許琳娟，劉春晶，曹文洪，陳遠(yuǎn)超，魯 婧，秦俊桃

（1.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院流 域水循環(huán)模擬與調(diào)控國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100048：2.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院 水利部水沙科學(xué)與江河治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100048：3.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院 泥沙研究所，北京 100048：4.中國(guó)船艦研究設(shè)計(jì)中心，湖北 武漢 430064：5.北京華禹仟融水務(wù)技術(shù)咨詢有限公司，北京 100038）

非均勻推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)參數(shù)提取

許琳娟1，2，3，劉春晶1，2，3，曹文洪1，2，3，陳遠(yuǎn)超4，魯 婧1，2，3，秦俊桃5

（1.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院流 域水循環(huán)模擬與調(diào)控國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100048：2.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院 水利部水沙科學(xué)與江河治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100048：3.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院 泥沙研究所，北京 100048：4.中國(guó)船艦研究設(shè)計(jì)中心，湖北 武漢 430064：5.北京華禹仟融水務(wù)技術(shù)咨詢有限公司，北京 100038）

推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)機(jī)理復(fù)雜，準(zhǔn)確提取推移質(zhì)顆粒運(yùn)動(dòng)參數(shù)為推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)的微觀理論研究提供基礎(chǔ)。本文以水槽試驗(yàn)拍攝的視頻為基礎(chǔ)資料，通過一定方法對(duì)其做一系列的處理，將視頻中運(yùn)動(dòng)推移質(zhì)顆粒標(biāo)記出來，得到推移質(zhì)顆粒的位置坐標(biāo)，文中給出了由原始視頻到提取出推移質(zhì)顆粒位置坐標(biāo)的詳細(xì)過程：通過編程等手段計(jì)算出推移質(zhì)顆粒的一些運(yùn)動(dòng)參數(shù)，如粒徑，運(yùn)動(dòng)位移，運(yùn)動(dòng)速度，運(yùn)動(dòng)和靜止時(shí)間，對(duì)提取結(jié)果進(jìn)行展示，并給出這些參數(shù)隨時(shí)間的變化過程。

非均勻沙；推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)；運(yùn)動(dòng)參數(shù)提??；圖像處理；水槽試驗(yàn)

1 研究背景

天然河床通常是由砂、礫石和卵石等泥沙顆粒組成，且泥沙顆粒常以滾動(dòng)、滑動(dòng)或跳躍等多種形式在河床面附近運(yùn)動(dòng)。在床面附近，河流中的泥沙顆粒在水流作用下產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，泥沙顆粒的運(yùn)動(dòng)反過來又會(huì)改變水流的物理性質(zhì)和紊動(dòng)結(jié)構(gòu)，水流和泥沙相互作用顯著。在水流作用下，推移質(zhì)顆粒運(yùn)動(dòng)具有很大的隨機(jī)性，這為了解泥沙顆粒的整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程增加了難度。通過推移質(zhì)顆粒運(yùn)動(dòng)參數(shù)來研究推移質(zhì)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者們研究的熱點(diǎn)。

