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बेड-लोड प्रयोगों में छवि-आधारित लैग्रेगियन कण ट्रैकिंग

doi: 10.3791/55874 Published: July 20, 2017

Summary

पांडुलिपि बिस्तर-लोड तलछट परिवहन प्रयोगों के प्रवाहकत्त्व के लिए एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत करता है जहां चलती कणों को छवि विश्लेषण द्वारा ट्रैक किया जाता है। प्रायोगिक सुविधा, प्राप्ति और डाटा प्रोसेसिंग चलाने के लिए प्रक्रियाएं, और अंत में कुछ प्रूफ ऑफ अवधारणा परिणाम यहां प्रस्तुत किए जाते हैं।

Abstract

अपेक्षाकृत कम लागत पर विस्तृत मात्रात्मक चित्रण प्रस्तुत करने के लिए अपनी क्षमताओं के कारण नदी के प्रवाह के माप के लिए छवि विश्लेषण का तेजी से उपयोग किया गया है। यह पांडुलिपि हल्के तलछट के साथ बेड-लोड प्रयोग करने के लिए कण ट्रैकिंग वेलोकिमेट्री (पीटीवी) के एक आवेदन का वर्णन करता है। जांच की गई तलछट परिवहन की स्थितियों की मुख्य विशेषताएं एक आच्छादित प्रवाह की उपस्थिति थीं और एक निश्चित कच्चा बिस्तर था जिसके ऊपर कणों की मात्रा सीमित संख्या में फ्लू इनलेट पर जारी की गई थी। लागू प्रवाह की स्थिति के तहत, व्यक्तिगत बिस्तर लोड कणों की गति आंतरायिक था, साथ ही बारी-बारी से आंदोलन और स्थिरता शर्तों के साथ। प्रवाहित पैटर्न को प्रारंभिक रूप से धारा-वार वेग के ऊर्ध्वाधर प्रोफाइल के ध्वनिक माप के द्वारा चिह्नित किया गया था। प्रक्रिया दृश्य के दौरान, फ्लू के साथ अलग-अलग स्थानों पर रखे गए दो एक्शन-कैमरे का उपयोग करके बड़े दृश्य का दृश्य प्राप्त किया गया था। प्रायोगिक प्रोटोकॉल चान के संदर्भ में वर्णित हैनेल अंशांकन, प्रयोग की पूर्ति, छवि पूर्व प्रसंस्करण, स्वत: कण ट्रैकिंग, और दो कैमरों से कण ट्रैक डेटा के प्रसंस्करण। प्रस्तुत प्रूफ ऑफ अवधारणा परिणाम में कण हॉप लंबाई और अवधि की संभाव्यता वितरण शामिल हैं। इस काम की उपलब्धियों की तुलना मौजूदा प्रोटोकॉल की वैधता को प्रदर्शित करने के लिए की गई है।

Introduction

1 9 2 से कुछ दशकों पहले अग्रगमन कार्यों के बाद , नदी तलछट परिवहन के अध्ययन के लिए छवि विश्लेषण का उपयोग लगातार बढ़ रहा है। यह तकनीक वास्तव में भौतिक घटनाओं 3 , 4 , 5 के विस्तृत विश्लेषण के लिए अपेक्षाकृत उच्च-रिज़ॉल्यूशन और कम-लागत वाले डेटा प्रदान करने की अपनी क्षमता साबित करती है। समय के साथ, हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर टूल्स दोनों के लिए महत्वपूर्ण सुधार प्राप्त हुए हैं।

तलछट परिवहन का माप एक यूलेरियन दृष्टिकोण का उपयोग करके किया जा सकता है जो तलछट के प्रवाह को मापता है, या एक लैगैरगियन है जिसका लक्ष्य है कि वे अलग-अलग अनाज के trajectories को मापने के रूप में चलते हैं। इमेज प्रोसेसिंग अन्य यूलरियन विधियों 6 , 7 की तुलना में कण ट्रैकिंग के लिए अद्वितीय संभावनाएं प्रदान करती है। हालांकि, डेसइन संभावनाओं को पीटने, आंकड़ों के नमूनों के माप और आकार के लिए स्थानिक / लौकिक समर्थन स्केल के संदर्भ में, बिस्तर-लोड तलछट परिवहन के लिए छवि विश्लेषण के आवेदन कुछ महत्वपूर्ण प्रायोगिक सीमाओं से ग्रस्त हैं। उदाहरण के लिए, आंकड़ों की गुणवत्ता और मात्रा के साथ समझौता किए बिना , बड़े स्थानिक क्षेत्र का एक उपयुक्त संयोजन, एक प्रयोग की लंबी अवधि, और उच्च मापने वाले आवृत्ति 3 , 4 , 8 को एक साथ मिलना मुश्किल है। इसके अलावा, कण ट्रैकिंग मैन्युअल रूप से 2 , 4 को प्राप्त की जा सकती है, जिसमें विश्लेषण के लिए इस्तेमाल किए गए सॉफ़्टवेयर द्वारा किए गए ट्रैकिंग त्रुटियों की संभावना के साथ, एक महान इंसान प्रयास, या स्वचालित रूप से 3 , 8 की आवश्यकता होती है।

यह पत्र बिस्तर-लोड तलछट tr की प्रयोगात्मक जांच के लिए एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत करता हैAnsport, जहां लंबे समय तक उपयोग किए गए कैमरे के प्रकार के द्वारा लंबी अवधि हासिल की गई, बड़ी संख्या में दृश्यों को विभिन्न स्थानों पर दो कैमरों के साथ-साथ उपयोग करके सुनिश्चित किया गया था, और तदर्थ प्रायोगिक परिस्थितियों से विश्वसनीय स्वचालित प्रसंस्करण संभव था। प्रयोगात्मक आपरेशन को डिजाइन किया गया था और प्रसंस्करण टूल का चयन कई शोध कार्यों में लेखकों द्वारा प्राप्त किए गए अनुभवों के आधार पर किया गया था, जो चित्रित तरीकों 3 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16 द्वारा तलछट परिवहन की विस्तृत जांच से संबंधित है। , 17 , 18

एक तलछट परिवहन प्रयोग का वर्णन किया गया है, जो कण को ​​जारी किया गया थाएक निश्चित, खस्ता बिस्तर पर es कण भोजन चलने वाले अनाज की कम एकाग्रता को बनाए रखने के लिए प्रवाह की परिवहन क्षमता से बहुत कम था, इस प्रकार कणों की भीड़ से बचने से बचने के लिए। इसके अलावा, परिवहनयुक्त कण लगातार नहीं चल रहे थे, लेकिन आंतरायिक गति मनाई गई थी। चलने की बजाय एक निश्चित बिस्तर का उपयोग प्राकृतिक परिस्थितियों के समानता का नुकसान दर्शाता है। हालांकि, एक निश्चित बिस्तर का उपयोग अक्सर तलछट परिवहन प्रयोगों 1 9 , 20 , 21 के तहत किया गया था , जो इस धारणा के तहत है कि परिणामों की विविध प्रक्रियाओं के साथ जटिल परिदृश्यों से उन लोगों की तुलना में अधिक सरल और व्याख्यात्मक हैं। एक निश्चित बिस्तर का उपयोग स्पष्ट रूप से तलछटी की दफ़नाने की प्रक्रिया और पुन: प्रकट होने से रोकता है। दूसरी ओर, एक कमजोर बेड लोड की उपस्थिति में, तलछट का परिवहन ढीले बिस्तर की सतही परत में होता है, और इस मामले में,एक निश्चित बिस्तर का उपयोग पर्याप्त हो सकता है वास्तव में, दो परिस्थितियों में चलने वाले प्रयोगों में कण गति के गुणों के बीच विशिष्ट तुलना किसी भी महत्वपूर्ण अंतर 3 , 14 में प्रकट नहीं हुई थी । अंत में, यहां प्रस्तुत प्रयोग पारदर्शी कवर के माध्यम से कण दृश्य के लिए अनुकूलतम स्थिति सुनिश्चित करने के लिए एक दबाव वाले प्रवाह के साथ किया गया था। एक दबाव प्रवाह के साथ अवकाश के परिवहन का उपयोग प्रायोगिक अनुसंधान प्रोटोटाइप बर्फ से ढके हुए नदियों में किया गया है, यह दर्शाता है कि करीब-बेड सीमा परत और तलछट के बीच की बातचीत खुली चैनल प्रवाह 22 , 23 के अनुरूप है। निम्नलिखित खंडों में, सभी तरीकों को रेखांकित किया गया है और कुछ प्रतिनिधि परिणाम दिए गए हैं।

