CN115760815A - 一种基于悬浮泥沙颗粒粘连识别的含沙量测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于悬浮泥沙颗粒粘连识别的含沙量测量方法，包括步骤：一、向透明水槽内注满清水；二、向观测区内引入含沙水体；三、采集悬浮泥沙颗粒图像；四、识别悬浮泥沙颗粒图像中的粘连泥沙颗粒；五、采用腐蚀膨胀算法将粘连泥沙颗粒分割为多个独立泥沙颗粒；六、采用连通域标记算法对多个灰度图像中所有独立泥沙颗粒根据其各自的形状进行连通域标记；七、对多个灰度图像中的所有独立泥沙颗粒进行统计；八、根据多个独立泥沙颗粒的总体积进行含沙水体含沙量的计算。本发明通过对粘连泥沙颗粒进行识别、分离和统计，从而利用悬浮泥沙颗粒图像中的独立泥沙颗粒的总体积进行含沙水体含沙量的计算，使含沙量计算结果更为准确。

Description

一种基于悬浮泥沙颗粒粘连识别的含沙量测量方法

技术领域

本发明属于泥沙颗粒分析技术领域，具体涉及一种基于悬浮泥沙颗粒粘连识别的含沙量测量方法。

背景技术

黄河流域在中国安全和经济社会发展中具有重要的全局性和战略性地位。随着中国近些年对西部城市的开发建设，促进了经济增长的同时，也造成区域不同程度地出现资源耗竭，环境污染，生态破坏等问题。当前，黄河流域生态保护和高质量发展已上升为重大国家战略，新形势对黄河流域治理开发保护提出了新要求，厘清黄河流域资源开发现状、存在问题以及对高质量发展战略的支撑作用具有重要的现实意义。流域主要问题在于水沙问题。泥沙是水文测量中三大基本要素之一，对于悬浮泥沙的研究主要包括泥沙颗粒级配、泥沙含量、泥沙颗粒运动速度三大块。目前，主要方法为现场采样法，对于需要研究的区域进行采样，后续在实验室中进行分析观测。随着计算机视觉技术的发展，涌现出一些新方法，例如利用光纤对悬浮泥沙颗粒进行实时成像，进而分析光纤探头所在区域的泥沙颗粒含量等参数，但该种方法受到水体中外界环境影响较大，所测结果误差较大，且造价相对来说较高，不具有推广性。且在高含沙水流条件下，光束透射率较低，利用光学方法进行高含沙量测量会造成较大误差。

图像处理技术的发展，为水体中悬浮泥沙颗粒的观测提供了新的途径，利用高速相机对悬浮泥沙颗粒进行拍摄，对所拍图像或者视频进行分析处理。但目前应用较为广泛的实验室水槽大多宽度较大，在对其进行悬浮泥沙的拍摄时，由于泥沙颗粒存在垂直于相机焦平面的横向运动，故无法拍摄到清晰的泥沙颗粒图像。此外，现有泥沙颗粒图像识别中多为静态采集一张泥沙颗粒图像，但实验室水槽大多宽度较大，泥沙颗粒前后必定存在阻挡，被阻挡的颗粒无法被计数；同时泥沙颗粒之间多有粘连，粘连的泥沙颗粒会影响颗粒计数的结果，上述两种因素相互影响，使得含沙量测量的准确性较低。因此，如何提高含沙量测量的准确性，是如今需要解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于悬浮泥沙颗粒粘连识别的含沙量测量方法，通过对粘连泥沙颗粒进行识别、分离和统计，从而利用悬浮泥沙颗粒图像中的独立泥沙颗粒的总体积进行含沙水体含沙量的计算，使含沙量计算结果更为准确。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于悬浮泥沙颗粒粘连识别的含沙量测量方法，其特征在于，该方法采用悬浮泥沙颗粒图像采集***进行悬浮泥沙颗粒图像采集，所述悬浮泥沙颗粒图像采集***包括用于盛放含沙水体的透明水槽、用于对透明水槽内的含沙水体进行搅拌的梭形浆片和设置在透明水槽的一端且用于采集透明水槽内含沙水体的泥沙颗粒图像的高速工业相机，所述透明水槽为扁平状水槽，所述透明水槽包括相连通的动力搅拌区和观测区，所述透明水槽的动力搅拌区上连接有用于保证含沙水体平顺地进入动力搅拌区的入流管道，所述梭形浆片位于动力搅拌区内，所述透明水槽的观测区上连接有出流管道，所述透明水槽的另一端设置有用于对观测区进行照亮的光源；