隨著現(xiàn)代觀測(cè)手段及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，用來測(cè)量推移質(zhì)顆粒運(yùn)動(dòng)的方法也多種多樣。胡春宏等［1-6］對(duì)推移質(zhì)躍移運(yùn)動(dòng)做了比較系統(tǒng)的研究：從水槽試驗(yàn)出發(fā)，利用高速攝像技術(shù)，觀測(cè)推移質(zhì)顆粒躍移運(yùn)動(dòng)，得到大量推移質(zhì)顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡，并計(jì)算它們的躍移參數(shù)，利用統(tǒng)計(jì)分析等方法對(duì)躍移參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并與實(shí)測(cè)資料進(jìn)行比較，最后從隨機(jī)理論的角度出發(fā)，對(duì)推移質(zhì)顆粒輸沙的隨機(jī)特性進(jìn)行研究。李丹勛［7］利用單幀單脈沖PTV技術(shù)測(cè)量懸移質(zhì)顆粒的運(yùn)動(dòng)，并對(duì)其運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行系統(tǒng)的分析，這種方法缺點(diǎn)是不能得到顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡。王煊等［8］利用圖像處理技術(shù)對(duì)不同密度和粒徑的顆粒在水流中的懸浮下降運(yùn)動(dòng)進(jìn)行測(cè)量，得到了顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡和速度。王殿常等［9］開發(fā)了PTV系統(tǒng)，能夠測(cè)量懸移質(zhì)顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡，并分析了顆粒的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性。劉清泉等［10］對(duì)床面附近泥沙顆粒的運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行分析，指出其有著特殊的脈動(dòng)和力學(xué)機(jī)制。唐立模等［11-12］根據(jù)圖像處理技術(shù)，得到大量顆粒的三維運(yùn)動(dòng)軌跡和運(yùn)動(dòng)參數(shù)，并對(duì)運(yùn)動(dòng)速度等進(jìn)行分析。

基于前人的研究，本文以水槽試驗(yàn)拍攝的視頻為基礎(chǔ)，通過一些技術(shù)手段提取視頻中推移質(zhì)顆粒的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，比如推移質(zhì)顆粒的位置坐標(biāo)，粒徑大小，運(yùn)動(dòng)位移，運(yùn)動(dòng)速度及運(yùn)動(dòng)、靜止時(shí)間等，為床面附近推移質(zhì)顆粒運(yùn)動(dòng)機(jī)理研究奠定基礎(chǔ)。

2 試驗(yàn)過程

2.1 試驗(yàn)設(shè)備 試驗(yàn)是在中國(guó)水利水電科學(xué)研究院大興試驗(yàn)基地水槽試驗(yàn)廳進(jìn)行的。實(shí)驗(yàn)水槽為玻璃邊壁的波浪徑流變坡水槽，長(zhǎng)50 m，寬1m，高1.2 m，擁有自動(dòng)化調(diào)控和水循環(huán)系統(tǒng)，坡降調(diào)節(jié)范圍為0～1%，最大水深為1m，最大流量為500 L/s。水槽整體結(jié)果示意圖如圖1所示。

圖1 水槽整體結(jié)構(gòu)

實(shí)驗(yàn)用沙為天然混合沙，ρ=2650 kg/m3，床沙粒徑范圍為0.1～20mm，圖2為床沙級(jí)配曲線。

圖2 床沙級(jí)配曲線

2.2 試驗(yàn)方法 目前對(duì)推移質(zhì)顆粒的觀測(cè)方法主要有：（1）通過攝像機(jī)在試驗(yàn)水槽側(cè)面進(jìn)行拍攝，這種方式只能獲取單顆粒的速度：（2）在試驗(yàn)水槽底部進(jìn)行拍攝，這種方式只適用于試驗(yàn)水槽為玻璃底板，只有一層顆粒且不會(huì)發(fā)生相互遮擋時(shí)的情況：（3）將攝像機(jī)架設(shè)在水槽上方，從水面上方直接進(jìn)行拍攝，這種方式可以獲取較大床面面積上的大量顆粒的運(yùn)動(dòng)情況，且不受顆粒相互阻擋的限制。這三種方法相比，第三種方法具有明顯的優(yōu)勢(shì)。文中試驗(yàn)進(jìn)行視頻拍攝時(shí)采用第三種方法進(jìn)行拍攝。

當(dāng)水流處于急流狀態(tài)或水流流速較大時(shí)，水流表面會(huì)出現(xiàn)各種不規(guī)則的波紋，這些水面波對(duì)床面泥沙顆粒的成像造成巨大的變形影響，拍攝時(shí)難以定量識(shí)別床面顆粒的準(zhǔn)確位置，不易得到顆粒運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)特征。在此次試驗(yàn)中拍攝方法采用劉春晶［13］的發(fā)明專利中推移質(zhì)床面顆粒的拍攝方法，其中為了減少水面波紋氣泡的影響，增強(qiáng)拍攝效果，發(fā)明了如圖3所示的裝置。