Protocol

नोट: पॉलिटेक्निक डि मिलानो के लेको परिसर में स्थित माउंटेन हाइड्रोलिक्स लैब में तलछट परिवहन प्रयोग किया गया था। फ्लू पूरी तरह से पारदर्शी एक्रिलिक सामग्री का निर्माण किया गया है और यह 5.2 x 0.3 x 0.45 मी 3 है । चैनल को दो स्टील बीम द्वारा समर्थित किया गया है और अलग-अलग ढलानों पर काज और पेंच जैक के कारण संचालित किया जा सकता है। ढक्कन की एक श्रृंखला पाइप को एक बंद नाली के रूप में कार्य करने में सक्षम बनाता है, जो कि कवर-प्रवाह विन्यास था, और इस कार्य में नियोजित चैनल।

1. मापने और फ्ल्यू ढलान की स्थापना

  1. फ्लू के आउटलेट को सील करें और अभी भी पानी भरें।
    नोट: सीलिंग विधि चैनल सुविधाओं पर निर्भर करती है यहां प्रस्तुत मामले में, चैनल का टर्मिनल अनुभाग एक युग्मन निकला हुआ किनारा से सुसज्जित है, इसलिए उनके बीच रबर वॉशर के साथ निकला हुआ किनारा में एक प्लास्टिक प्लग को बोल्ट करके सिलिंग प्राप्त किया गया था।
  2. स्क्रू जैक टी संचालित करेंओ एक मनमाना चैनल ढाल सेट
  3. पानी को स्थिरता प्राप्त करने के लिए कम से कम 30 मिनट प्रतीक्षा करें घूमने की गति को खत्म करने और स्थिर पानी की स्थिति की जांच करने के लिए, झंडी की दीवारों पर एक बिंदु गेज रखें और बार-बार नि: शुल्क सतह की ऊंचाई को मापें।
  4. कई जगहों पर चैनल की दीवारों पर बिंदु गेज रखें और नि: शुल्क सतह के उन्नयन की रीडिंग लें।
    नोट: पानी की सतह क्षैतिज है जबकि फ्लू झुका है के रूप में रीडिंग एक दूसरे से अलग है।
  5. बिंदु गेज द्वारा रीडिंग के रैखिक प्रक्षेप के आधार पर एक ढलान मान की गणना करें।
  6. एक लेजर दूरी संवेदक के साथ एक माप लें, जो कि चैनल का समर्थन करने वाले एक बीम से जुड़ा हुआ है और फर्श पर इंगित करता है।
    नोट: यहां, लेजर सेंसर स्थायी रूप से चैनल से जुड़ा हुआ है, इसलिए प्रोटोकॉल में इसकी स्थापना के लिए कोई ऑपरेशन की आवश्यकता नहीं है।
  7. विभिन्न ढलान स्थितियों के लिए 1.2 से 1.6 के चरणों को दोहराएं।
  8. फिट एक्षैतिज अक्ष पर लेज़र माप के साथ एक कार्टेशियन विमान में प्रयोगात्मक बिंदुओं के लिए रैखिक समीकरण और ऊर्ध्वाधर अक्ष पर चैनल ढलान माप। लेजर माप से चैनल ढलान (और इसके विपरीत) के लिए स्थानांतरण फ़ंक्शन निर्धारित करें।

2. वर्किंग कॉन्फ़िगरेशन की स्थापना

  1. चैनल प्लेटों (2-मिमी मोटाई) का एक सेट तैयार करें, जिसमें कुल चैनल के नीचे के बराबर आयाम होगा।
    नोट: यहां, 1.3 x 0.3 m 2 के आकार के साथ चार प्लेटें इस्तेमाल की गई थीं
  2. प्लेटों पर चढ़ते हुए तलछट कणों से एक निश्चित नारियल का डिब्बा बनाएं। ऐसा करने के लिए, दो-घटक पॉलिएस्टर राल के साथ प्लेटें पेंट करें, फिर उनके ऊपर तलछट (1-1.5 सेमी) की एक परत फैलाएं।
    नोट: यहां इस्तेमाल किए जाने वाले तलछट कण पॉलीब्युटिलीन टेरेफाथलेट (पीबीटी) अनाज होते हैं, जो सफेद रंग में निर्मित होते हैं और 3 मिमी के आकार के होते हैं ऊपर की प्रक्रिया के साथ, थाली से चिपक गई तलछट की मोटाई कण आकार के समान होती है।
  3. डब्ल्यूएट को कम से कम 24 घंटे के लिए राल सूखने के लिए अनुमति दें, फिर प्लेटों को घेरकर अतिरिक्त तलछट को हटा दें और तलछट को दूर कर दें। एक पानी प्रतिरोधी स्प्रे रंग के साथ काले रंग में तलछट सतह पेंट। रंग को शुष्क करने के लिए कम से कम 10 घंटे प्रतीक्षा करें
  4. तलछट में लेपित प्लेटें (देखें चरण 2.1-2.3 देखें) और पॉलीविनाइल क्लोराइड (पीवीसी) पर काम करने वाले अनुभागों के निचले हिस्से को बनाने के लिए समर्थन करता है। बिस्तर की निरंतरता सुनिश्चित करने के लिए लगातार प्लेटों की नियुक्ति पर ध्यान दें।
    नोट: पीवीसी समर्थन का उपयोग वैकल्पिक है। वर्तमान मामले में, फ्लू का क्रॉस सेक्शन (0.3 मीटर चौड़ा और 0.45 मीटर ऊंचा, 1 से कम चौड़ाई से गहराई से अनुपात के बराबर) मूल रूप से तलछट की तलछट के साथ तलछट परिवहन प्रयोग चलाने के लिए तैयार किया गया था। इस पांडुलिपि में प्रस्तुत प्रयोग को एक निश्चित बिस्तर पर चलाया गया था, जिससे चौड़ाई से गहराई के अनुपात में असामान्य, बहुत कम मूल्य मिलते हैं। पीवीसी का समर्थन इसलिए बड़े पैमाने पर प्राप्त करने के लिए किया जाता थाइस अनुपात के लिए r मान
  5. एक कवर कार्य अनुभाग बनाने के लिए चैनल की दीवारों पर पारदर्शी ऐक्रेलिक लेड्स (पूरे चैनल लंबाई को कवर) की एक श्रृंखला रखें।
    नोट: यहां वर्णित फ़्लूमे में, ढक्कन 20 सेमी की ऊंचाई के साथ आंतरिक बक्से हैं, बस फ्लेम की दीवारों पर बिछाने। इसलिए, प्रयोग के दौरान कुछ पानी ढक्कन पक्षों पर मौजूद होते हैं, लेकिन फ्लू के भीतर प्रवाह में काफी परिवर्तन नहीं होता है। नीचे दिए गए प्रयोग में प्रयोग किया जाने वाला कार्य विभाग 0.3 एमएक्स 0.105 एम 2 जितना बड़ा था।

