基于管口浆体出流特性的流速监测方法及系统与流程

本申请属于疏浚吹填领域，具体为一种基于管口浆体出流特性的流速监测方法及系统。

背景技术：

1、在疏浚吹填领域，管口浆体的出流特征能够实时的反应吹填过程中浆体在管道内的流动状态。流速过大会造成能量不必要的损耗且加快浆体对泥泵和管线的磨损，流速过小则会有堵管风险，因此管道出口处浆体流速的及时监测并反馈至施工船舶，可以有助于操作人员实时调整施工工艺参数，使流速维持在一个高效、节能的范围内。

2、目前，在疏浚吹填领域，管道泥浆输送流速主要通过电磁流量计进行监测，其测量原理主要依据法拉第电磁感应定律测量输送流体的导电性来确定管道输送流速，具有流量测量范围大，测量段压力损失小等优点。但是，电磁流量计在实际使用过程中存在一定的局限性，由于电磁流量计测量是基于输送流体的导电性，当输送泥浆的土质及输送流体的盐度、温度发生较大变化时，需要重新率定校准；当输送土质粒径较大时，管道底部的泥砂颗粒沉积会使变送器输出电势变化，造成测量误差；而且电磁流量计内壁磨损导致内径改变后，也会影响测量准确度；另外，电磁流量计还存在零点漂移的缺点。

技术实现思路

1、本申请提出一种基于管口浆体出流特性的流速监测方法及系统，可以针对不同管径满管出流的情况，通过管口流态感知设备获取管口浆体流态的轮廓图像，利用流态分析算法并结合管口垂向的流速分布特性，得到管口出流浆体的流速并反馈至施工船舶，从而有助于操作人员实时调整施工工艺参数，使浆体的流速维持在一个高效、节能的范围内。

2、为实现上述目的，本申请采用如下技术方案：

3、本申请提供一种基于管口浆体出流特性的流速监测方法，包括：获取管口出流浆体的原始流态图像；对所述原始流态图像进行校正并得到校正流态图像；对所述校正流态图像进行二值化处理并得到二值化流态图像；基于所述二值化流态图像计算所述管口出流浆体的流速。

4、可选地，所述对所述原始流态图像进行校正并得到校正流态图像包括：获取所述原始流态图像的取景框与重力方向之间的偏移角度；基于所述偏移角度对所述原始流态图像进行畸变校正。

5、可选地，所述基于所述二值化流态图像计算所述管口出流浆体的流速包括：获取所述二值化流态图像中特征部分的关键特征点的像素坐标；基于所述像素坐标得到所述特征部分的图像距离；基于所述图像距离以及相应的比例关系得到所述特征部分的实际距离；基于所述实际距离得到所述管口出流浆体的流速。

6、可选地，所述基于所述二值化流态图像得到所述管口出流浆体的流速还包括：获取所述管口的实际管径及其在所述二值化流态图像中的图像管径；基于所述实际管径和所述图像管径的比值得到所述比例关系。

7、可选地，所述实际距离包括所述管口出流浆体距离地面的高度h、以及所述管口出流浆体落地位置距离管口的水平距离s；所述高度h包括所述管口出流浆体的下端距离地面的高度hmin、所述管口出流浆体的中间部分距离地面的高度hmid、以及所述管口出流浆体的上端距离地面的高度hmax；所述水平距离s包括所述管口出流浆体的下端落地位置距离管口的水平距离smin、所述管口出流浆体的中间部分落地位置距离管口水平距离smid、以及所述管口出流浆体的上端落地位置距离管口的水平距离smax；所述管口出流浆体的流速通过如下过程得到：

8、在垂直方向上：

9、

10、其中，tmin、tmid、tmax分别表示所述管口出流浆体的下端、中间部分、上端的落地时间；

11、进一步得到：

12、

13、在水平方向上：

14、smin＝vmintmin；smid＝vmidtmid；smax＝vmaxtmax；

15、其中，vmin、vmid、vmax分别表示所述管口出流浆体的下端、中间部分、上端的流速；

16、进一步得到：

17、

18、对vmin、vmid、vmax求平均值作为所述管口浆体出流的流速。

19、可选地，所述基于所述二值化流态图像得到所述管口出流浆体的流速还包括：判断管口是否水平，若是，则直接计算所述管口出流浆体的流速，若不是，则获取所述管口与水平方向之间的倾斜角度θ并且基于所述倾斜角度θ计算所述管口出流浆体的流速；

