Name: image-based lagrangian particle tracking in bed-load experiments
Uploaded: 2017-07-20T15:00:00
Duration: 10 min 32 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Image-based Lagrangian Particle Tracking in Bed-load Experiments at JoVE.com

وأيد هذا العمل الوكالة التنفيذية للبحوث، من خلال البرنامج الإطاري السابع للاتحاد الأوروبي، دعم التدريب والتطوير الوظيفي للباحثين (ماري كوري - FP7-بيوبل-2012-إتن) الذي مول شبكة التدريب الأولية (إتن) هايتك &quot;النقل الهيدروديناميكي في واجهات غير متجانسة بيئيا&quot; (رقم 316546). كما حظيت بدعم من بولو تيريتوريال دي ليكو من بوليتنيكو دي ميلانو. أجريت التجارب خلال زيارة سس إلى بوليتنيكو دي ميلانو كعالم زائر. ويشكر المؤلفان تارسيسيو فازيني وستيفانيا غيربي وفرانشيسكو موتيني (طلاب البكالوريوس في البوليتكنيكو ميلانو) وسيد عباس حسيني-صدبادي (زميل مشروع هيتيش والدكتوراه في بوليتكنيكو دي ميلانو) النشاط التجريبي وتحليل البيانات. ويتوجه المؤلفون بالشكر الجزيل إلى البروفيسور روجر نوكس (جامعة كانتربري، كرايستشيرش، نيوزيلندا)تيارات البرامج والمشورة المستمرة. وأخيرا، يشكر المؤلفون محرر جوف الإداري وثلاثة مراجعين مجهولين لتعليقاتهم واقتراحاتهم المثيرة للتفكير، والتي بفضلها يمكن تحسين المخطوطة بشكل ملحوظ.

<ol>
	<li>Francis, J. R. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experiments+on+the+motion+of+solitary+grains+along+the+bed+of+a+water-stream.">Experiments on the motion of solitary grains along the bed of a water-stream.</a> Proc Royal Soc London, A. 332, 443-471 (1973).</li><li>Drake, T. G., Shreve, R. L., Dietrich, W. E., Whiting, P. J., Leopold, L. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bedload+transport+of+fine+gravel+observed+by+motion-picture+photography.">Bedload transport of fine gravel observed by motion-picture photography.</a> J Fluid Mech. 192, 193-217 (1988).</li><li>Campagnol, J., Radice, A., Ballio, F., Nikora, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Particle+motion+and+diffusion+at+weak+bed+load:+accounting+for+unsteadiness+effects+of+entrainment+and+disentrainment.">Particle motion and diffusion at weak bed load: accounting for unsteadiness effects of entrainment and disentrainment.</a> J Hydraul Res. 53 (5), 633-648 (2015).</li><li>Fathel, S. L., Furbish, D. J., Schmeeckle, M. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+evidence+of+statistical+ensemble+behavior+in+bed+load+sediment+transport.">Experimental evidence of statistical ensemble behavior in bed load sediment transport.</a> J Geophys Res: Earth Surf. 120 (11), 2298-2317 (2015).</li><li>Lajeunesse, E., Malverti, L., Charru, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bedload+transport+in+turbulent+flow+at+the+grain+scale:+experiments+and+modeling.">Bedload transport in turbulent flow at the grain scale: experiments and modeling.</a> J Geophys Res: Earth Surf. 115, F04001 (2010).</li><li>Tsakiris, A. G., Papanicolaou, A. N., Lauth, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Signature+of+bedload+particle+transport+mode+in+the+acoustic+signal+of+a+geophone.">Signature of bedload particle transport mode in the acoustic signal of a geophone.</a> J Hydraul Res. 52 (2), 185-204 (2014).