3. स्थिर प्रवाह की स्थिति की स्थापना

  1. पंप पर स्विच करें, चैनल को पानी से भरें और प्रवाह दर सेट करने के लिए विनियमन वाल्व का उपयोग करें।
    नोट: इस काम में, प्रवाह की दर डिलीवरी पाइप के साथ एक इलेक्ट्रो-चुंबकीय प्रवाह मीटर द्वारा मापा गया था।
  2. एक पूंछ-पानी के नियामक का उपयोग करें, दबाव सिर की ऊंचाई को चैनल लिड्स से थोड़ा ऊपर सेट करने के लिए, यह सुनिश्चित करना कि एक कवर प्रवाह है, लेकिन बचेंढक्कन पर एक महत्वपूर्ण उछाल बल।
    नोट: यहां प्रस्तुत चैनल में, पूंछ-पानी विनियमन फ्लू के अंत में स्थित स्टिक की एक सरणी से प्राप्त की जाती है।
  3. प्रवाह की स्थिति की स्थिरता की जांच करने के लिए बार-बार प्रवाह दर और दबाव सिर को मापने के लिए

4. फ्लो डिस्ट्रीब्यूशन के लक्षण

  1. विभिन्न स्थानों पर स्ट्रीम-वार वेग घटक के ऊर्ध्वाधर प्रोफ़ाइल को मापें।
    1. उपयुक्त जांच-धारक का उपयोग करके फ्लुइम ढक्कन के ऊपर एक अल्ट्रासोनिक वेग प्रोफेबलर (यूवीपी) की जांच करें। चैनल इनलेट की ओर पूंछ के साथ एक चुने हुए झुकाव पर जांच रखें। हवा के माध्यम से अल्ट्रासोनिक लहर के पारित होने से बचने के लिए जांच टिप और ढक्कन के बीच अंतरिक्ष में एक उपयुक्त अल्ट्रासोनिक युग्मन जेल लागू करें। जांच को उसके अधिग्रहण मॉड्यूल से कनेक्ट करें।
      नोट: वर्तमान मामले में, जांच-धारक पीवीसी से बना था और इसमें झुकाव वाले आधार का आधार थागाइड संलग्न यह समर्थन एक कोण के चयन के बाद बनाया गया था।
    2. नमूना कई तात्कालिक वेग प्रोफाइल
      नोट: इस प्रयोग में इस्तेमाल किए गए साधन के साथ, यह कदम मैनुअल को उत्सर्जित अल्ट्रासाउंड रे की आवृत्ति, एक पल्स पुनरावृत्ति आवृत्ति, एक संकल्प, और तत्काल प्रोफाइल की वांछित संख्या की आवश्यकता है। वांछित संख्या तक पहुंचने पर प्रोफाइल लगातार हासिल किए गए और सहेजे गए।
    3. चैनल आउटलेट की ओर पूंछ के साथ जांच को छोड़कर, 4.1.1 और 4.1.2 के चरणों को दोहराएं।
    4. धारा-वार वेग के अधिग्रहित समय के विकास के दृश्य निरीक्षण द्वारा सिग्नल डी-स्पिकिंग 24 की आवश्यकता का आकलन करें। यदि आवश्यक हो तो डेटा प्रोसेसिंग के दौरान डी-स्पिकिंग करना।
    5. यूवीपी के प्रत्येक मापने वाले स्थान (फाटक) के लिए दो मापों से जांच-वार वेग घटकों के समय-औसत प्रोफाइल प्राप्त करने के लिए औसत वेग मूल्य की गणना करें (जांच की पूंछ के साथचैनल इनलेट और आउटलेट)।
    6. स्ट्रीम-वार और ऊर्ध्वाधर वेग घटकों को प्राप्त करने के लिए किसी भी ऊँचाई पर मापा गया दो जांच-वार वेगओं के त्रिकोणमितीय संरचना का उपयोग करें।
      1. V ऊपर और, कदम 4.1.2 और 4.1.3 में मापा क्रमशः समय औसतन वेग के रूप में नीचे वी, निर्धारित धारा के लिहाज से (यू) और के रूप में खड़ी वेग (v) घटकों के साथ:
        समीकरण 1
        समीकरण 2
        जहां, चैनल के संबंध में α जांच का झुकाव है।
    7. विभिन्न मीडिया (जेल, ऐक्रेलिक और पानी) के लिए प्रोफाइल अकाउंटिंग में मापने वाले स्थानों के लिए दूरी के मानों को समायोजित करें, जिसके माध्यम से ध्वनिक बीम 25 की यात्रा कर रहा था।
    8. सभी मापने वाले स्थानों के लिए 4.1.1 से 4.1.7 के चरणों को दोहराएं।
  2. स्ट्रीम-वार वेग घटक के ऊर्ध्वाधर प्रोफ़ाइल से कतरनी वेग को मापें
    1. सीमाओं की एक श्रेणी को निर्धारित करें जहां स्ट्रीम-वार वेग घटक का प्रोफ़ाइल एक अर्ध-लॉगरिदमिक साजिश में एक रैखिक प्रवृत्ति को दर्शाता है ( चित्र 2 देखें)।
    2. अनुमान कतरनी वेग यू एक लघुगणकीय समीकरण फिटिंग इस प्रकार से मापा जाता प्रोफ़ाइल से है:
      समीकरण 3
      जहां यू ( जेड ) समय-औसत स्ट्रीम-वार वेग है, जो बिस्तर से एक निश्चित ऊंचाई Z पर होता है, κ में कर्मान स्थिरांक 0.4 के बराबर होता है, और z 0 हाइड्रोडायनामिक खुरदरापन लंबाई है।
    3. कतरनी वेग 26 के अनुमान के अनुसार अनिश्चितता को बढ़ाएं:
      समीकरण 4
      जहां एन सी के लिए प्रयुक्त मूल्यों की संख्या हैUrve फिटिंग और जम्मू 1 से एन तक का एक काउंटर है