水槽實(shí)驗(yàn)段長(zhǎng)20m，在水槽上部有可移動(dòng)的平板（圖3-標(biāo)記1），平板上有槽孔（圖3-標(biāo)記6），用來固定攝像機(jī)鏡頭。拍攝時(shí)，將平板固定在水槽上方某一位置，架設(shè)攝像機(jī)（圖3-標(biāo)記5），將攝像機(jī)鏡頭放置在槽孔內(nèi)（圖3-標(biāo)記6）正對(duì)水槽床面，保持鏡頭與水槽床面平行，調(diào)整攝像機(jī)的焦距，使得拍攝鏡頭內(nèi)畫面大小合適以及保持畫面清晰。圖3中標(biāo)記9是絲網(wǎng)，其作用是用來打碎水面上的氣泡，圖3中標(biāo)記10是透明板，將其剛好放置在水流表面，消除水面波紋對(duì)圖像成像的干擾，通過調(diào)整圖3中標(biāo)記2，標(biāo)記3，標(biāo)記4將裝置固定在水槽上，待一切就緒后，開始從水槽頂部垂直拍攝床面上某一范圍內(nèi)推移質(zhì)顆粒的運(yùn)動(dòng)情況。本次試驗(yàn)水流為恒定流，流量Q=110 L/s，坡降J=0.004，攝像機(jī)拍攝頻率為50幀/s。

圖3 消除水面波紋氣泡裝置

3 參數(shù)提取

通過水槽試驗(yàn)，拍攝得到大量的視頻，本次研究截取60 s的視頻進(jìn)行處理和分析。

3.1 提取步驟 試驗(yàn)資料為視頻，對(duì)參數(shù)進(jìn)行提取時(shí)，不能對(duì)視頻進(jìn)行直接操作，只能對(duì)圖片進(jìn)行處理，所以需要先將視頻轉(zhuǎn)化為圖片：在試驗(yàn)過程中，由于水流的運(yùn)動(dòng)等原因造成攝像機(jī)的輕微震動(dòng)，導(dǎo)致拍攝的原始視頻有輕微的顫動(dòng)，在將視頻轉(zhuǎn)化為圖片之前，需先將拍攝的原始視頻轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的視頻。轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的視頻后，將此視頻轉(zhuǎn)化為圖片，然后對(duì)圖片進(jìn)行標(biāo)記等一系列處理。

對(duì)視頻進(jìn)行參數(shù)提取過程的大致思路為：“原始視頻→生成穩(wěn)定視頻→轉(zhuǎn)化為圖片→對(duì)圖片進(jìn)行標(biāo)記→計(jì)算運(yùn)動(dòng)參數(shù)”。參數(shù)提取過程具體步驟如下：（1）將原始視頻重新生成穩(wěn)定的視頻。在水槽試驗(yàn)的過程中，由于水槽中水的流動(dòng)會(huì)造成架設(shè)在水槽上方的攝像機(jī)的輕微震動(dòng)，使得拍攝的視頻有輕微的顫動(dòng)，導(dǎo)致后續(xù)處理過程存在誤差，需要先將顫動(dòng)的視頻重新生成穩(wěn)定的視頻。這個(gè)過程可通過使用Free Video To JPG Converter軟件和Matlab軟件實(shí)現(xiàn)。

將原始視頻重新生成穩(wěn)定視頻這個(gè)過程需通過Matlab編程實(shí)現(xiàn)。因?yàn)榕臄z的原始視頻格式不能被Matlab識(shí)別，故需先將原始視頻格式轉(zhuǎn)化成Matlab能夠識(shí)別的視頻格式，整個(gè)過程如下：