</li><li>Mendes, L., Antico, F., Sanches, P., Alegria, F., Aleixo, R., Ferreira, R. M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+particle+counting+system+for+calculation+of+bedload+fluxes.">A particle counting system for calculation of bedload fluxes.</a> Meas Sci Technol. 27 (12), 125305 (2016).</li><li>Heays, K. G., Friedrich, H., Melville, B. W., Nokes, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantifying+the+dynamic+evolution+of+graded+gravel+beds+using+Particle+Tracking+Velocimetry.">Quantifying the dynamic evolution of graded gravel beds using Particle Tracking Velocimetry.</a> J Hydraul Eng. 140 (7), 04014027 (2014).</li><li>Radice, A., Malavasi, S., Ballio, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Solid+transport+measurements+through+image+processing.">Solid transport measurements through image processing.</a> Exp Fluids. 41 (5), 721-734 (2006).</li><li>Radice, A., Ballio, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Double-average+characteristics+of+sediment+motion+in+one-dimensional+bed+load.">Double-average characteristics of sediment motion in one-dimensional bed load.</a> Acta Geophys. 56 (3), 654-668 (2008).</li><li>Radice, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Use+of+the+Lorenz+curve+to+quantify+statistical+nonuniformity+of+sediment+transport+rate.">Use of the Lorenz curve to quantify statistical nonuniformity of sediment transport rate.</a> J Hydraul Eng. 135 (4), 320-326 (2009).</li><li>Radice, A., Ballio, F., Nikora, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+statistical+properties+of+bed+load+sediment+concentration.">On statistical properties of bed load sediment concentration.</a> Water Resou. Res. 45 (6), W06501 (2009).</li><li>Radice, A., Ballio, F., Nikora, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Statistics+and+characteristic+scales+for+bed+load+in+a+channel+flow+with+sidewall+effects.">Statistics and characteristic scales for bed load in a channel flow with sidewall effects.</a> Acta Geophys. 58 (6), 1072-1093 (2010).</li><li>Campagnol, J., Radice, A., Ballio, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Scale-based+statistical+analysis+of+sediment+fluxes.">Scale-based statistical analysis of sediment fluxes.</a> Acta Geophys. 60 (6), 1744-1777 (2012).</li><li>Radice, A., Nikora, V., Campagnol, J., Ballio, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Active+interactions+between+turbulence+and+bed+load:+Conceptual+picture+and+experimental+evidence.">Active interactions between turbulence and bed load: Conceptual picture and experimental evidence.</a> Water Resour Res. 49 (1), 90-99 (2013).</li><li>Campagnol, J., Radice, A., Nokes, R., Bulankina, V., Lescova, A., Ballio, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lagrangian+analysis+of+bed-load+sediment+motion:+database+contribution.">Lagrangian analysis of bed-load sediment motion: database contribution.</a> J Hydraul Res. 51 (5), 589-596 (2013).</li><li>Ballio, F., Radice, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fluctuations+and+time+scales+for+bed-load+sediment+motion+over+a+smooth+bed.">Fluctuations and time scales for bed-load sediment motion over a smooth bed.</a> Int J Sediment Res. 30 (4), 321-327 (2015).