5. एक अवकाश परिवहन प्रयोग करना

  1. वांछित कैमरा पैरामीटर (संकल्प, आवृत्ति) सेट करें कैमरे के निर्माता से समर्थन का उपयोग करना, दो धाराओं के दो स्थानों पर चैनल नीचे की तरफ ल्यूड्स के पार्श्व की दीवारों में दो एक्शन कैमेरा संलग्न करें। सुनिश्चित करें कि दो कैमरे के लिए फोकस क्षेत्र ओवरलैप
    1. परीक्षण और त्रुटि से कैमरा स्थिति और अभिविन्यास समायोजित करें प्रत्येक कैमरे से एक छोटा वीडियो कैप्चर करें, वीडियो देखें और कैमरे की स्थिति या अभिविन्यास बदल दें, यदि दो फोकस क्षेत्र ओवरलैप न हो जाएं या कैमरे के दृश्य को फ्लू से ठीक से गठबंधन नहीं किया गया है।
      नोट: वर्तमान कार्य में, कैमरा 30 एफपीएस पर संचालित किया गया था जिसमें 1,920 × 1,080 पिक्सेल का संकल्प था।
  2. चरण 3.1 से 3.3 में वर्णित एक स्थिर प्रवाह की स्थिति की स्थापना करें। सफेद कण फ़ीड (उन टी के समानटोपी चिकना और रंग 2.2 और 2.3 के चरणों में काले रंग के होते थे) फ्लू इनलेट पर प्रवाह में। कुछ कणों को चुनें और उन्हें (एक कण हर कुछ सेकंड), काले बिस्तर पर सफेद कणों की कम एकाग्रता बनाए रखने के लिए छोड़ दें। प्रयोग की पूरी अवधि के लिए खिलाओ।
    नोट: एक निम्न कण एकाग्रता 17 को एक उच्च एकाग्रता 18 के साथ स्थितियों की तुलना में ट्रैकिंग प्रक्रिया को सरल करता है। दरअसल, बाद की छवि में एक ही कण के साथ एक निश्चित छवि में एक कण के बीच का मैच कण 19 , 27 की पूर्व स्थिति के आसपास एक सर्च विंडो पर आधारित है; एक उच्च एकाग्रता खोज विंडो में एक से अधिक कणों का पता लगाने की संभावना बढ़ जाती है, और बदले में बेमेल की जाती है
  3. अगर कमरे की रोशनी बंद हो जाती है, तो उन पर स्विच करें क्योंकि यह कैमरों को सिंक्रनाइज़ करने के लिए आवश्यक है। कैमरे को ट्रिगर करके शूटिंग शुरू करेंउपयुक्त नियंत्रणों के साथ यह सुनिश्चित करने के बाद कमरे की रोशनी बंद करें कि दोनों कैमरों ने फिल्माने शुरू की है।
    नोट: इस तरह, जिस समय पर प्रकाश बंद हो गया था, वह छवियों में पिक्सेल की तीव्रता के इतिहास से स्पष्ट रूप से पहचानने योग्य होगा, इस तरह से (कम-से-एक-फ्रेम परिशुद्धता के साथ) दो अधिग्रहीत फिल्मों निर्धारित किए जाने हेतु। दृश्य अंधेरे में निश्चित रूप से नहीं बनाया जा सकता है। वर्तमान कार्य में, प्रयोग केवल प्राकृतिक प्रकाश (केवल एक कमरे की दीवार की दीवार के रूप में गिलास के बने होते हैं) का इस्तेमाल करते थे। यदि प्रयोग के दौरान प्रकाश की स्थिति में काफी बदलाव आते हैं, तो रन को दोहराया जाना चाहिए क्योंकि प्रकाश नीचे वर्णित कण पहचान और ट्रैकिंग को प्रभावित करता है।
  4. वांछित अवधि (यहाँ, 15 मिनट) के लिए फिल्मांकन रखें, फिर कैमरे रोकें।
    नोट: प्रतिनिधि परिणाम 100 एस की अवधि के लिए निम्नलिखित में दिखाए गए हैं
  5. किसी भी अन्य वांछित हाइड्रो-गतिशील हालत के लिए 5.2 से 5.7 के चरणों को दोहराएं (के लिएउदाहरण के लिए, एक अलग प्रवाह दर)।
    नोट: यहां वर्णित प्रयोगों के दौरान, शूटिंग के बाद बिस्तर पर कुछ फंस गए कण उपस्थित थे। ढक्कन उठाने, कण हटाने के लिए ब्रश का उपयोग करके, और ढक्कन को बदलने के बाद, उन्हें एक और विन्यास के परीक्षण से पहले हटाया जाना चाहिए।

6. प्रीप्रोसेसिंग इमेजेस

  1. पिक्सेल निर्देशांक के लिए एक रेडियल परिवर्तन लागू करने और छवियों को रिमाइंड करने से सीमित लेंस की लंबाई के कारण छवि विरूपण को सही करें परीक्षण को समायोजित करने के लिए परिवर्तन को लागू करने के लिए आवश्यक एक अंशांकन कारक
    नोट: छवि केन्द्र के लिए किसी भी पिक्सेल से एक दूरी के रूप में देखते हुए आर, एक तब्दील दूरी के रूप में गणना की जा सकती:
    समीकरण 5
    जहां कश्मीर अंशांकन कारक है जिसे ट्रायल 28 द्वारा समायोजित करने की जरूरत है, फ्लुम के नीचे पक्षों के दृश्य निरीक्षण के आधार पर, जो छवि में सीधी रेखा के रूप में दिखना चाहिएरों।
  2. एक रेखीय छवि रूपांतरण को पिक्सेल से वास्तविक दूरी तक निर्धारित करें जिससे पता चलता है कि दूरी पर रखा गया है और बिस्तर की ऊंचाई पर, फ्लॉइड की पार्श्व की दीवारों पर।
    नोट: यह (सामग्री की तालिका देखें) एक छवि फ़ाइल को खोलने के लिए आदेश imread का उपयोग कर एक प्रोग्रामिंग भाषा में उदाहरण के लिए पूरा किया जा सकता,, लक्ष्य पर क्लिक आदेश ginput करने और पिक्सेल में उनके निर्देशांक प्राप्त है, और के बीच एक अनुपात खोजने इतना निर्धारित पिक्सेल निर्देशांक और वास्तविक वाले

7. कणों की पहचान और ट्रैकिंग

नोट: अलग-अलग रूप से दोनों कैमरों द्वारा एकत्र की गई छवियों के लिए निम्न सभी कार्यों को किया जाना चाहिए। कणों की पहचान और ट्रैकिंग, धाराओं 29 का उपयोग करते हुए प्रदर्शन कर रहे थे यह सॉफ्टवेयर अपने डेवलपर की पूछताछ पर स्वतंत्र रूप से उपलब्ध है स्टूम्स पहले से ही बिस्तरों के लिए कई प्रयोगों में लेखकों द्वारा नियोजित किया गया थाडी कंक्रीट परिवहन विभिन्न स्थितियों में 3 , 16 , 17 , 18 , 28 , 30