①先用Free Video To JPG Converter軟件將原始視頻轉(zhuǎn)化為圖片，然后通過Matlab編程將這些圖片讀入，生成能被Matlab識(shí)別的視頻。在將圖片生成視頻這段程序的編寫過程中，需結(jié)合Matlab中VideoW riter函數(shù)、getframe函數(shù)和writeVideo函數(shù)。VideoW riter函數(shù)的功能是創(chuàng)建一個(gè)視頻文件，包括打開、寫入和關(guān)閉視頻文件等過程：getframe函數(shù)用來獲取視頻幀：w riteVideo函數(shù)是將一系列的圖片信息寫入到視頻資料中：②以生成的Matlab能夠識(shí)別的視頻為輸入文件，通過Matlab編程將其重新生成穩(wěn)定的視頻。在這段程序的編寫過程中，用到Video Stabilization函數(shù)，這個(gè)過程顯示了怎樣消除由于攝像機(jī)震動(dòng)產(chǎn)生的影響。首先需在視頻區(qū)域確定一個(gè)跟蹤目標(biāo)。即建立一個(gè)動(dòng)態(tài)的搜索區(qū)域，然后在這個(gè)動(dòng)態(tài)搜索區(qū)域中尋找目標(biāo)，這樣可以降低找到目標(biāo)所需計(jì)算的數(shù)量。在每個(gè)后續(xù)的視頻幀里，利用相對(duì)于前一個(gè)視頻幀來確定運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)數(shù)量。通過這樣一個(gè)過程即可將一個(gè)顫動(dòng)的視頻生成一個(gè)穩(wěn)定的視頻，并計(jì)算出視頻中每幀的坐標(biāo)偏移量。通過以上過程，即可實(shí)現(xiàn)將原始具有輕微顫動(dòng)的視頻轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的視頻。

（2）將穩(wěn)定視頻轉(zhuǎn)化為圖片。在進(jìn)行參數(shù)提取時(shí)，沒有辦法對(duì)視頻中的信息直接進(jìn)行處理，只能對(duì)圖片中信息進(jìn)行提取，需先將視頻轉(zhuǎn)化為圖片。用Free Video To JPG Converter軟件將步驟（1）中生成的穩(wěn)定視頻轉(zhuǎn)化為一幀幀的圖片用來后期的處理。攝像機(jī)拍攝頻率為50幀/s，對(duì)于選取的60s視頻，共轉(zhuǎn)化為3000幀圖片。轉(zhuǎn)化后圖片如圖4所示（以第1幀為例）。

（3）標(biāo)記圖片中運(yùn)動(dòng)推移質(zhì)顆粒的位置坐標(biāo)及粒徑信息。如圖4所示，圖片背景比較復(fù)雜，全部是非均勻泥沙顆粒，圖中有些陰影部分是水泡，想直接利用圖像處理的辦法來獲取運(yùn)動(dòng)的泥沙顆粒及其參數(shù)信息，非常困難，文中借助Photoshop軟件，將圖片中運(yùn)動(dòng)泥沙顆粒標(biāo)記出來，記錄下它們的像素坐標(biāo)及粒徑信息。這個(gè)過程由一個(gè)人完成，雖然耗時(shí)較長(zhǎng)，但是一個(gè)人操作，具有誤差小、精度高等特點(diǎn)，得到的數(shù)據(jù)較為準(zhǔn)確。

圖4 視頻轉(zhuǎn)化后圖片

圖5 單顆沙

（4）計(jì)算推移質(zhì)顆粒運(yùn)動(dòng)參數(shù)信息。根據(jù)上述幾個(gè)步驟可以得到每個(gè)運(yùn)動(dòng)顆粒的像素坐標(biāo)和相關(guān)的粒徑參數(shù)信息，通過Matlab編程可計(jì)算出推移質(zhì)顆粒的相關(guān)運(yùn)動(dòng)參數(shù)信息，包括推移質(zhì)顆粒的粒徑大小，運(yùn)動(dòng)位移，運(yùn)動(dòng)速度，運(yùn)動(dòng)、靜止時(shí)間等。