</li><li>Hosseini-Sadabadi, S. A., Radice, A., Ballio, F., Rowi&#324;ski, P. M., Marion, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+analysis+of+entrainment+and+deposition+rate+fluctuations+in+weak+bed+load+transport.">An analysis of entrainment and deposition rate fluctuations in weak bed load transport.</a> Hydrodynamic and mass transport at freshwater aquatic interfaces. , 333-342 (2016).</li><li>Papanicolaou, A. N., Diplas, P., Balakrishnan, M., Dancey, C. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Computer+vision+technique+for+tracking+bed+load+movement.">Computer vision technique for tracking bed load movement.</a> J Comput Civil Eng. 13 (2), 71-79 (1999).</li><li>Ramesh, B., Kothyari, U. C., Murugesan, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Near-bed+particle+motion+over+transitionally-rough+bed.">Near-bed particle motion over transitionally-rough bed.</a> J Hydraul Res. 49 (6), 757-765 (2011).</li><li>Amir, M., Nikora, V., Witz, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+novel+experimental+technique+and+its+application+to+study+the+effects+of+particle+density+and+flow+submergence+on+bed+particle+saltation.">A novel experimental technique and its application to study the effects of particle density and flow submergence on bed particle saltation.</a> J Hydraul Res. 55 (1), 101-113 (2017).</li><li>Ettema, R., Garc&#236;a, M. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ice+effects+on+sediment+transport+in+rivers.">Ice effects on sediment transport in rivers.</a> Sedimentation Engineering. , 613-648 (2008).</li><li>Knack, I., Shen, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sediment+transport+in+ice-covered+channels.">Sediment transport in ice-covered channels.</a> Int J Sediment Res. 30 (1), 63-67 (2015).</li><li>Goring, D. G., Nikora, V. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Despiking+acoustic+Doppler+velocimeter+data.">Despiking acoustic Doppler velocimeter data.</a> J Hydraul Eng. 128 (1), 117-126 (2002).</li><li>Nowak, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Wall+shear+stress+measurement+in+a+turbulent+pipe+flow+using+ultrasound+Doppler+velocimetry.">Wall shear stress measurement in a turbulent pipe flow using ultrasound Doppler velocimetry.</a> Exp Fluids. 33 (2), 249-255 (2002).</li><li>McCuen, R. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Microcomputer applications in statistical hydrology. , (1993).</li><li>Lloyd, P. M., Ball, D. J., Stansby, P. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Unsteady+surface-velocity+field+measurement+using+particle+tracking+velocimetry.">Unsteady surface-velocity field measurement using particle tracking velocimetry.</a> J. Hydraul. Res. 33 (4), 519-534 (1995).</li><li>Radice, A., Aleixo, R., Hosseini-Sadabadi, S. A., Sarkar, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+image+grabbing+and+processing+for+measurement+of+geophysical+flows.">On image grabbing and processing for measurement of geophysical flows.</a> Proc. HydroSenSoft 2017, International Symposium and Exhibition on Hydro-Environment Sensors and Software. , (2017).</li><li>Hosseini-Sadabadi, S. A., Radice, A., Ballio, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Post-processing+of+particle+tracking+data+for+phenomenological+depiction+of+weak+bed-load+sediment+transport.">Post-processing of particle tracking data for phenomenological depiction of weak bed-load sediment transport.</a> Proc. River Flow 2016. VIII Int. Conf. on Fluvial Hydraulics, St. , 780-786 (2016).</li></ol>