  1. छवि → छवि अनुक्रम बनाएँ छवि पर क्लिक करके फ़्रेम आयात करें । इनपुट दो फ्रेम और छवि अंशांकन कारक के बीच का समय चरण। अनुक्रम में शामिल होने वाली छवि फ़ाइलों का चयन करें ठीक पर क्लिक करें
    नोट: वर्तमान मामले में, समय अंतराल 1/30 एस (चरण 5.1 में उल्लिखित फ़्रेम दर के अनुरूप) और छवि कैलिब्रेशन कारक 0.5 मिमी / पिक्सेल था।
  2. कणों की पहचान करें
    1. सफेद कणों से संबंधित पिक्सल के लिए विशिष्ट तीव्रता मूल्य (0 से 255 के पैमाने पर) को खोजने के लिए कुछ बेतरतीब ढंग से चुनी गई छवियों के लिए तीव्रता के नक्शे का उत्पादन करें
      1. बनाई गई छवि अनुक्रम पर राइट-क्लिक करें और ओप चुनेंएन छवि दृश्य शिफ्ट होल्डिंग, छवि पर कोई भी आयत बनाएं। आयत पर राइट-क्लिक करें और ShowIntensityMatrix चुनें। एक उपयुक्त दहलीज मूल्य चुनें।
        नोट: वर्तमान मामले में, सीमा 80 पर सेट की गई थी
    2. बाइनरी छवियों में एक तीव्रता मूल्य और सफेद धब्बों के एक अपेक्षित आकार के आधार पर छवियों को थ्रेसहोल्ड करें।
      1. बनाई गई छवि अनुक्रम पर राइट-क्लिक करें और ओपन प्रोसेस व्यू चुनेंनई पर क्लिक करें, चित्रों की पाइपलाइन फ़िल्टर चुनें और ठीक पर क्लिक करें। प्रक्रिया को एक नाम दें, अनुक्रम नाम प्रदान करें और ठीक पर क्लिक करें। फ़िल्टर पाइपलाइन पर डबल-क्लिक करें, नया पर क्लिक करें, पृष्ठभूमि को निकालें चुनें और ठीक पर क्लिक करें।
      2. प्रक्रिया विंडो में, नई पर क्लिक करें, कण पहचानें चुनें और ठीक पर क्लिक करें। सिंगल दहलीज चुनें और ठीक पर क्लिक करें एल्गोरिदम में ठीक पर क्लिक करें। बनाई गई प्रक्रियाओं का चयन करें, एप टू पाइपलाइन पर क्लिक करें और फिर एक्जिक्यूट पर क्लिक करें।
        नोट: यहां आकार का आकार 0.5 से 8 मिमी तक था। मौके का आकार कण आकार से संबंधित है, लेकिन यह प्रकाश की स्थितियों पर भी निर्भर करता है। वास्तव में, यह स्थान कण से ही कण द्वारा प्रतिबिंबित प्रकाश से मेल खाती है।
  3. ट्रैक कण
    1. कण रिकार्ड पर राइट-क्लिक किया गया था जो बनाया गया था और ओपन इमेज व्यू को चुनें
    2. आगे और पीछे तीर बटन पर क्लिक करके फ्रेम के माध्यम से स्क्रॉल करें प्रदर्शित स्पॉट और पढ़ने के निर्देशांक पर कर्सर को स्थानांतरित करके लगातार छवियों के बीच ठेठ कण विस्थापन देखें। उचित खोज विंडो को तदनुसार निर्धारित करें।
    3. कण रिकॉर्ड पर राइट-क्लिक बनाया गया था और ओपन प्रोसेस व्यू को चुनें
    4. नई पर क्लिक करें, PTV विश्लेषण पाइपलाइन का चयन करें और ठीक पर क्लिक करें। प्रक्रिया को एक नाम दें और ठीक पर क्लिक करें। पीटीवी विश्लेषण पाइपलाइन पर डबल क्लिक करें, नई पर क्लिक करें Costings पृष्ठ में, दूरी का चयन करें ऑप्टिमाइज़ेशन पृष्ठ में, स्ट्रीम-वार और अनुक्रमित स्थिति इनपुट विंडो के आयाम इनपुट करें, और ठीक पर क्लिक करें।
    5. बनाई गई प्रक्रिया का चयन करें, पाइपलाइन में जोड़ें पर क्लिक करें और फिर एक्जिक्यूट पर क्लिक करें।
      नोट: एक कण ट्रैक आदर्श रूप से फोकस क्षेत्र या अंतिम प्रयोगात्मक समय के अंत तक पहुंचने चाहिए। इसी तरह, यह फोकस क्षेत्र की शुरुआत या प्रारंभिक समय से शुरू होना चाहिए। हालांकि, मापा पटरियों अप्रत्याशित रूप से बाधित हो सकती हैं, आम तौर पर क्योंकि दो लगातार फ्रेमों के बीच मिस्ड कण मैच के कारण कम तीव्रता या कम समय के कारण कुछ फ़्रेम में एक कण का पता नहीं होता है। अगर टीआई की सीमाओं तक पहुंचने के बिना ट्रैक समाप्त होता हैमे-स्पेस अवलोकन विंडो, पुन: कनेक्शन के लिए उम्मीदवार खोजे जा सकते हैं; किसी स्थान पर बंद करें और आखिरी फ़्रेम के अंत के बाद जल्द ही रुकावटें चुनें। इस तरह, एक कण के लिए एक एकल ट्रैक को चरण 7.3.6 में विस्तृत रूप से पुनर्निर्धारित किया जा सकता है।
    6. अगर रुकावटें मापा पटरियों में मौजूद हैं, तो उस प्रयोजन के लिए समर्पित खोज विंडो का इस्तेमाल करके ट्रैक पुनर्नामित करके उन्हें ठीक करें
      1. कण रिकॉर्ड पर राइट-क्लिक बनाया गया था और ओपन प्रोसेस व्यू को चुनेंनया पर क्लिक करें, लैर्रैगियन पथ फ़ील्ड बनाएं चुनें और ठीक पर क्लिक करें। ठीक पर फिर से क्लिक करें पाइप लाइन पर प्रक्रिया जोड़ें और एक्जिक्यूट पर क्लिक करें।
      2. कण रिकार्ड पर राइट-क्लिक बनाया गया था (दूसरा वाला) और ओपन प्रोसेस व्यू का चयन करें नई पर क्लिक करें, लैग्रेगियन पथ से जुड़ें और ठीक पर क्लिक करें। पैरामीटर पृष्ठ में, खोज विंडो और सी का विवरण इनपुट करेंठीक पर चाटना पाइप लाइन पर प्रक्रिया जोड़ें और एक्जिक्यूट पर क्लिक करें।
    7. कण रिकॉर्ड्स पर राइट-क्लिक किया गया था (दूसरा वाला) और पाठ फ़ाइल में सहेजें पथ चुनें। इनपुट पथ और फ़ाइल नाम, फिर ठीक पर क्लिक करें।

8. विभिन्न कैमरों से trajectories शामिल

नोट: माप क्षेत्र के आकार को बड़ा करने के लिए कई कैमरों के उपयोग से लाभ लेने के लिए यह एक आवश्यक कार्रवाई है। चरण एक लेखक द्वारा विकसित ग्राफिकल यूजर इंटरफेस के साथ एक MatLab कोड ( join_cameras.m ) द्वारा किया जाता है ( पूरक कोड फ़ाइलें देखें)।

  1. कंप्यूटर फ़ोल्डरों को ब्राउज़ करें और दोनों कैमरों के लिए ट्रैक फ़ाइलों को ढूंढें और ट्रैक गुण ढूंढें पर क्लिक करें
  2. डाउनस्ट्रीम कैमरे से डेटा के लिए निर्देशांक के अनुवाद को लागू करके दो कैमरों की वर्दी के ( एक्स , वाई ) संदर्भ करें। निर्धारितदोनों कैमरों की छवियों में दिखाई देने वाले लक्ष्य से दो दिशाओं के साथ अनुवाद के लिए इस्तेमाल होने वाले स्थिरांक आवश्यक मूल्यों को इनपुट करें और बनाओ संदर्भ प्रणाली वर्दी पर क्लिक करें
    नोट: इस बिंदु तक, एक स्वतंत्र संदर्भ कैमरों के लिए (0,0) के साथ छवियों के निचले-बाएँ कोने में, दाये प्रयोग किया जाता है एक्स अक्ष और y ऊपर की ओर धुरी। इस काम में इस्तेमाल किए गए निर्देशांक का अनुवाद क्रमशः और अनुप्रस्थ दिशा में क्रमशः 760.15 और -1.5 पिक्सेल था।
  3. दो डेटा के बीच ओवरलैप के क्षेत्र का निर्धारण करें और उचित टेक्स्ट बक्से में इसकी सीमाएं इनपुट करें।
    नोट: इस काम में ओवरलैप की लंबाई 760.15 से 880.11 पिक्सेल की थी, जो धारा-वार दिशा में थी, और पूरे चैनल की चौड़ाई को कवर किया।
  4. सरल स्थितियों (विश्लेषण 1 चित्रा ) को विश्लेषण करने के लिए, अतिव्यापी क्षेत्र की लंबाई से कम होने वाले सभी प्रक्षेपिकी नमूनों से निकालें। मेंसंबंधित टेक्स्ट बॉक्स में एक थ्रेसहोल्ड लंबाई डालें और कम से कम या बराबर (मिमी) पर क्लिक करें।
  5. ट्रैक में शामिल हों
    1. मर्ज टेबल पर क्लिक करके कण ट्रैक डेटाबेस को दो कैमरों से मिलाएं । धारा के लिहाज से और अनुप्रस्थ दिशाओं में ओवरलैप (यहाँ, 10 मिमी) की सहिष्णुता के लिए इनपुट का अनुरोध किया मूल्यों और शामिल हों पर क्लिक करें।
      नोट: JOIN पर क्लिक करने के बाद, निम्नलिखित ऑपरेशन करें। ओवरलैप के क्षेत्र में समाप्त होने वाला ट्रैक ढूंढने तक ट्रैक को स्क्रॉल करें अतिव्यापी क्षेत्र में शुरू होने वाले और बाहर निकलने वाले पटरियों में शामिल होने के लिए उम्मीदवारों को खोजें। अगर कोई उम्मीदवार पाया जाता है, उस समय की तुलना करें, जिसके लिए दो ट्रैक ओवरलैप के क्षेत्र में हैं। यदि ये समय अवधि एक-दूसरे से सहमत हों, तो सभी संभावित बिंदुओं पर दो पटरियों में कण निर्देशांक के बीच के अंतरों की गणना करें। के लिए संभावित मूल्य के लिए एक्स और वाई मानों के माध्य वर्ग के अंतर का वर्गमूल लोदो कण पटरियों को समान होना चाहिए। यदि यह सूचक थ्रेशोल्ड मान से कम है, तो ट्रैक में शामिल हों ओवरलैप किए गए भाग में, दो पिछला वाले के औसत के अनुसार, एक नया ट्रैक बनाएं। इन सभी कार्यों को दोहराएं जब तक कि कोई नया जोड़ संभव न हो। इस काम में प्रयुक्त सीमा मूल्य दोनों दिशाओं में 10 मिमी था।
  6. परिणाम फ़ाइल को नाम दें और जुड़ें पटरियों को सहेजने के लिए क्लिक करें