所述动力搅拌区的内部槽宽大于观测区的内部槽宽，所述观测区的内部槽宽大于悬浮泥沙的粒径，所述观测区的内部槽宽不大于2mm；

该方法包括以下步骤：

步骤一、向透明水槽内注满清水：首先将入流管道的入口端伸入至待采集的含沙水体内，然后向透明水槽内注满清水；

步骤二、向观测区内引入含沙水体：使梭形浆片以ω的转速进行逆时针转动，带动动力搅拌区内的水流作逆时针转动，进而带动所述观测区的水流作顺时针运动，此时透明水槽内的清水从出流管道逐渐溢出，在压差的作用下，含沙水体逐渐进入透明水槽内，同时含沙水体中的泥沙颗粒在动力搅拌区被搅动后起浮至观测区内；

步骤三、采集悬浮泥沙颗粒图像：当梭形浆片转动设定时间后，关闭入流管道和出流管道，打开光源，开启高速工业相机，采用高速工业相机以f的拍摄频率连续采集多张观测区内含沙水体的悬浮泥沙颗粒图像；其中，3ω＜f＜7ω；

步骤四、识别悬浮泥沙颗粒图像中的粘连泥沙颗粒：

步骤401、对悬浮泥沙颗粒图像进行预处理，并获取其灰度图像；

步骤402、采用凸包面积比法进行粘连泥沙颗粒的识别：

计算所述灰度图像中任一个泥沙颗粒的实际像素面积与其对应的外界凸包面积的比值，当该比值小于设定的阈值时，当前泥沙颗粒即为粘连泥沙颗粒，否则为独立泥沙颗粒；

步骤五、采用腐蚀膨胀算法将所述粘连泥沙颗粒分割为多个独立泥沙颗粒；

步骤六、采用连通域标记算法对所述灰度图像中的所有独立泥沙颗粒根据其各自的形状进行连通域标记，不同形状的独立泥沙颗粒的标记各不相同；

步骤七、对多个所述灰度图像中的所有独立泥沙颗粒进行统计：

将多个所述灰度图像中标记相同的独立泥沙颗粒记为一个独立泥沙颗粒，统计多个所述灰度图像中所有独立泥沙颗粒的总体积；其中，单个独立泥沙颗粒的体积计算过程为：将粘连泥沙颗粒分割后的灰度图像转化为二值图像，在所述二值图像中对所述独立泥沙颗粒进行边缘识别，根据等效投影面积原理得出所述独立泥沙颗粒的等效圆球粒径,再根据等效圆球粒径计算所述独立泥沙颗粒的体积；

步骤八、根据多个独立泥沙颗粒的总体积进行含沙水体含沙量的计算，多个独立泥沙颗粒的总体积与观测区水槽体积的比值即为所述含沙水体的含沙量。

上述的一种基于悬浮泥沙颗粒粘连识别的含沙量测量方法，其特征在于，步骤二中确定梭形浆片的转速ω的具体方法为：根据公式

得到梭形浆片的转速ω，其中，ε₁为动力搅拌区内梭形浆片转速的能量传递系数，ε₂为动力搅拌区内流体与观测区内流体之间的能量传递系数，R为梭形浆片的半径；

根据斯托克斯公式得到

其中，μ为水的动力粘滞系数，ρ_s为泥沙密度，ρ为水的密度，g为重力加速度，d为悬浮泥沙颗粒的粒径。

上述的一种基于悬浮泥沙颗粒粘连识别的含沙量测量方法，其特征在于：所述入流管道和出流管道均为圆管，所述入流管道的管径小于出流管道的管径，所述入流管道的管径为1cm～2cm，所述出流管道的管径为2cm～3cm。

上述的一种基于悬浮泥沙颗粒粘连识别的含沙量测量方法，其特征在于：所述观测区为圆形，所述动力搅拌区包括半圆形槽体和用于与观测区过渡连接的过渡连接槽体，所述过渡连接槽体的内侧槽壁与观测区的内侧槽壁之间圆滑连接，所述动力搅拌区的半圆形槽体的半径等于梭形浆片半径的1.25倍～1.4倍，所述观测区的半径等于梭形浆片半径的1.7倍～2.5倍。