ويعلن المؤلفون أنه ليس لديهم مصالح مالية متنافسة.

تصميم تجربة نقل الأحمال السرير مع التصور الجسيمات ينطوي على عدة خطوات، بما في ذلك اختيار التكوين التجريبي وأدوات الأجهزة، قياس التدفق، البذر الجسيمات والتصور، وتحليل الصور. الاختلافات في كل خطوة لها مزايا وعيوب. وتتمثل الخصائص الرئيسية للبروتوكول المعروض في هذه المخطوطة فيما يلي: (1) استخدام تدفق مضغوط وسرير خشن ثابت، (2) زرع عدد قليل من جزيئات الحمل ذات اللون المتناقض إلى لون السرير الثابت، باستخدام الضوء الطبيعي، و (4) استخدام كاميرات متعددة للحصول على مجموعات مسارات مستقلة للانضمام إلى بعضها البعض. الطريقة التجريبية ومعالجة البيانات تمكن جزيئات الحمل السرير أن تتبع بشكل موثوق للقياس النهائي. يضمن التدفق المغطى رؤية مثالية للجسيمات المتحركة. بيد أن السرير الثابت يحول دون مراقبة بعض العمليات ( مثل تلك المرتبطة ب فيرتيكا<html> l تشريد جسيمات الرواسب داخل طبقة الحمل النشط)، وبالتالي يحد من قابلية تطبيق التقنية على ضعف الأحمال السرير. كان حجم عينات البيانات التي تم الحصول عليها باستخدام 100 ثانية فقط من الفيلم صغير نسبيا. ومع ذلك، يمكن بسهولة زيادة حجم العينة عن طريق إطالة مدة التجريبية من الحصول على الصور ومعالجتها. تغذية عدد محدود من الجسيمات يتطلب وقتا أطول التجريبية من التغذية بمعدل أعلى بكثير؛ ولكنها تستحق الجهد بسبب تتبع الجسيمات مباشرة نسبيا بسبب تركيز صغير من الجسيمات في الحركة واستخدام ألوان مختلفة، وكلاهما يقلل من احتمال تتبع الأخطاء. استخدام الضوء الطبيعي في التجربة يتجنب الحاجة إلى أجهزة الإضاءة. ومع ذلك، فإن الجانب السلبي هو أن الإضاءة الجيدة تعتمد على الظروف الجوية. العقود مقابل الفروقات من طول القفزة الجسيمات والمدة المبينة فيg &quot;&gt; الشكل 4 يظهر أقل القيم على أنها الأكثر شيوعا، وكانت أكبر قيم قياس طول القفزة ومدة حوالي 600 ملم و 7 ثانية، على التوالي، وكان هذا أكبر بكثير بالمقارنة مع القيم المماثلة من الأدب 4 و 16 و 30 ، لأن قياس المسارات الأطول يمر بخطر القفزات الجسيمية الطويلة، ومن الواضح أن الاستفادة من استخدام اثنين من الكاميرات واضحة بالنظر إلى أن كاميرا واحدة كان طول منطقة التركيز حوالي 850 ملم، والتي لن تكون أكبر بكثير من قيم طول القفزة التي يتعين قياسها. إن بروتوكول القياس باستخدام اثنين من الكاميرات بدلا من ذلك، تضمن فصلا مرضيا بين مقاييس الطول للعملية ومقياس مجال القياس، مما يقلل من خطر انحياز النتائج الظواهر بسبب القيود التجريبية، كما يمكن إطالة مجال التركيز وزيادة عدد الكاميرات وضعت على طول المسلك. إجراء بديل بالمقارنة مع البروتوكول الموصوفة هنا هو خلق صور متداخلة قبل تحديد الجسيمات وتتبع. كان بروتوكولنا (من أداء التتبع مرتين وربط مسارات الجسيمات) المفضل لأن طريقة دمج الصور قد تضاعف حجم ملفات البيانات، مما يتطلب استهلاك الذاكرة التي لم تكن في متناول الجميع. مع خوارزميات المعالجة الموصوفة هنا، تم تجاهل العديد من المسارات الجسيمية التي كانت أقصر من طول المنطقة المتداخلة لأنها منعت إعادة الإعمار الكامل للمسارات الرواسب. غير أن طول العتبة البالغ 120 مم كان أقل من طول المسارات التي يمكن الحصول عليها، ومن ثم فقد كان فقدان هذه البيانات مقبولا. وعلاوة على ذلك، فإن انضمام المسار الذي شوهد في الحالات ال 8 الأدنى من الشكل 1 لن يتيح زيادة كبيرة في طول المسير الذي يمكن الحصول عليه. ومن ناحية أخرى، قد تساعد هذه الحالاتفي استرجاع المسارات الطويلة، مثل الحالة في الشكل 5 التي يمكن أن تكون بسبب تتبع