आकृति 1
चित्रा 1. ट्रैक शामिल होने के लिए स्थिति। अपस्ट्रीम कैमरे से पटरियों लाल रंग में हैं और डाउनस्ट्रीम कैमरे से हरे रंग में हैं (सादगी के लिए एक आयामी प्रतिनिधित्व)। ऊर्ध्वाधर धराशायी लाइनें ओवरलैप की नाममात्र लंबाई बाध्य करती हैं पटरियों के संभावित रुकावट के कारण, अपेक्षित सीधा सीआर के लिए विभिन्न प्रकार के परिणाम बड़े होते हैंएके (पहले चार स्केच किए गए मामलों से संबंधित) पहले कैमरा से एक ट्रैक के साथ ओवरलैपिंग क्षेत्र तक पहुंचते हैं और दूसरी कैमरे से एक ट्रैक इसे छोड़कर। कुल 13 सैद्धांतिक रूप से संभावित स्थितियों को प्रस्तुत किया गया है। विश्लेषण को आसान बनाने के लिए, ओवरलैपिंग क्षेत्रों की लंबाई की तुलना में छोटे ट्रैक प्रारंभिक आंकड़ों से बाहर रखा गया है। इस आंकड़े के एक बड़े संस्करण को देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें

9. सिडियम ट्रांसपोर्ट कीनेटिक्स का विश्लेषण करना

  1. प्राप्त किए गए डेटा सेट से शुरू होता है जिसमें प्रत्येक परिवहनयुक्त कण का ट्रैक होता है, किसी भी समय पर ली गई स्थिति ( एक्स , वाई ) के संदर्भ में व्यक्त किया जाता है, जो बेड-लोड कण केनैटिक्स 3 के चित्रण के लिए विभिन्न सांख्यिकीय विश्लेषण करता है , 4 , 5 , 8 , 16 , 17 , 18

Representative Results

इस खंड में प्रस्तुत परिणाम एक ऐसे प्रयोग के लिए होते हैं जहां झुकाव ढलान को शून्य पर सेट किया गया था (ढलान मूल्यों को ± 0.05% शुद्धता के साथ गिना गया)। प्रयुक्त तलछट पीबीटी कणों से बना था जो अर्ध-गोलाकार थे, आकार डी = 3 मिमी और घनत्व ρ पी = 1,270 किलो / मी 3 था । प्रयोग एक प्रवाह दर क्यू = 9.7 × 10 -3 एम 3 / एस के साथ चल रहा था जिसके परिणामस्वरूप थोक वेग यू = 0.31 एम / एस

यूवीपी के साथ वेग माप के लिए, 2 मेगाहर्टज जांच 81 डिग्री झुकाव पर इस्तेमाल किया गया था। 250 एस के लिए 20 हर्ट्ज पर वेग डेटा का अधिग्रहण किया गया एक प्रतिनिधि वेग प्रोफाइल चित्रा 2 में दर्शाया गया है। इसे चैनल अक्ष पर लिया गया था और फ्लम इनलेट से 4.5 मीटर पर, जहां प्रवाह पूरी तरह विकसित हुआ था। अमान्य उन्नयन माप से संबंधित कुछ मान निकाल दिए गए थे। एक असममितिसी प्रोफाइल प्लास्टिक ढक्कन और तलछट बिस्तर की विभिन्न खुरदरापन के परिणामस्वरूप। भूखंडों भी कतरनी वेग के आकलन के लिए उपयोग की गई प्रोफ़ाइल का भाग दिखाते हैं, यू प्राप्त करने के एस = 25.9 ± 1.3 मिमी /। कण रेनॉल्ड्स संख्या (पुन पी = यू एस × / ν, पानी की कीनेमेटीक्स चिपचिपापन के रूप में ν के साथ) इसलिए बराबर 78 के लिए गया था, एक अस्थायी तौर पर किसी न किसी तरह शासन का संकेत है।

तलछट परिवहन के दृश्य को 3.5 मीटर और दो मीटर के साथ फ़्लू इनलेट से 4.3 मीटर पर रखा गया। कैमरे 30 एफपीएस की आवृत्ति पर और 1 9 20 x 1,080 पिक्सेल के संकल्प के साथ संचालित छवि विरूपण के सुधार के लिए कारक कश्मीर = 0.6 था। विरूपण हटाने के बाद, छवि कैलिब्रेशन 1 पिक्सेल = 0.5 मिमी था। ओवरलैप की लंबाई 760.15 से 880.11 मिमी (जहां बाद में फ़िर के फोकस क्षेत्र की लंबाई थीसेंट कैमरा इसके अपस्ट्रीम किनारे से) कण की पहचान के लिए दहलीज की तीव्रता 80 तक निर्धारित की गई थी और अपेक्षित ब्लॉब आकार 0.5 से 8 मिमी तक हो गया था। कण ट्रैकिंग के लिए खोज विंडो इस प्रकार थी: 1 मिमी अपस्ट्रीम और 7 मिमी डाउनस्ट्रीम, 4 मिमी लेटरल बाधित पटरियों के पुनर्निर्माण के लिए खोज विंडो निम्नानुसार थी: 1 मिमी अपस्ट्रीम और 31 मिमी डाउनस्ट्रीम, 16 मिमी बाद में 4 तख्ते के साथ। क्षेक्षित मूल्य के वर्गमूल का मतलब एक्स और वाई के बीच अंतर के दो वर्गों के बीच अंतर को 10 मिमी में सेट किया गया था।