上述的一种基于悬浮泥沙颗粒粘连识别的含沙量测量方法，其特征在于：所述观测区的两个外端面分别与动力搅拌区的两个外端面相平齐，所述观测区与动力搅拌区一体成型。

上述的一种基于悬浮泥沙颗粒粘连识别的含沙量测量方法，其特征在于：所述透明水槽的另一端外部设置有用于驱动梭形浆片转动的驱动电机。

上述的一种基于悬浮泥沙颗粒粘连识别的含沙量测量方法，其特征在于：所述动力搅拌区位于观测区的一侧底部，所述入流管道位于动力搅拌区上远离观测区的一侧底部，所述出流管道位于观测区的另一侧上部，所述入流管道与出流管道相互平行。

上述的一种基于悬浮泥沙颗粒粘连识别的含沙量测量方法，其特征在于：所述高速工业相机上集成有光学放大镜头和光强度传感器，所述光强度传感器位于光学放大镜头上远离透明水槽的一侧。

本发明与现有技术相比的优点为：本发明通过对粘连泥沙颗粒进行识别、分离和统计，从而利用悬浮泥沙颗粒图像中的独立泥沙颗粒的总体积进行含沙水体含沙量的计算，使含沙量计算结果更为准确。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明采用的悬浮泥沙颗粒图像采集***的结构示意图。

图2为本发明透明水槽的主视图。

图3为图2的A-A剖视图。

图4为本发明方法的流程框图。

附图标记说明:

1—透明水槽； 1-1—动力搅拌区； 1-2—观测区；

2—梭形浆片； 3—驱动电机； 4—入流管道；

5—出流管道； 6—光源； 7—光强控制器；

8—高速工业相机； 9—光学放大镜头； 10—相机固定支架；

11—光强度传感器。

具体实施方式

如图1至图4所示，本发明的一种基于悬浮泥沙颗粒粘连识别的含沙量测量方法，该方法采用悬浮泥沙颗粒图像采集***进行悬浮泥沙颗粒图像采集，所述悬浮泥沙颗粒图像采集***包括用于盛放含沙水体的透明水槽1、用于对透明水槽1内的含沙水体进行搅拌的梭形浆片2和设置在透明水槽1的一端且用于采集透明水槽1内含沙水体的泥沙颗粒图像的高速工业相机8，所述透明水槽1为扁平状水槽，所述透明水槽1包括相连通的动力搅拌区1-1和观测区1-2，所述透明水槽1的动力搅拌区1-1上连接有用于保证含沙水体平顺地进入动力搅拌区1-1的入流管道4，所述梭形浆片2位于动力搅拌区1-1内，所述透明水槽1的观测区1-2上连接有出流管道5，所述透明水槽1的另一端设置有用于对观测区1-2进行照亮的光源6；

所述动力搅拌区1-1的内部槽宽大于观测区1-2的内部槽宽，所述观测区1-2的内部槽宽大于悬浮泥沙的粒径，所述观测区1-2的内部槽宽不大于2mm；

该方法包括以下步骤：

步骤一、向透明水槽内注满清水：首先将入流管道4的入口端伸入至待采集的含沙水体内，然后向透明水槽1内注满清水；

步骤二、向观测区内引入含沙水体：使梭形浆片2以ω的转速进行逆时针转动，带动动力搅拌区1-1内的水流作逆时针转动，进而带动所述观测区1-2的水流作顺时针运动，此时透明水槽1内的清水从出流管道5逐渐溢出，在压差的作用下，含沙水体逐渐进入透明水槽1内，同时含沙水体中的泥沙颗粒在动力搅拌区1-1被搅动后起浮至观测区1-2内；

步骤三、采集悬浮泥沙颗粒图像：当梭形浆片2转动设定时间后，关闭入流管道4和出流管道5，打开光源6，开启高速工业相机8，采用高速工业相机8以f的拍摄频率连续采集多张观测区1-2内含沙水体的悬浮泥沙颗粒图像；其中，3ω＜f＜7ω；