الانقطاعات. وفي حالة مماثلة، يمكن إعادة بناء مسار طويل من خلال عمليات الانضمام المتكرر. ومع ذلك فمن المهم أن نضع في اعتبارنا أن انقطاع المسار مثل تلك الواردة في الشكل 5 ترتبط بشكل واضح بعملية التتبع بدلا من عملية الانضمام. قدمت هذه المخطوطة نتائج إثبات مفهوم لتجربة واحدة من أجل إثبات قدرات البروتوكول المعتمدة. في التجارب المستقبلية، سيتم تطبيق البروتوكول على سلسلة من الظروف المائية الديناميكية المختلفة لتحقيق تحليل مفصل لعملية نقل الرواسب السرير الحمل. <img alt="الشكل 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55874/55874fig5.jpg" /> الشكل 5: حالة مسار تشارك في وجود انقطاعات. </قوية&gt; الانضمام من هذه المسارات في مسار واحد غير ممكن مع بروتوكول الموصوفة هنا. وكما ذكر في الشكل 1 وفي الخطوة 8-4 من البروتوكول، تستبعد المسارات الأقصر من طول المنطقة المتداخلة. هذا يلغي المسارات الحمراء والأخضر قصيرة. وبالتالي، لا يمكن أن ينضم المتبقية طويلة لأنها ليس لديهم نقطة مشتركة. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55874/55874fig5large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>

منذ أعمال رائدة ظهرت منذ عقود 1 ، 2 ، واستخدام تحليل الصور لدراسة النقل الرواسب النهر قد تزايد باستمرار. وقد أثبتت هذه التقنية بالفعل قدرتها على توفير بيانات عالية الدقة نسبيا ومنخفضة التكلفة لإجراء تحليلات مفصلة للظواهر الفيزيائية 3 و 4 و 5 . مع مرور الوقت، تم الحصول على تحسينات كبيرة لكل من الأجهزة والبرمجيات الأدوات. ويمكن إجراء قياس نقل الرواسب باستخدام نهج يوليريان يستهدف قياس تدفقات الرواسب، أو لاغرانغي واحد يهدف إلى قياس مسارات الحبوب الفردية لأنها تتحرك. معالجة الصور يوفر إمكانيات فريدة لتتبع الجسيمات بالمقارنة مع أساليب يولريان أخرى 6 ، 7 . ومع ذلك، ديستفسد هذه الإمكانات، وتطبيق تحليل الصور على نقل الرواسب السرير الحمل يعاني من بعض القيود التجريبية الحاسمة، من حيث جداول الدعم المكاني / الزمني لقياس وحجم عينات البيانات. على سبيل المثال، من الصعب تحقيق توليفة مناسبة من مساحة مكانية كبيرة، مدة طويلة من التجربة، وتيرة قياس عالية 3 ، 4 ، 8 ، دون المساس بجودة وكمية البيانات. وبالإضافة إلى ذلك، تتبع الجسيمات يمكن أن يؤديها يدويا 2 ، 4 ، الأمر الذي يتطلب جهدا إنسانيا كبيرا، أو تلقائيا 3 ، 8 ، مع إمكانية تتبع الأخطاء التي أدلى بها البرنامج المستخدم للتحليل. تقدم هذه الورقة بروتوكولا للتحقيق التجريبي للرسوبيات الحملية ترأنسبورت، حيث تم تحقيق مدة طويلة من نوع الكاميرا المستخدمة، تم ضمان مجال كبير من الرأي عن طريق الاستخدام المتزامن من اثنين من الكاميرات في مواقع مختلفة، وجعلت المعالجة التلقائية يمكن الاعتماد عليها من خلال ظروف تجريبية مخصصة . وقد تم تصميم العملية التجريبية وتم اختيار أدوات المعالجة بناء على الخبرة المكتسبة من قبل المؤلفين في العديد من الأعمال البحثية التي تتناول التحقيق المفصل في نقل الرواسب بطرق الصورة 3 و 9 و 10 و 11 و 12 و 13 و 14 و 15 و 16 ، 17 ، 18 . وتوصف تجربة نقل الرواسب، التي تم تنفيذها الإفراج عن الجسيماتأكثر من سرير ثابت. كان تغذية الجسيمات أقل بكثير من قدرة النقل للتدفق للحفاظ على تركيز منخفض من الحبوب المتحركة، وبالتالي تجنب الازدحام من الجسيمات التي سيتم تعقبها. وعلاوة على ذلك، فإن الجسيمات المنقولة لا تتحرك بشكل مستمر، ولكن لوحظ حركة متقطعة. استخدام سرير ثابت بدلا من سرير منقول يمثل فقدان التشابه مع الظروف الطبيعية. ومع ذلك، تم استخدام سرير ثابت في كثير من الأحيان في تجارب نقل الرواسب 19 ، 20 ، 21 على افتراض أن النتائج هي أكثر بساطة وتفسيرية من تلك من سيناريوهات معقدة مع مجموعة متنوعة من العمليات التمثيل. ومن الواضح أن استخدام سرير ثابت يمنع عمليات