कण ट्रैक प्रत्येक कैमरा (100 की अवधि के अनुरूप) से 3,000 छवियों के सबसेट का उपयोग करके मापा जाता है, चित्रा 3 में दिखाया गया है। डाटाबेस ने क्रमशः अपस्ट्रीम और डाउनस्ट्रीम कैमरा से 37 और 34 पटरियों को मिला। दो कैमरों द्वारा प्राप्त पटरियों का एक ओवरलैप पहले प्रस्तावित किया गया है और फिर परिणामस्वरूप टी का पूरा सेटरैक प्रदर्शित किया जाता है यह स्पष्ट है कि मापने वाले क्षेत्र के मध्य भाग में ओवरलैप संतोषजनक था। अंत में 59 पटरियों पर 12 लिंक प्राप्त किए गए थे सबसे लंबे समय तक ट्रैक ने कुल अवलोकन विंडो को लगभग 1.6 मीटर (530 से अधिक कण आकार, 15.2 प्रवाह गहराई या 5.3 फीट चौड़ाई) की कुल लंबाई के साथ फैलाया, जो अन्य साहित्य अध्ययनों की तुलना में बहुत बड़ी है, जहां समान विश्लेषण 3 , 4 , 5 , 8

लैगैरगियन ढांचे को लेते हुए, कण केनेमेटिक्स के मुख्य संकेतक यहां कण हॉप्स के गुणों के संदर्भ में लागू होते हैं। इस प्रयोग में एक आंतरायिक बेड-लोड ट्रांसपोर्ट के समान, ये हॉप्स बाकी की अवधि से अलग हैं। एकल कण के लिए एक पूर्ण ट्रैक के भीतर होप्स का पता लगाने के लिए, कण गति और स्थिरता की पहचान हैएक आवश्यक प्रारंभिक चरण। इस कार्य में, हमने एक कसौटी 30 लागू की है जो गति में एक कण को ​​एक निश्चित पल में लगाता है, अगर उस पल में एक्स स्थिति सभी पिछली जातियों से अधिक होती है और सभी निम्नलिखित लोगों की तुलना में कम होती है। 59 मापा कणों की कुल संख्या 59 मापा गया था। 4 चित्रा हॉप लंबाई और अवधि के लिए प्राप्त संचयी आवृत्ति वितरण (सीएफडी) दर्शाया गया है।

चित्र 2
चित्रा 2: मापित वेग विज्ञापन (शीर्ष) स्ट्रीम-वार वेग घटक के समय-औसत वर्टिकल प्रोफाइल (नीचे) प्रोफाइल के निचले हिस्से में एक लघुगणक समीकरण को फिट करके कतरनी वेग का अनुमान। ध्यान दें कि चैनल के शीर्ष से शुरू होने वाली एक ऊर्ध्वाधर अक्ष और उन्मुख नीचे की तरफ पहली साजिश में प्रयोग किया जाता है, represe परिणाम को यूवीपी के साथ माप से निकाल देना चैनल नीचे से एक अक्ष और ऊपर निर्देशित किया जाता है इसके बजाय दूसरे भूखंड में उपयोग किया जाता है, जैसा कि समीकरण फिटिंग द्वारा कतरनी वेग का अनुमान लगाने की आवश्यकता होती है। इस आंकड़े के एक बड़े संस्करण को देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें

चित्र तीन
चित्रा 3: मापित कण ट्रैक के योजना देखें (शीर्ष) दो कैमरों के पटरियों (ऊपर की ओर वाला कैमरा लाल और नीचे की ओर काला में)। (नीचे) शामिल पटरियों का नमूना (स्पष्टता के लिए रंग बदल रहा है और एक मोटा लाइन द्वारा डाला कुछ पटरियों)। इस आंकड़े के एक बड़े संस्करण को देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें

4 "वर्ग =" एक्सफ़िगिम "src =" / फ़ाइलें / एफटीपी_उपलोड / 55874 / 55874fig4.jpg "/>
चित्रा 4: हॉप लम्बी (टॉप) और अवधि (नीचे) की संचयी आवृत्ति वितरण (सीएफडी) चित्रा 3 के प्रत्येक ट्रैक के भीतर, कण प्रत्येक बार झुकाव का प्रतिनिधित्व करने के लिए तत्काल होता है यदि कण गति में था या उस पल में आराम से। कण hops तब कण entrainment (स्थिरता से गति से संक्रमण) और disentrainment (गति से स्थिरता से संक्रमण) के बीच अंश के रूप में पटरियों से निकाले गए थे। हॉप लंबाई और अवधियों के लिए प्राप्त नमूनों का इस्तेमाल यहां दिखाए गए वितरण को बनाने के लिए किया गया था। इस आंकड़े के एक बड़े संस्करण को देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें

पूरक कोड फ़ाइलें: join_cameras.m कृपयाइस फाइल को डाउनलोड करने के लिए यहां क्लिक करें

Discussion

कण विज़ुअलाइज़ेशन के साथ बेड लोड लोड ट्रांसपिंग को डिजाइन करना एक प्रयोगात्मक कॉन्फ़िगरेशन और हार्डवेयर टूल्स, फ्लो मापन, कण सीडिंग और विज़ुअलाइज़ेशन, और इमेज विश्लेषण की पसंद सहित कई चरणों में शामिल है। प्रत्येक चरण में बदलावों के फायदे और नुकसान हैं। इस पांडुलिपि में प्रस्तुत प्रोटोकॉल की मुख्य विशेषताएं इस प्रकार हैं: (i) एक दबावयुक्त प्रवाह और एक निश्चित कच्चा बिस्तर का उपयोग करना, (ii) फिक्स्ड बेड कलर को एक विपरीत रंग वाले बिस्तर लोड कणों की कम संख्या को बोना (iii) प्राकृतिक प्रकाश का उपयोग करना, और (iv) एक दूसरे के साथ जुड़ने के लिए स्वतंत्र ट्रैक सेट प्राप्त करने के लिए कई कैमरों का उपयोग करना

प्रायोगिक विधि और डेटा प्रोसेसिंग, बिस्तर माप भार को अंतिम माप के लिए विश्वसनीय ढंग से ट्रैक करने में सक्षम बनाता है। कवर प्रवाह चलती कणों के एक इष्टतम दृष्टि की गारंटी देता है। हालांकि तय बिस्तर हालांकि, कुछ प्रक्रियाओं का अवलोकन रोकता है ( उदाहरण के लिए , वेड़ी के साथ जुड़ा हुआ) मैं सक्रिय बिस्तर लोड परत के भीतर तलछट कणों के विस्थापन), और इस प्रकार तकनीक की प्रयोज्यता को कमजोर बेड लोड में सीमित करता है।

केवल 100 सेकंड की फिल्म का उपयोग करके प्राप्त डेटा के नमूनों का आकार अपेक्षाकृत छोटा था। हालांकि, छवि अधिग्रहण और प्रसंस्करण के प्रयोगात्मक अवधि को लंबा करके नमूना आकार को आसानी से बढ़ाया जा सकता है। कणों की सीमित मात्रा में भोजन करने के लिए पर्याप्त रूप से उच्च दर पर भोजन करने के लिए अधिक प्रयोगात्मक समय की आवश्यकता होती है; लेकिन गति में कणों की छोटी एकाग्रता और विभिन्न रंगों के उपयोग के कारण अपेक्षाकृत सीधा कण ट्रैकिंग के कारण यह प्रयास के लायक है, जिनमें से दोनों ट्रैकिंग गलतियों की संभावना को कम करते हैं। प्रयोग में प्राकृतिक प्रकाश का प्रयोग प्रकाश उपकरणों की आवश्यकता से बचा जाता है; हालांकि, एक नकारात्मक पक्ष यह है कि अच्छा प्रकाश मौसम की स्थितियों पर निर्भर करता है

