專利名稱：自相似泥沙顆粒大小的識別系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及水利學和信息科學的交叉學科。
背景技術：
地震或其他因素引起的滑坡、泥石流、堰塞湖等自然災害頻發，給人們的生產生活造成了巨大的影響，那么，怎么樣消除或盡可能減小這些自然災害對人們的不利影響呢？為此，許多學者做了大量的科學研究工作。總結前人的研究成果，我們可以發現地震烈度、降雨強度、山體自身的坡度、山體的含水率及泥沙的粒徑級配、河流流量等各種因素決定著 滑坡、泥石流及堰塞湖等各種災害的發展方向。而在各種影響因素當中，泥沙的粒徑級配又在很大程度上決定了滑坡、泥石流、堰塞湖等自然災害發生的時間、范圍及程度。這是因為泥沙顆粒的大小是泥沙起動與否的決定條件之一。錢寧等將泥沙定義為“在流體中運動或受水流、風力、波浪、冰川及重力作用移動后沉積下來的固體顆粒碎屑”。我們注意到，當泥沙堆積在河床或其他某地方靜止不動時一般情況是不會發生泥沙災害的，只有當泥沙起動后或者說處于運動狀態時才有可能導致泥沙災害的發生，如滑坡、泥石流等。早在1753年，布朗母斯(A. Brahms)就提出泥沙的起動流速與泥沙的重量的1/6次方成正比。后經過多年的發展，希爾茲于1936年將量綱分析的方法運用到泥沙運動當中，提出了有名的希爾茲曲線，上個世紀五十年代，萊恩把起動拖曳力的概念引用到渠道設計中來。近年來，何文社、李文萍等學者對泥沙的起動規律及其影響因素進行了大量深入研究，并得出了泥沙啟動流速公式Vc =[I+ ξ( )](Α^
V yd, d9o在(1-1)式中，Ys，Y分別為泥沙顆粒及水的容重，Cli為所研究的顆粒，I為與相對暴露度有關的系數，取值范圍為O l，dm為泥沙級配的平均粒徑。從他們的研究結論中我們可以看到，影響泥沙起動的主要因素是水力條件及泥沙本身的容重、級配及其相對暴露度。對于單顆泥沙來說，泥沙起動還帶有很大的隨機性質，但對于大量泥沙顆粒來說，則是有某些規律可循的。為此，一些學者對泥沙起動的判別標準做了不同的劃分，如克雷默(H. Kramer)把推移質的運動分為四個階段(I)無泥沙運動床面沙粒全部處于靜止狀態；(2)輕微的泥沙運動在床面的部分區域可以看到屈指可數的細顆粒泥沙正處于運動狀態；(3)中等強度的泥沙運動在床面各處都可以看到有中等大小以下的沙粒在運動，其強度已經大到使我們無法計數；(4)普遍的泥沙運動各種大小的沙粒均已投入運動，引來床面外形的急速改變。現存技術主要有以下幾個方面的缺陷I、首先要對泥沙進行破壞性采用，如，使用鐵鍬對所需要的泥沙進行挖掘，這里會有兩個方面缺點，一是破壞環境，二是挖掘過程容易引發事故。
2、不能大規模的進行采樣，造價昂貴。3、泥沙顆粒識別沒有采用數據融合的方式，也很少采用數字圖象處理、決策識別等技術。
發明內容