3.2 提取過程及結(jié)果 基本參數(shù)的提取是用Photoshop軟件來完成的。主要包括每個(gè)運(yùn)動(dòng)泥沙顆粒的位置坐標(biāo)，以及每個(gè)運(yùn)動(dòng)泥沙顆粒的長(zhǎng)軸a和短軸b，如圖5所示。這里的單位都是像素單位，需根據(jù)像素長(zhǎng)度與實(shí)際長(zhǎng)度的換算系數(shù)，將像素長(zhǎng)度換算成最終的實(shí)際長(zhǎng)度。

下面給出泥沙顆粒運(yùn)動(dòng)參數(shù)的計(jì)算公式，具體計(jì)算過程都通過Matlab編程實(shí)現(xiàn)。

（1）粒徑d（mm）。由于拍攝是觀測(cè)泥沙顆粒的二維運(yùn)動(dòng)，故根據(jù)每個(gè)運(yùn)動(dòng)泥沙顆粒的長(zhǎng)軸a和短軸b，利用公式d= ab來計(jì)算每個(gè)泥沙顆粒粒徑d的大小，單位mm。由于泥沙顆粒在運(yùn)動(dòng)過程中每一步其體位都會(huì)發(fā)生變化，很難保證同一體位，因此每次從運(yùn)動(dòng)到停止的長(zhǎng)、短軸長(zhǎng)度不完全相等，這里采用連續(xù)觀察多幀圖片，選取最能代表泥沙粒徑大小的那幀圖片，測(cè)量泥沙顆粒的長(zhǎng)、短軸并利用公式來計(jì)算其粒徑d。本次研究中，選取的60 s時(shí)間視頻內(nèi)共標(biāo)記268顆運(yùn)動(dòng)泥沙，計(jì)算出粒徑范圍在0.74～8.19mm之間。

（2）運(yùn)動(dòng)位移s（m）。令運(yùn)動(dòng)泥沙顆粒在相鄰兩幀圖片上的位置坐標(biāo)分別為和，根據(jù)公式來計(jì)算運(yùn)動(dòng)泥沙顆粒在相鄰兩幀圖片中的運(yùn)動(dòng)位移，單位m。為了區(qū)分每顆泥沙顆粒，將每顆泥沙標(biāo)記序號(hào)，以第197顆泥沙為例，在觀測(cè)時(shí)間段60 s內(nèi)其運(yùn)動(dòng)位移隨時(shí)間的變化如圖6所示，橫坐標(biāo)表示運(yùn)動(dòng)時(shí)間，一共運(yùn)動(dòng)3.8 s的時(shí)間：縱坐標(biāo)表示運(yùn)動(dòng)位移。圖中運(yùn)動(dòng)位移為零的時(shí)刻，表示在此時(shí)間內(nèi)泥沙顆粒是靜止的，沒有運(yùn)動(dòng)。

圖6 運(yùn)動(dòng)位移隨時(shí)間變化

（3）運(yùn)動(dòng)速度（m/s）。這里說的運(yùn)動(dòng)速度指的是推移質(zhì)顆粒運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度。運(yùn)動(dòng)速度包含沿水流方向的運(yùn)動(dòng)速度ux，垂直于水流方向的運(yùn)動(dòng)速度uy，以及綜合速度u。泥沙顆粒在相鄰兩幀圖片上的運(yùn)動(dòng)位移為s，攝像機(jī)拍攝頻率為50幀/s，則相鄰兩幀圖片間時(shí)間間隔Δt=1 50s，運(yùn)動(dòng)泥沙顆粒的瞬時(shí)速度u=sΔt，縱向速度，橫向速度，速度單位為m/s。第197顆泥沙在60 s時(shí)間內(nèi)運(yùn)動(dòng)速度隨時(shí)間變化過程如圖7所示。