20、所述倾斜角度

21、其中，(ua,va)和(ub,vb)分别表示管体上部两点的像素坐标；

22、所述管口出流浆体的流速通过如下过程得到：

23、在垂直方向上：

24、

25、在水平方向上：

26、smin＝vmincosθtmin；smid＝vmidcosθtmid；smax＝vmaxcosθtmax；

27、结合上述垂直方向和水平方向上的方程组求解出vmin、vmid、vmax；

28、对vmin、vmid、vmax求平均值作为所述管口浆体出流的流速。

29、本申请还提供一种基于管口浆体出流特性的流速监测装置，包括：获取模块，其用于获取管口出流浆体的原始流态图像；校正模块，其用于对所述原始流态图像进行校正并得到校正流态图像；二值化模块，其用于对所述校正流态图像进行二值化处理并得到二值化流态图像；计算模块，其用于基于所述二值化流态图像得到管口出流浆体的流速。

30、本申请还提供一种存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现本申请所述的流速监测方法。

31、本申请还提供一种电子设备，包括：处理器；存储器，存储有可在所述处理器上运行的计算机程序；其中，所述计算机程序被所述处理器执行时实现本申请所述的流速监测方法。

32、本申请还提供一种基于管口浆体出流特性的流速监测系统，包括管口流态感知设备和本申请所述的电子设备；所述管口流态感知设备适于采集所述原始流态图像；所述电子设备与所述管口流态感知设备通信连接，以获取所述原始流态图像。

33、相较于现有技术，本申请至少具有以下有益效果：

34、例如，采用本申请，可以针对不同管径满管出流的情况，通过管口流态感知设备获取管口浆体流态的轮廓图像，利用流态分析算法并结合管口垂向的流速分布特性，得到管口出流浆体的流速并反馈至施工船舶，以有助于操作人员实时调整施工工艺参数，使浆体的流速维持在一个高效、节能的范围内。

35、又例如，本申请中疏浚物即管口出流浆体的图像能够被很好的标记识别，处理过程也较为简单，对相机的要求较低。

36、又例如，本申请技术可靠、结构简单、易于操作、适用性强，可以有效解决现有管道电磁流量计频繁标定、不同土质标定系数无法通用的问题，为疏浚船舶浆体输送的工艺参数控制提供准确的流速数据，在疏浚吹填领域具有广阔的应用前景。

技术特征：

1.一种基于管口浆体出流特性的流速监测方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的流速监测方法，其特征在于，所述对所述原始流态图像进行校正并得到校正流态图像包括：

3.根据权利要求1所述的流速监测方法，其特征在于，所述基于所述二值化流态图像得到所述管口出流浆体的流速包括：

4.根据权利要求3所述的流速监测方法，其特征在于，所述基于所述二值化流态图像得到所述管口出流浆体的流速还包括：

5.根据权利要求3或4所述的流速监测方法，其特征在于，所述实际距离包括所述管口出流浆体距离地面的高度h、以及所述管口出流浆体落地位置距离管口的水平距离s；所述高度h包括所述管口出流浆体的下端距离地面的高度hmin、所述管口出流浆体的中间部分距离地面的高度hmid、以及所述管口出流浆体的上端距离地面的高度hmax；所述水平距离s包括所述管口出流浆体的下端落地位置距离管口的水平距离smin、所述管口出流浆体的中间部分落地位置距离管口水平距离smid、以及所述管口出流浆体的上端落地位置距离管口的水平距离smax；

6.根据权利要求5所述的流速监测方法，其特征在于，所述基于所述二值化流态图像得到所述管口出流浆体的流速还包括：

7.一种基于管口浆体出流特性的流速监测装置，其特征在于，包括：

8.一种存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被执行时实现如权利要求1至6中任一项所述的流速监测方法。

9.一种电子设备，其特征在于，包括：

10.一种基于管口浆体出流特性的流速监测系统，其特征在于，包括管口流态感知设备和权利要求9所述的电子设备；所述管口流态感知设备适于采集所述原始流态图像；所述电子设备与所述管口流态感知设备通信连接，以获取所述原始流态图像。

技术总结
本申请提供一种基于管口浆体出流特性的流速监测方法及系统。该流速监测方法包括获取管口出流浆体的原始流态图像；对原始流态图像进行校正并得到校正流态图像；对校正流态图像进行二值化处理并得到二值化流态图像；基于二值化流态图像计算管口出流浆体的流速。采用本申请，可以针对不同管径满管出流的情况，通过管口流态感知设备获取管口浆体流态的轮廓图像，利用流态分析算法并结合管口垂向的流速分布特性，得到管口出流浆体的流速并反馈至施工船舶，从而有助于操作人员实时调整施工工艺参数，使浆体的流速维持在一个高效、节能的范围内。

技术研发人员：袁超哲,王盛,骆佳成,邰群淇,朱平,郝宇驰,于康康,曲嘉铭,白鹤,陈沁泽,周振燕,周坤良
受保护的技术使用者：中交疏浚技术装备国家工程研究中心有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17