本發明目的是針對目前泥沙顆粒大小識別方法存在的缺陷，提出了一種泥沙顆粒大小識別方法和系統。本發明提供了一種泥沙顆粒大小的識別方法，該方法主要包括以下步驟根據所泥沙顆粒大小識別的要求，第一步驟對所需要進行采樣的地區或者采樣點進行數碼拍攝，拍攝過程中，有兩種方式，一是鏡頭離泥沙的距離保持在I米左右；另外鏡頭離泥沙的距離保持在4米左右。由于識別效果與這個焦距有關系，我們的系統在測試過程中，使用這兩種方式比較好。第二個步驟圖象預處理對采集泥沙圖象進行灰度處理，進行銳化處理，同時進行灰度和對比度的統計。第三個步驟自相似泥沙顆粒大小的識別算法算法輸入圖象灰度矩陣和圖象梯度矩陣對灰度矩陣按像素點為單位計算出一個對稱相似矩陣；對稱相似矩陣采用歐式距離，計算方法如下(Iijj = Xi-Xj對梯度矩陣按各點梯度值為單位計算出一個梯度對稱相似矩陣；對稱相似矩陣采用歐式距離，計算方法如下」=Xi-Xj把灰度相似矩陣進行歸一化后，與梯度對稱矩陣進行融合，融合方式可以采用相力口，也可以采用相減。得到一融合矩陣。計算方法如下
=把R矩陣進行非負分解，分解成的小矩陣作為顆粒大小分類的一個標準。計算方法如下R = MXN按分類的結果對圖象進行分割，然后根據各分割的比例大小進行泥沙顆粒大小的識別，其中要與基準的顆粒進行對比，最后得到各顆粒大小的比例
圖I為泥沙顆粒識別系統的總體結構示意圖；圖2為數字圖像預處理流程圖。
具體實施方式
本系統總體結構圖如圖I所示。系統總體功能分為三個部分一、圖象采集；二、圖象預處理；三、泥沙顆粒大小的識別。圖象采集過程一般由領域專家決定采集的樣本點，采集的范圍；由于采用數碼拍攝的方式，成本非常低，所以，可以大量的采集樣本。圖像預處理在獲取泥沙級配圖像的時候，由于數碼相機自身像素的限制，外部復雜環境的干擾——如光照不均勻，空氣能見度低，拍攝、傳輸和處理過程中的其他人為和機械因素等原因，導致所獲得的泥沙級配圖像模糊不清，質量偏低，計算機無法直接對其進行 識別分析，這就需要通過一定的預處理技術手段來改善泥沙級配圖像的質量。一般預處理的技術手段主要包括圖像去噪、圖像增強和圖像恢復等。圖像預處理的過程如圖2所示。泥沙顆粒大小的識別是對圖2預處理后的圖片進行分析，按照上面所述的“自相似泥沙顆粒大小的識別算法”進行識別，然后可以識別出泥沙顆粒的大小。
權利要求
1.自相似泥沙顆粒大小的識別系統，根據所測量的泥沙、系統和實際應用的要求，使用數碼拍攝對數據對象進行采集。然后對圖象處理成圖象灰度矩陣和圖象梯度矩陣。權利要求如下保護本發明對泥沙圖象的采樣方式與系統。
2.保護本發明對采集泥沙圖象進行灰度處理，進行銳化處理，同時進行灰度和對比度的統計的系統。
3.保護本發明描述的自相似泥沙顆粒大小的識別系統。
全文摘要
自相似泥沙顆粒大小的識別系統是一種新的泥沙顆粒大小和比例識別方法和系統，主要是用數碼攝像機對所需要識別的泥沙進行拍照，然后對這些照片進行一系列的處理，然后得到泥沙顆粒大小比例的一種方法。本發明系統總體結構圖如圖1所示。系統總體分為三個部分一、泥沙圖象數據采集部分；二、泥沙圖象數據處理部分；三、泥沙級配識別智能決策部分。本系統解決了其它系統不能解決的三個問題1、在泥沙數據采集的階段，實現了無損害抽樣，數據采集方式上進行了更新。數據采集方便容易。2、采集數據可以避免危險，同時采集成本低。3、使用數碼拍攝的方式，同時識別過程與時間快，這樣就可以大面積的采用，同時就對整體對象的識別率高。
文檔編號G06K9/00GK102955934SQ201110247009
公開日2013年3月6日 申請日期2011年8月26日 優先權日2011年8月26日
發明者王紅軍, 李天瑞, 趙巍 申請人:江蘇正圓信息科技有限公司