圖7可以看到，泥沙顆粒在x和y方向上的分速度ux和uy在大部分時(shí)候都為正，偶爾會(huì)有負(fù)數(shù)出現(xiàn)，這說明泥沙顆粒在沿水流方向運(yùn)動(dòng)的過程中出現(xiàn)了往回走的現(xiàn)象。由于本試驗(yàn)觀測(cè)的是粗化床面上的非均勻泥沙顆粒運(yùn)動(dòng)情況（圖4），在水流條件一定的情況下，這種現(xiàn)象的出現(xiàn)主要與泥沙顆粒所處的床面位置有關(guān)。在水流的作用下，泥沙顆粒運(yùn)動(dòng)具有隨機(jī)性，在粗化床面上，這種隨機(jī)性表現(xiàn)的更加明顯，即反映了泥沙顆粒運(yùn)動(dòng)的間歇性這一特點(diǎn)。

圖7 運(yùn)動(dòng)速度隨時(shí)間變化過程

（4）運(yùn)動(dòng)、靜止時(shí)間。運(yùn)動(dòng)泥沙顆粒的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t1可根據(jù)公式t1=( ) f1-1?Δt來計(jì)算，公式中f1表示某一運(yùn)動(dòng)泥沙顆粒的運(yùn)動(dòng)幀數(shù)（包含最初靜止的那一幀）：運(yùn)動(dòng)泥沙顆粒的靜止時(shí)間t2可根據(jù)公式t2=f2?Δt來計(jì)算，公式中f2表示某一運(yùn)動(dòng)泥沙顆粒在運(yùn)動(dòng)-靜止-運(yùn)動(dòng)這一過程中靜止的幀數(shù)。以第197顆泥沙為例，這顆泥沙在水流的作用下經(jīng)歷了“靜止（最開始狀態(tài)）-運(yùn)動(dòng)-靜止-……-靜止（最終狀態(tài)）”的這樣一個(gè)過程，計(jì)算結(jié)果如圖8所示，橫坐標(biāo)表示運(yùn)動(dòng)和靜止時(shí)間，縱坐標(biāo)表示運(yùn)動(dòng)和靜止的狀態(tài)，運(yùn)動(dòng)用1表示，靜止用0表示。由圖8可以看出，在60s時(shí)間內(nèi)，第197顆泥沙顆粒從開始運(yùn)動(dòng)到運(yùn)動(dòng)結(jié)束用了3.8s的時(shí)間，在這個(gè)過程中伴隨著“靜止-運(yùn)動(dòng)-靜止”的這樣一個(gè)過程，這體現(xiàn)了泥沙顆粒運(yùn)動(dòng)的間歇性這一顯著特點(diǎn)。

圖8 運(yùn)動(dòng)靜止?fàn)顟B(tài)隨時(shí)間變化過程

4 結(jié)論

本文結(jié)合Photoshop軟件、Free Video To JPG Converter軟件和Matlab編程，對(duì)水槽試驗(yàn)中拍攝的視頻進(jìn)行處理，準(zhǔn)確提取視頻中推移質(zhì)顆粒的相關(guān)信息，比如推移質(zhì)顆粒的粒徑，運(yùn)動(dòng)速度，運(yùn)動(dòng)位移，運(yùn)動(dòng)和靜止時(shí)間等參數(shù)，并展示了部分提取結(jié)果。推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的提取為推移質(zhì)顆粒運(yùn)動(dòng)的微觀理論研究提供基礎(chǔ)。通過在實(shí)際中的應(yīng)用表明，這種提取手段對(duì)于背景較差的圖片也具有良好的處理效果。

參 考 文 獻(xiàn)：

［1］ 胡春宏.水流中推移質(zhì)顆粒躍移規(guī)律的力學(xué)和統(tǒng)計(jì)分析［D］.北京：清華大學(xué)，1988.

［2］ 胡春宏，慧遇甲.推移質(zhì)顆粒躍移運(yùn)動(dòng)的隨機(jī)特性［J］.泥沙研究，1990（4）：1-9.

［3］ 胡春宏，惠遇甲.水流顆粒躍移參數(shù)的試驗(yàn)研究［J］.水動(dòng)力學(xué)研究與進(jìn)展：A輯，1991（6）：71-81.