步骤四、识别悬浮泥沙颗粒图像中的粘连泥沙颗粒：

步骤401、对悬浮泥沙颗粒图像进行预处理，并获取其灰度图像；

步骤402、采用凸包面积比法进行粘连泥沙颗粒的识别：

计算所述灰度图像中任一个泥沙颗粒的实际像素面积与其对应的外界凸包面积的比值，当该比值小于设定的阈值时，当前泥沙颗粒即为粘连泥沙颗粒，否则为独立泥沙颗粒；

步骤五、采用腐蚀膨胀算法将所述粘连泥沙颗粒分割为多个独立泥沙颗粒；

步骤六、采用连通域标记算法对所述灰度图像中的所有独立泥沙颗粒根据其各自的形状进行连通域标记，不同形状的独立泥沙颗粒的标记各不相同；

步骤七、对多个所述灰度图像中的所有独立泥沙颗粒进行统计：

将多个所述灰度图像中标记相同的独立泥沙颗粒记为一个独立泥沙颗粒，统计多个所述灰度图像中所有独立泥沙颗粒的总体积；其中，单个独立泥沙颗粒的体积计算过程为：将粘连泥沙颗粒分割后的灰度图像转化为二值图像，在所述二值图像中对所述独立泥沙颗粒进行边缘识别，根据等效投影面积原理得出所述独立泥沙颗粒的等效圆球粒径,再根据等效圆球粒径计算所述独立泥沙颗粒的体积；

步骤八、根据多个独立泥沙颗粒的总体积进行含沙水体含沙量的计算，多个独立泥沙颗粒的总体积与观测区1-2水槽体积的比值即为所述含沙水体的含沙量。

本实施例中，在步骤五之前，还需要采用canny算子对所述灰度图像的泥沙颗粒进行边缘检测，减少后续图像处理过程中的噪音干扰。

本实施例中，采用8连通法进行连通域标记，标记后每个独立泥沙颗粒都有其唯一的特征值。

本实施例中，步骤六中的标记可为颜色标记或符号标记。

需要说明的是，由于采用高速工业相机8进行拍摄，多张连续的图片中泥沙颗粒近似为平行运动，相对形状不会轻易变化。

本实施例中，所述预处理过程包括采用采用领域平均法对图像进行边缘平滑处理，使用高斯滤波对图像进行去噪滤波处理，再将悬浮泥沙颗粒图像由24位彩色图像转化为8位灰度图像。

本实施例中，对所述粘连泥沙颗粒的图像进行边界腐蚀时，采用4邻域与8邻域交替腐蚀，并根据当前水域泥沙颗粒的圆度和分割后的颗粒级配曲线确定相应的腐蚀膨胀次数。

本实施例中，采用最佳熵自动阈值法获取二值化图像。

本实施例中，步骤402中，设定的阈值取0.8，即当一个泥沙颗粒的实际像素面积与其对应的外界凸包面积的比值小于0.8时，该泥沙颗粒为粘连泥沙颗粒。

本实施例中，步骤三中采集的图像数量不少于50张。

需要说明的是，使梭形浆片2转动设定时间后，一般为五分钟后，观测区1-2内泥沙颗粒的数量趋于稳定，运动状态也趋于稳定，此时再进行悬浮泥沙颗粒图像的采集能够更好地体现含沙水体的含沙量。

需要说明的是，高速工业相机8的拍摄频率代表其一秒钟能拍多少组照片，梭形浆片2的转速代表其一秒钟能转多少圈，步骤三中的倍数关系仅代表数值大小的倍数关系，通过设定高速工业相机8的拍摄频率为梭形浆片2的转速的3倍至7倍，能够保证测量数据足够的前提下，又避免重复测量相似数据，极大减少工作量。

具体实施时，由于含沙量越大，透光性越弱，为了保证有一个好的拍摄效果，在步骤三中，打开光源6后，首先通过光强度传感器11测量拍摄区域处的光线强度，若拍摄区域的光线强度不足1000lux时，通过光强控制器7调大光源6的强度，直至拍摄区域的光线强度不小于1000lux。

具体实施时，通过设置入流管道4，能够使待测流域内的含沙水体平顺地进入动力搅拌区1-1，出流管道5的设置能够保证含沙水体能够在压差作用下出入透明水槽1。

具体实施时，光源6上连接有用于控制光源6光线强度的光强控制器7，其光强控制方式参考现有的无极调光电路的光强控制方式。

需要说明的是，通过使观测区1-2的内部槽宽大于悬浮泥沙的粒径且不大于2mm，能够保证观测区1-2的内部槽宽很小，能够最大程度地减少悬浮泥沙颗粒垂直于相机焦平面方向的横向运动，保证悬浮泥沙颗粒成像清晰，相对于普通宽浅水槽能得到更清晰的悬浮泥沙颗粒图像，解决了普通宽浅水槽中悬浮泥沙颗粒成像模糊的问题。

