基于连续小波变换的颗粒物数字粒径方法研究

发布时间：2020-09-14 12:27

　　 粒径是影响颗粒物在水动力作用下起动、输移及沉降的一个重要参数。对于海岸工程的研究而言,测定泥沙、砾石、卵石等颗粒物的中值粒径具有重要的研究意义。近年来,越来越多的学者开始基于图像分析测算泥沙等颗粒物的粒径大小及其级配分布。本文采用了连续小波变换方法,对颗粒物图像数据进行频谱分析,以期实现对颗粒物中值粒径快捷、低成本的测量,同时保证良好的精度和计算结果的稳定性。连续小波变换方法按空间维度分为一维和二维,前人已经将一维连续小波变换方法(1D-CWT,one-dimension continuous wavelet transform)应用于颗粒物数字粒径分析。本文首先对一维连续小波变换方法在分析颗粒物数字粒径的研究上进行了更加深入的探讨,对图像中计算直线的数目及长度的选取等一维小波变换分析中的基本问题展开了进一步的研究。研究表明,在一维小波方法计算过程中,计算所用直线的数目应不少于15条,其长度应不低于颗粒粒径的15倍。在此基础上,本文提出了基于二维连续小波变换(2D-CWT,two-dimension continuous wavelet transform)新的颗粒物粒径统计学分析方法,用于估算筛分良好的颗粒物的中值粒径。由于二维连续小波变换时角度因子的选取对计算结果有一定的影响,本文从0-180°内等差选取了若干个角度因子进行单独计算,再将结果进行叠加,得到了稳定的计算结果。研究表明,当用以计算的角度因子数量高于6个时,计算结果趋于稳定。本文先以玻璃珠、卵石块和砾石块三类不同性质的颗粒物构建校验样本,对一维和二维两种连续小波变换方法进行了测试,并对计算结果进行了对比验证。测试结果表明基于2D-CWT的数字粒径分析方法能够快速、便捷地估算出筛分良好的颗粒物的中值粒径,且计算结果准确、稳定。相较基于1D-CWT的数字粒径分析方法,2D-CWT方法虽然计算效率较低,但是在颗粒物数字粒径分析方面,尤其是粒径较为复杂的颗粒物,有着更高的计算成功率和更广的适用性。最后,本文以球形BB弹珠构建颗粒物样本,在暗室环境中以单一光源构建不同角度的光照环境,探讨了环境光照对一维和二维两种连续小波变换方法计算结果的影响。研究表明,随着照射光线方向与颗粒物表面的夹角由90°开始逐渐减小时,1D-CWT和2D-CWT数字粒径分析方法的计算结果都逐渐变大,且稳定性变差。对于2D-CWT方法而言,结合实验所得结果与经验,本文认为用单一光源以适当的角度斜向照射颗粒物表面,可得到与实际粒径更为接近的计算结果。
【学位单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：P753;TV148
【部分图文】：

物？位Ｗ逦规Ｗ逡逑图１．１泥沙的长径、中径和短径（钱宁和万兆惠，１９８３）逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．邋１邋Ｌｏｎｇ邋ｄｉａｍｅｔｅｒ，邋ｍｅｄｉｕｍ邋ｄｉａｍｅｔｅｒ邋ａｎｄ邋ｓｈｏｒｔ邋ｄｉａｍｅｔｅｒ邋ｏｆ邋ｓｅｄｉｍｅｎｔ逡逑（Ｑｉａｎ邋ａｎｄ邋Ｗａｎ，邋１９８３）逡逑１．２．３邋筛分法逡逑筛分法是量测法的一种，用于测量砂砾、砾石等泥沙颗粒。筛分法所用设备逡逑主要为分析筛和振筛机（如图１．２所示）。分析筛按孔径大小分为圆孔粗筛和方逡逑孔编织筛，前者筛分粒径范围为２．邋０－６４．邋０ｍｍ，即砾石、卵石等；后者筛分粒径范逡逑曑逡逑＊逦＾分析筛逡逑＿翟逡逑定时控制器｜邋ｉ逡逑Ｌ逦筛机逡逑ｍｒ邋Ｓ！－邋■逡逑图１．２邋ＺＢＳＸ－９２Ａ型振筛机与分析筛逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．邋２邋ＺＢＳＸ－９２Ａ邋ｓｉｅｖｅ邋ｓｈａｋｅｒ邋ａｎｄ邋ｔｒａｙ逡逑３逡逑

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采用牛顿紊流区沉速公式计算。沉降法按仪器设备和沉降方式可分为粒径计法、逡逑吸管法、消光法和离心沉降法，其中粒径计法适用于０．０６２－２．邋０ｍｍ粒径太小的砂逡逑粒，其余三种方法适用于０．００２－０．邋０６２ｒａｍ粒径大小的粉砂。图１．３所示为我国目逡逑前常用的ＴＺＣ－４型粒度分析仪，其沉降方式为离心沉降法，粒度测定范围为逡逑０．０（Ｕ－0．２６ｍｍ。ＴＺＣ－４型粒度分析仪除了用于测定泥沙颗粒粒径，还广泛适用于逡逑测定粉末冶金、荧光粉、水泥、涂料、药品、工业粉尘等颗粒粒度。逡逑１．２．５邋激光法逡逑激光法是一种用于测量黏粒、粉砂、砂粒等细小泥沙颗粒粒径的方法，其粒逡逑径测量范围为２ｘｌ0５－２．邋０ｍｍ邋（河流泥沙颗粒分析规程，２０１０）。激光法的工作原逡逑理是基于光与颗粒之间的作用：当光束穿过某一粒径的颗粒物时，会发生衍射，逡逑而衍射的角度接近于和颗粒直径相等的孔隙所产生的衍射角（程鹏等，２００１），逡逑并且由颗粒产生的衍射角度随着颗粒粒径的减小而增大（ＭｃＣａｖｅ，１９８６）。激光逡逑法所用仪器为激光粒度分析仪

【参考文献】

相关期刊论文 前6条

1 李文凯;吴玉新;黄志民;樊融;吕俊复;;激光粒度分析和筛分法测粒径分布的比较[J];中国粉体技术;2007年05期

2 李孟国;;海岸河口泥沙数学模型研究进展[J];海洋工程;2006年01期

3 程鹏,高抒,李徐生;激光粒度仪测试结果及其与沉降法、筛析法的比较[J];沉积学报;2001年03期

4 窦国仁;再论泥沙起动流速[J];泥沙研究;1999年06期

5 窦国仁;;论泥沙起动流速[J];水利学报;1960年04期

6 沙玉清;;泥沙运动的基本规律[J];泥沙研究;1956年02期

相关硕士学位论文 前1条

1 成志轩;基于自相关算法的数字粒径分析[D];浙江大学;2016年

本文编号：2818178