［4］ 惠遇甲，胡春宏.水流中顆粒躍移的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征［J］.水利學(xué)報(bào)，1991（12）：59-64.

［5］ 胡春宏，惠遇甲.明渠挾沙水流運(yùn)動(dòng)的力學(xué)和統(tǒng)計(jì)規(guī)律［M］.北京：科學(xué)出版社，1995.

［6］ Hu C H，Hui Y J.Bed-load transport.I：Mechanical characteristics，II：Stochastic characteristics［J］.Journal of Hydraulic Engineering，ASCE，1996，122（5）：245-261.

［7］ 李丹勛.懸移質(zhì)顆粒運(yùn)動(dòng)特性的研究［D］.北京：清華大學(xué)，1999.

［8］ 王煊，張永澤，李嘉.數(shù)字圖像處理技術(shù)在固-液兩相流實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用［J］.水動(dòng)力學(xué)研究與進(jìn)展：A輯，1999，14（2）：210-217.

［9］ 王殿常，禹明忠，王興奎.明槽水流中顆粒運(yùn)動(dòng)特性的試驗(yàn)研究［J］.應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報(bào)，2000，18（3）：301-309.

［10］ 劉青泉，周濟(jì)福，舒安平.床面附近泥沙運(yùn)動(dòng)的分析［J］.水科學(xué)進(jìn)展，2003，14（5）：569-575.

［11］ 唐立模，王龍，王興奎.水流強(qiáng)度對(duì)推移質(zhì)三維運(yùn)動(dòng)規(guī)律的影響［J］.水力發(fā)電學(xué)報(bào)，2006，25（3）：45-48.

［12］ 唐立模，王興奎.推移質(zhì)顆粒平均運(yùn)動(dòng)特性的試驗(yàn)研究［J］.水利學(xué)報(bào)，2008，39（8）：895-899.

［13］ 劉春晶.一種推移質(zhì)床面顆粒的拍攝裝置：中國(guó)，201420426119.0［P］.2014-10-21.

Extraction of non-uniform bed load m ovem en t param eters

XU Linjuan1，2，3，LIU Chunjing1，2，3，CAO Wenhong1，2，3，CHEN Yuanchao4，LU Jing1，2，3，QIN Juntao5

（1.State Key Laboratory of Simulation and Regulation of Water Cycle in River Basin，Beijing 100048，China：2.Key Laboratory of Hydraulic and Sediment Science and River Harnessing of the Ministry of Water Resources，Beijing 100048，China：3.China Institute of Water Resources and Hydropower Research，Department of Sediment Research，Beijing 100048，China：4.China Ship Development and Design Center，Wuhan 430064，China：5.Beijing HuaYu Qian Rong water technology consulting co.，LTD，Beijing 100038，China）

Bed load movement parameters are the basis of the microscopic theoretical study of bed load. Based on the bed load experiment video data in this study，an approach was proposed to extract the parameters of bed load particles.Firstly the video was converted to pictures by image processing method，marking bedload particles and recording the coordinates in images：secondly the parameters of bed load particles such as particle size，disp lacement，velocity，movement time and rest time were calculated by programming method；finally the calculation results of movement parameters were showed，and the changing processes of these parameters with time were given.The results show that bed load particles parameters can be obtained well in this study，which provide the basic data for the movement rule of bed load particles.

non-uniform sediment；bed load movement；movement parameters extraction；image processing；flume experiment

TV142

A

10.13244/j.cnki.jiwhr.2016.02.009

1672-3031（2016）02-0138-06

（責(zé)任編輯：李福田）

2015-06-16

中國(guó)水科院科研專項(xiàng)（泥基本科研KY1646）；國(guó)家自然科學(xué)基金（11472310）；國(guó)際科技合作專題（2015DFR70980）；國(guó)家科技支撐課題（2013BAB12B01）

許琳娟（1984-），女，河南鞏義人，博士生，主要從事水力學(xué)及河流動(dòng)力學(xué)研究。E-mail：282957173@qq.com