具体实施时，通过采用高速工业相机8进行悬浮泥沙颗粒图像的拍摄，使得所拍泥沙颗粒图像边缘清晰完整，解决了0～0.5mm的细小泥沙颗粒等水下微观粒子的实时观测问题，进而便于后续对泥沙含量进行分析计算。

实际使用时，高速工业相机8的采集帧率最高可达860fps，河流中悬浮泥沙颗粒粒径多为1mm以下，颗粒尺寸较小，为了使得所拍泥沙颗粒图像边缘清晰完整，所以需要使用光学放大镜头9，光学放大镜头9放大倍数为4倍，通过采用高速工业相机8拍摄悬浮泥沙颗粒的图像，相较于传统的取样观测，省时省力，可以较为准确快速地识别泥沙颗粒，进而为准确计算拍摄区域含沙量以及实时动态监测水体中泥沙颗粒的运动变化情况提供依据。

具体实施时，由于梭形浆片2呈梭形，两头狭窄，中部宽大，在梭形浆片2高速旋转时，两端尾流使得泥沙颗粒充分混合，搅拌更为均匀。

本实施例中，步骤二中确定梭形浆片2的转速ω的具体方法为：根据公式

得到梭形浆片2的转速ω，其中，ε₁为动力搅拌区1-1内梭形浆片2转速的能量传递系数，ε₂为动力搅拌区1-1内流体与观测区1-2内流体之间的能量传递系数，R为梭形浆片2的半径；

根据斯托克斯公式得到

其中，μ为水的动力粘滞系数，ρ_s为泥沙密度，ρ为水的密度，g为重力加速度，d为悬浮泥沙颗粒的粒径。

实际使用时，步骤二中得到的梭形浆片2的转速为在较低的能耗下保证观测区1-2内泥沙颗粒完全悬浮的临界转速，梭形浆片2的转速最大可达25r/s。

本实施例中，所述入流管道4和出流管道5均为圆管，所述入流管道4的管径小于出流管道5的管径，所述入流管道4的管径为1cm～2cm，所述出流管道5的管径为2cm～3cm。

实际使用时，通过使入流管道4的管径小于出流管道5的管径，使得透明水槽1内的水体更容易出流造成观测区1-2内产生压差，含沙水体更易从入流管道4进入。

本实施例中，所述观测区1-2为圆形，所述动力搅拌区1-1包括半圆形槽体和用于与观测区1-2过渡连接的过渡连接槽体，所述过渡连接槽体的内侧槽壁与观测区1-2的内侧槽壁之间圆滑连接，所述动力搅拌区1-1的半圆形槽体的半径等于梭形浆片2半径的1.25倍～1.4倍，所述观测区1-2的半径等于梭形浆片2半径的1.7倍～2.5倍。

实际使用时，所述观测区1-2为圆形，指的是观测区1-2与宽度方向垂直的纵向截面呈圆形设置。

本实施例中，观测区1-2的半径为3cm～5cm。

具体实施时，动力搅拌区1-1的半圆形槽体的半径优选的等于梭形浆片2半径的1.25倍，因为两者半径相差太大水体不易被完全搅动，相差太小搅拌水体紊动能过大导致测量结果误差变大，所以取此区间内，既满足水体被完全搅动，又减小结果误差；

同时，动力搅拌区1-1的半圆形槽体的半径小于观测区1-2的半径，所以梭形浆片2转一圈不代表观测区1-2内的任一个泥沙颗粒旋转一圈，再结合与梭形浆片2的转速相匹配的高速工业相机8的拍摄频率，使得高速工业相机8拍摄的相邻两张图片中的泥沙颗粒位移量小，但仍可以采集到不同帧图片中的泥沙颗粒的位置移动。

本实施例中，所述观测区1-2的两个外端面分别与动力搅拌区1-1的两个外端面相平齐，所述观测区1-2与动力搅拌区1-1一体成型。

本实施例中，所述透明水槽1的另一端外部设置有用于驱动梭形浆片2转动的驱动电机3。

实际使用时，透明水槽1的材质为光学玻璃片，光学玻璃片透光性能较好，可以使得拍摄泥沙颗粒较为清晰，且光学玻璃片受到泥沙运动而产生的划痕较少。

本实施例中，所述动力搅拌区1-1位于观测区1-2的一侧底部，所述入流管道4位于动力搅拌区1-1上远离观测区1-2的一侧底部，所述出流管道5位于观测区1-2的另一侧上部，所述入流管道4与出流管道5相互平行。

