致情况下,上层可能存在多余的颗粒无法再下层找到相匹配的颗粒,但当下层增加的颗粒数都计算进去以后匹配过程就完成了.
具体实施例1
举例说明，下表所示为某一粒径颗粒移动匹配结果，表格中最后一列负数值部分表示透水混凝土中该层深度所对应减少的颗粒，即离开该层多孔介质的颗粒比例；而正数值表示多孔介质中该层深度所对应增加的颗粒比例，0表示既没有增加也没有减少。
从t1到t2时刻，可以看成颗粒集中的位置有6％的堵塞颗粒由1mm移动到了11mm，3％的堵塞颗粒由6mm移动到了25mm，2％的堵塞颗粒由9mm移到了27mm，4％的堵塞颗粒由21mm到35mm，t1到t2时间间隔为0.165s，因此，得到粒径ds＝0.6-1.18mm(绿色)颗粒堵塞发展速度为v1＝84.44mm/s。
表1某粒径颗粒移动匹配表
可以在不识别某一颗粒移动前后具体位置的情况下，计算出颗粒的运移速度。这一速度并不是颗粒真实的运动速度，而是堵塞颗粒向下发展的速度。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种计算颗粒在堵塞过程中整体运移速度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1利用图像处理软件处理试验过程拍摄的高清图像，提取出每个堵塞颗粒的坐标值；
步骤2以透水混凝土表面为起始面，沿透水混凝土厚度方向将整个透水混凝土的试验段分为多层；
步骤3为了求得某一粒径堵塞颗粒在某时刻t的速度值，针对该种堵塞颗粒挑选两张t的两个相邻时刻t1和t2的图片，找出两张图片中堵塞颗粒的坐标，即可求得其速度值；
步骤4为了得到某一粒径堵塞颗粒在某时刻t的运移情况，统计出每层透水混凝土中在t的两个相邻时刻t1和t2时的该粒径堵塞颗粒的个数，求得该粒径堵塞颗粒数占总堵塞颗粒数的比例；并进行列表，用t2时刻统计结果减去t1时刻统计的统计结果，得到一个比例差，该比例差就能反应在此时刻堵塞颗粒的运移情况；
其中，上面所述的t1为t的前一时刻，t2为t的后一时刻。
2.如权利要求1所述的一种计算颗粒在堵塞过程中整体运移速度的方法，其特征在于，在步骤1的图像处理之前，采集图片，将堵塞颗粒和混凝土颗粒放置在一个透明水槽中，混凝土颗粒采用透明的聚丙烯酸钠小球代替；堵塞颗粒采用彩色的小球代替；照相机放置在透明水槽的一侧；按照设定的时间拍摄堵塞颗粒的运移图片。
3.如权利要求1所述的一种计算颗粒在堵塞过程中整体运移速度的方法，其特征在于，下层的透水混凝土层中增加的堵塞颗粒是来自于上层透水混凝土层中的堵塞颗粒。
4.如权利要求1所述的一种计算颗粒在堵塞过程中整体运移速度的方法，其特征在于，对于上层减少的堵塞颗粒与邻近的下层增加的堵塞颗粒数一致的情况；根据t2-t1时段内某种粒径的堵塞颗粒在透水混凝土中的位移变化，计算该颗粒移动的速度。
5.如权利要求1所述的一种计算颗粒在堵塞过程中整体运移速度的方法，其特征在于，对于上层减少的堵塞颗粒与邻近的下层增加的堵塞颗粒数不一致的情况，需要按照就近匹配的方法对移动的堵塞颗粒就近匹配到邻近的位置上，并将多余的数量再依次往下分配，直至全部匹配完成；由此得到该种堵塞颗粒的位移和发生移动的颗粒占全部堵塞颗粒的比例；然后，按照加权平均的算法对某种粒径颗粒移动速度进行计算。
6.如权利要求5所述的一种计算颗粒在堵塞过程中整体运移速度的方法，其特征在于，具体的计算式如下：
其中v表示某种粒径颗粒堵塞发展的速度，Δyi表示颗粒移动的位移，fi表示移动了Δyi的颗粒面积占总颗粒面积的比例，t1表示初始时刻，t2表示结束时刻。
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