कण हॉप लंबाई और अवधि के CFDs में दर्शायाG "> चित्रा 4 सबसे अधिक के रूप में सबसे कम मूल्यों को दिखाता है। हॉप लंबाई और अवधि का सबसे बड़ा मापा मूल्य क्रमश: 600 मिमी और 7 एस था। यह साहित्य 4 , 16 , 30 से समान मूल्यों की तुलना में काफी बड़ा था , लंबे समय तक ट्रैक को मापने से लंबे समय तक कण होप्स के जोखिम को चलाता है। दो कैमरों का उपयोग करने का लाभ यह स्पष्ट है कि एक कैमरा के पास लगभग 850 मिमी की फोकस क्षेत्र की लंबाई थी, जो कि हॉप लंबाई मानों की तुलना में अधिक मापा नहीं जा सके इसके बजाय दो कैमरों का इस्तेमाल करने वाले माप प्रोटोकॉल ने प्रक्रिया की लंबाई के पैमाने और मापने के क्षेत्र के बीच एक संतोषजनक पृथक्करण सुनिश्चित किया, इस प्रकार प्रयोगात्मक सीमाओं के कारण अभूतपूर्व परिणामों को दबाने के जोखिम को कम करना। इसके अलावा, फोकस क्षेत्र को इसके अतिरिक्त बढ़ाया जा सकता है फ्लोम के साथ रखा कैमरों की संख्या में वृद्धि

यहां वर्णित प्रोटोकॉल की तुलना में एक वैकल्पिक प्रक्रिया कण पहचान और ट्रैकिंग से पहले अतिव्यापी छवियां बनाने के लिए है हमारे प्रोटोकॉल (दो बार ट्रैक करने और कण ट्रैक जोड़ने के लिए) को पसंद किया गया था क्योंकि छवि मर्जिंग विधि ने डेटा फ़ाइलों के आकार को दोगुना कर दिया होगा, जिसमें मेमोरी खपत की आवश्यकता होती है जो सस्ती नहीं थी।

यहां वर्णित प्रसंस्करण एल्गोरिदम के साथ, कई कण ट्रैक जो ओवरलैपिंग क्षेत्र की लंबाई से कम थे, को त्याग दिया गया क्योंकि वे तलछट पटरियों के पूर्ण पुनर्निर्माण को रोकते थे। हालांकि, 120 मिमी की दहलीज की लंबाई ट्रैक की लंबाई से कम परिमाण का एक आदेश था, और इन आंकड़ों की हानि स्वीकार्य थी। इसके अलावा, चित्रा 1 के निचले 8 मामलों में शामिल होने वाला ट्रैक ट्रैक की लंबाई में महत्वपूर्ण वृद्धि को प्राप्त नहीं करेगा। दूसरी ओर, इन स्थितियों में मदद मिल सकती हैलंबे पटरियों की पुनःप्राप्ति में, जैसे कि चित्रा 5 की स्थिति, जो रुकावट को ट्रैक करने के कारण हो सकती है। एक समान मामले में, पुनरावृत्त कार्यवाही में शामिल होने से एक लंबे ट्रैक का पुनर्निर्माण किया जा सकता है। हालांकि यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि चित्रा 5 में उन जैसे ट्रैक रुकावटें शामिल होने के बजाय स्पष्ट रूप से ट्रैकिंग प्रक्रिया से संबंधित हैं।

दत्तक प्रोटोकॉल की क्षमताओं का प्रदर्शन करने के लिए इस पांडुलिपि में एक प्रयोग के लिए प्रूफ ऑफ अवधारणा परिणाम प्रस्तुत किए गए थे। भविष्य के प्रयोगों में, बिस्तर-लोड तलछट परिवहन प्रक्रिया का विस्तृत विश्लेषण प्राप्त करने के लिए प्रोटोकॉल विभिन्न जल-गतिशील स्थितियों की एक श्रृंखला पर लागू किया जाएगा।

चित्रा 5
चित्रा 5: अवरोधों की उपस्थिति में शामिल होने वाले ट्रैक की स्थिति 1 चित्रा और प्रोटोकॉल के चरण 8.4 के शीर्षक में उल्लिखित है, ओवरलैपिंग क्षेत्र की लंबाई की तुलना में छोटी पटरियों को बाहर रखा गया है। यह छोटे लाल और हरे रंग के पटरियों को समाप्त करता है; इसलिए शेष बचे लोगों में शामिल नहीं किया जा सकता क्योंकि उनके पास कोई सामान्य बिंदु नहीं है। इस आंकड़े के एक बड़े संस्करण को देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें

Disclosures

लेखकों ने घोषणा की कि उनके पास कोई प्रतिस्पर्धात्मक वित्तीय हित नहीं है

Acknowledgments

यह काम यूरोपीय संघ के 7 वें फ्रेमवर्क कार्यक्रम के माध्यम से, रिसर्चर्स के प्रशिक्षण और कैरियर विकास के शोधकर्ताओं (मैरी क्यूरी - एफपी 7-पीईपीईएल -2012-आईटीएन) के माध्यम से अनुसंधान कार्यकारिणी एजेंसी द्वारा समर्थित था, जो आरंभिक प्रशिक्षण नेटवर्क (आईटीएन) हाइटेक "हाइड्रोडायनामिक ट्रांसपोर्ट इन पारिस्थितिकी क्रिटिकल हिटरोजीनियस इंटरफेस" (नंबर 316546)। यह Politecnico di Milano के पोलो टेरीटोरियाले डि लेको द्वारा भी समर्थित था एक प्रयोगशाला के रूप में पोलिटेकनिको डी मिलानो को एसएस द्वारा एक यात्रा के दौरान प्रयोग किए गए थे। लेखकों का समर्थन करने के लिए लेखकों ने टैर्सिसियो फाजनी, स्टीफानिया गबरबी, फ्रांसेस्को मोतिनी (पॉलिटेक्निक डि मिलानो में बीएससी छात्र) और सेय्यद अब्बास होसेनी-सदाबादी (हायटेक प्रोजेक्ट के साथी और पॉलिटेक्निक डि मिलानो में पीएचडी छात्र) का धन्यवाद किया है। प्रयोगात्मक गतिविधि और डेटा विश्लेषण। लेखक एस प्रदान करने के लिए प्रो। रोजर नुक्स (कैंटरबरी विश्वविद्यालय, क्राइस्टचर्च, न्यूजीलैंड) का कृतज्ञतापूर्वक धन्यवाद करते हैं।सॉफ्टवेयर की कगार पर और लगातार सलाह अंत में, लेखकों ने जव प्रबंधन संपादक और उनके तीनों समीक्षकों को उनके विचार-विमर्श के सुझावों और सुझावों के लिए धन्यवाद दिया है, जिसके लिए पांडुलिपि में काफी सुधार किया जा सकता है।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Laser distance sensor METRICA PREXISOX2 Used to measure the flume slope
Two-component polyester resin Gelson MS 65213 Used to glue sediment particles onto steel plates
Water-resistant spray paint Any Used to paint the fixed bed
Ultrasonic Velocity Profiler Signal Processing DOP 2000 Used to measure the water velocity profiles
Camera Go-Pro Hero 4 Black Used to acquire movies of bed-load particle motion
Streams University of Canterbury 2.01 Used for particle identification and tracking
MatLab MathWorks R14 Used to develop ad hoc codes for a variety of operations
Plexiglas Transparent acrylic material

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References

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बेड-लोड प्रयोगों में छवि-आधारित लैग्रेगियन कण ट्रैकिंग
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Radice, A., Sarkar, S., Ballio, F. Image-based Lagrangian Particle Tracking in Bed-load Experiments. J. Vis. Exp. (125), e55874, doi:10.3791/55874 (2017).More

Radice, A., Sarkar, S., Ballio, F. Image-based Lagrangian Particle Tracking in Bed-load Experiments. J. Vis. Exp. (125), e55874, doi:10.3791/55874 (2017).

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