实际使用时，动力搅拌区1-1水流作逆时针运动，观测区1-2水流作顺时针运动，动力搅拌区1-1内的水流与观测区1-2内的水流在相连接处相互剪切，进而使得观测区1-2的泥沙颗粒悬浮，动力搅拌区1-1的半圆形槽体的圆心与观测区的圆心之间的连线和观测区竖直方向之间的夹角α为60°，60°夹角时剪切作用效果最明显，水动力能量损失最小，使得泥沙颗粒在观测区1-2内做高速圆周运动。

本实施例中，所述高速工业相机8上集成有光学放大镜头9和光强度传感器11，所述光强度传感器11位于光学放大镜头9上远离透明水槽1的一侧。

实际使用时，光强度传感器11的设置便于对拍摄区域的光线强度进行监测，进而便于通过调整光源6的光强来提高拍摄效果。

本实施例中，所述高速工业相机8安装在相机固定支架10上。

具体实施时，高速工业相机8的镜头正对透明水槽1中观测区1-2的中心布设，同时为了使得高速工业相机8所拍泥沙颗粒图像较为清晰，图像所采集区域即透明水槽1位置应为高速工业相机8的焦平面区域，因此需要将高速工业相机8固定在相机固定支架10上，缓慢调节高速工业相机8的镜头至透明水槽1的距离，使得高速工业相机8对焦至焦平面区域。

本实施例中，所述光源6为蓝色面光源。

实际使用时，光源6为形状为2cm×2cm的正方形，光源6的端面与透明水槽1的端面相平行布设，由于黄河流域中的悬浮泥沙颗粒多为黄色泥沙，在十二色相环中，蓝色和黄色互为对比色，故采用蓝色面光源，所拍黄色泥沙颗粒更为清晰。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于悬浮泥沙颗粒粘连识别的含沙量测量方法，其特征在于，该方法采用悬浮泥沙颗粒图像采集***进行悬浮泥沙颗粒图像采集，所述悬浮泥沙颗粒图像采集***包括用于盛放含沙水体的透明水槽(1)、用于对透明水槽(1)内的含沙水体进行搅拌的梭形浆片(2)和设置在透明水槽(1)的一端且用于采集透明水槽(1)内含沙水体的泥沙颗粒图像的高速工业相机(8)，所述透明水槽(1)为扁平状水槽，所述透明水槽(1)包括相连通的动力搅拌区(1-1)和观测区(1-2)，所述透明水槽(1)的动力搅拌区(1-1)上连接有用于保证含沙水体平顺地进入动力搅拌区(1-1)的入流管道(4)，所述梭形浆片(2)位于动力搅拌区(1-1)内，所述透明水槽(1)的观测区(1-2)上连接有出流管道(5)，所述透明水槽(1)的另一端设置有用于对观测区(1-2)进行照亮的光源(6)；

所述动力搅拌区(1-1)的内部槽宽大于观测区(1-2)的内部槽宽，所述观测区(1-2)的内部槽宽大于悬浮泥沙的粒径，所述观测区(1-2)的内部槽宽不大于2mm；

该方法包括以下步骤：

步骤一、向透明水槽内注满清水：首先将入流管道(4)的入口端伸入至待采集的含沙水体内，然后向透明水槽(1)内注满清水；

步骤二、向观测区内引入含沙水体：使梭形浆片(2)以ω的转速进行逆时针转动，带动动力搅拌区(1-1)内的水流作逆时针转动，进而带动所述观测区(1-2)的水流作顺时针运动，此时透明水槽(1)内的清水从出流管道(5)逐渐溢出，在压差的作用下，含沙水体逐渐进入透明水槽(1)内，同时含沙水体中的泥沙颗粒在动力搅拌区(1-1)被搅动后起浮至观测区(1-2)内；

步骤三、采集悬浮泥沙颗粒图像：当梭形浆片(2)转动设定时间后，关闭入流管道(4)和出流管道(5)，打开光源(6)，开启高速工业相机(8)，采用高速工业相机(8)以f的拍摄频率连续采集多张观测区(1-2)内含沙水体的悬浮泥沙颗粒图像；其中，3ω＜f＜7ω；

