A Magyar Hidrológiai Társaság XXXIX. Országos Vándorgyűlése (Nyíregyháza, 2022. július 6-8.)

5. szekció - Hidrológia, hidrogeológia, hidraulika, numerikus modellezés - 5. Ermilov Alexander Anatol - Baranya Sándor (BME): Folyó hordalékviszonyainak vizsgálata képalapú eljárásokkal

Görgetett hordalék Görgetett hordalékhozam

A kutatás idevonatkozó része egy nemzetközi együttműködés keretében született, részleteit és messzebb menő eredményeit az Ermilov et al., (nyomtatás alatt) angolnyelvű cikk tartalmazza. Egy laboratóriumi, kavics medrű üvegcsatornában áramlási- és görgetett hordalék vizsgálatokat végeztek. A hordalékhozam mérése hagyományos, csapdázó eljárással, valamint akusztikus méréssel került meghatározásra (Conevski et al., 2020). Eközben, egy vízalatti kamera rögzítette a hordalék mozgását a csatorna közepén, felülről. Az így készült felvételekre egy képelemző algoritmust fejlesztettünk, mely képes megbecsülni az áramló hordalék szemcsék méretét, tömegé, valamint magát a hordalékhozamot. Ehhez egyrészt az ún. LSPIV (Large-scale Particle Image Velocimetry; Honkanen és Nobach, 2005), valamint Statisztikai Háttérmodell (Stauffer és Grimson, 1999). Előbbi, vízmérnöki körökben már széleskörben alkalmazott eljárásnak minősül (Fleit és Baranya, 2019), legfőképpen áramlási sebesség számítására. Működési elve az egymást követő képkockák közötti, azonos mintázatok korrelációs eljáráson alapuló azonosításán nyugszik. Az azonosított mintázat két kép közötti elmozdulásának számításával, valamint a két kép között eltelt idő ismeretével a pillanatnyi sebesség-vektor számítható (8. ábra). A Statisztikai Háttérmodell legfőképpen forgalomirányítási, illetve biztonsági-, megfigyelő rendszerekben került eddig alkalmazásra. Lényege, hogy a kép minden pontjában vizsgálja a pixel intenzitás érték változását a videó lefutása alatt. A leggyakrabban előforduló értéket háttérként azonosítja, míg minden mást csupán a háttér előtt időszakosan elmozgó objektumként detektál. Egyedülálló módon sikerült a két módszert ötvözni, mellyel egy részben Euler-i (LSPIV), részben Lagrange-i (Statisztikai Háttérmodell) vonatkozású algoritmust hoztunk létre. Ahogy az a 9. ábra példáján is látható, az algoritmus által meghatározott fajlagos görgetett hordalékhozam (egységnyi szélességen egységnyi idő alatt átáramló hordalékáram tömege) átlaga igen jó egyezést hozott, a hagyományos módon meghatározott értékkel. A hagyományos eljárás csupán egy idő-átlagolt értéket határoz meg, ugyanis a mérés alatt összegyűlt hordalék tömegét kell a mérés időtartamával, valamint a csatorna szélességével elosztani.

8. ábra. Egy példa jelenet és a számított sebesség-vektorok, melyek az alattuk látható hordalékszemcsék mozgását jellemzik.