步骤四、识别悬浮泥沙颗粒图像中的粘连泥沙颗粒：

步骤401、对悬浮泥沙颗粒图像进行预处理，并获取其灰度图像；

步骤402、采用凸包面积比法进行粘连泥沙颗粒的识别：

计算所述灰度图像中任一个泥沙颗粒的实际像素面积与其对应的外界凸包面积的比值，当该比值小于设定的阈值时，当前泥沙颗粒即为粘连泥沙颗粒，否则为独立泥沙颗粒；

步骤五、采用腐蚀膨胀算法将所述粘连泥沙颗粒分割为多个独立泥沙颗粒；

步骤六、采用连通域标记算法对所述灰度图像中的所有独立泥沙颗粒根据其各自的形状进行连通域标记，不同形状的独立泥沙颗粒的标记各不相同；

步骤七、对多个所述灰度图像中的所有独立泥沙颗粒进行统计：

将多个所述灰度图像中标记相同的独立泥沙颗粒记为一个独立泥沙颗粒，统计多个所述灰度图像中所有独立泥沙颗粒的总体积；其中，单个独立泥沙颗粒的体积计算过程为：将粘连泥沙颗粒分割后的灰度图像转化为二值图像，在所述二值图像中对所述独立泥沙颗粒进行边缘识别，根据等效投影面积原理得出所述独立泥沙颗粒的等效圆球粒径,再根据等效圆球粒径计算所述独立泥沙颗粒的体积；

步骤八、根据多个独立泥沙颗粒的总体积进行含沙水体含沙量的计算，多个独立泥沙颗粒的总体积与观测区(1-2)水槽体积的比值即为所述含沙水体的含沙量。

2.按照权利要求1所述的一种基于悬浮泥沙颗粒粘连识别的含沙量测量方法，其特征在于，步骤二中确定梭形浆片(2)的转速ω的具体方法为：根据公式

得到梭形浆片(2)的转速ω，其中，ε₁为动力搅拌区(1-1)内梭形浆片(2)转速的能量传递系数，ε₂为动力搅拌区(1-1)内流体与观测区(1-2)内流体之间的能量传递系数，R为梭形浆片(2)的半径；

根据斯托克斯公式得到

其中，μ为水的动力粘滞系数，ρ_s为泥沙密度，ρ为水的密度，g为重力加速度，d为悬浮泥沙颗粒的粒径。

3.按照权利要求1所述的一种基于悬浮泥沙颗粒粘连识别的含沙量测量方法，其特征在于：所述入流管道(4)和出流管道(5)均为圆管，所述入流管道(4)的管径小于出流管道(5)的管径，所述入流管道(4)的管径为1cm～2cm，所述出流管道(5)的管径为2cm～3cm。

4.按照权利要求1所述的一种基于悬浮泥沙颗粒粘连识别的含沙量测量方法，其特征在于：所述观测区(1-2)为圆形，所述动力搅拌区(1-1)包括半圆形槽体和用于与观测区(1-2)过渡连接的过渡连接槽体，所述过渡连接槽体的内侧槽壁与观测区(1-2)的内侧槽壁之间圆滑连接，所述动力搅拌区(1-1)的半圆形槽体的半径等于梭形浆片(2)半径的1.25倍～1.4倍，所述观测区(1-2)的半径等于梭形浆片(2)半径的1.7倍～2.5倍。

5.按照权利要求1所述的一种基于悬浮泥沙颗粒粘连识别的含沙量测量方法，其特征在于：所述观测区(1-2)的两个外端面分别与动力搅拌区(1-1)的两个外端面相平齐，所述观测区(1-2)与动力搅拌区(1-1)一体成型。

6.按照权利要求1所述的一种基于悬浮泥沙颗粒粘连识别的含沙量测量方法，其特征在于：所述透明水槽(1)的另一端外部设置有用于驱动梭形浆片(2)转动的驱动电机(3)。

7.按照权利要求1所述的一种基于悬浮泥沙颗粒粘连识别的含沙量测量方法，其特征在于：所述动力搅拌区(1-1)位于观测区(1-2)的一侧底部，所述入流管道(4)位于动力搅拌区(1-1)上远离观测区(1-2)的一侧底部，所述出流管道(5)位于观测区(1-2)的另一侧上部，所述入流管道(4)与出流管道(5)相互平行。

8.按照权利要求1所述的一种基于悬浮泥沙颗粒粘连识别的含沙量测量方法，其特征在于：所述高速工业相机(8)上集成有光学放大镜头(9)和光强度传感器(11)，所述光强度传感器(11)位于光学放大镜头(9)上远离透明水槽(1)的一侧。

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