دفن الرواسب وتظهر من جديد. من ناحية أخرى، في وجود ضعف الحمل السرير، ونقل الرواسب يحدث في طبقة سطحية من سرير فضفاض، وفي هذه الحالة،قد يكون استخدام سرير ثابت كافيا. في الواقع، لم مقارنات محددة بين خصائص حركة الجسيمات في التجارب التي أجريت مع الشرطين لم تقدم أي اختلافات كبيرة 3 ، 14 . وأخيرا، تم تنفيذ التجربة المقدمة هنا مع تدفق الضغط لضمان أفضل حالة لتصور الجسيمات من خلال غطاء شفاف. وقد درس نقل الرواسب مع تدفق مضغوط تجريبيا في البحوث النموذجية الأنهار المغطاة بالثلج، وتبين أن التفاعل بين طبقة الحدود القريبة من السرير والرواسب مماثلة لتلك التي من تدفق قناة مفتوحة 22 ، 23 . في الأقسام التالية، يتم توضيح جميع الطرق وتقدم بعض النتائج التمثيلية.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="635">
	<tbody>
		<tr height="46">
			<td height="46" style="height:47px;width:216px;">Laser distance sensor</td>
			<td style="width:111px;">METRICA</td>
			<td style="width:119px;">PREXISOX2</td>
			<td style="width:191px;">Used to measure the flume slope</td>
		</tr>
		<tr height="46">
			<td height="46" style="height:47px;width:216px;">Two-component polyester resin</td>
			<td style="width:111px;">Gelson</td>
			<td style="width:119px;">MS 65213</td>
			<td style="width:191px;">Used to glue sediment particles onto steel plates</td>
		</tr>
		<tr height="46">
			<td height="46" style="height:47px;width:216px;">Water-resistant spray paint</td>
			<td style="width:111px;">Any</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:191px;">Used to paint the fixed bed</td>
		</tr>
		<tr height="46">
			<td height="46" style="height:47px;width:216px;">Ultrasonic Velocity Profiler</td>
			<td style="width:111px;">Signal Processing</td>
			<td style="width:119px;">DOP 2000</td>
			<td style="width:191px;">Used to measure the water velocity profiles</td>
		</tr>
		<tr height="46">
			<td height="46" style="height:47px;width:216px;">Camera</td>
			<td style="width:111px;">Go-Pro</td>
			<td style="width:119px;">Hero 4 Black</td>
			<td style="width:191px;">Used to acquire movies of bed-load particle motion</td>
		</tr>
		<tr height="46">
			<td height="46" style="height:47px;width:216px;">Streams</td>
			<td style="width:111px;">University of Canterbury</td>
			<td style="width:119px;">2.01</td>
			<td style="width:191px;">Used for particle identification and tracking</td>
		</tr>
		<tr height="46">
			<td height="46" style="height:47px;width:216px;">MatLab</td>
			<td style="width:111px;">MathWorks</td>
			<td style="width:119px;">R14</td>
			<td style="width:191px;">Used to develop ad hoc codes for a variety of operations</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:216px;">Plexiglas</td>
			<td style="width:111px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:191px;">Transparent acrylic material</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

image-based lagrangian particle tracking in bed-load experiments

وقد استخدم تحليل الصور بصورة متزايدة لقياس تدفقات الأنهار نظرا لقدراتها على تقديم صور كمية مفصلة بتكلفة منخفضة نسبيا. تصف هذه المخطوطة تطبيق الجسيمات تتبع فيلويمتري (بتف) لتجربة السرير الحمل مع الرواسب خفيفة الوزن. وكانت الخصائص الرئيسية لظروف نقل الرواسب التي تم التحقيق فيها وجود تدفق مغطى وسرير خام ثابت فوقه تم إطلاق الجسيمات في عدد محدود في مدخل الدفق. في ظل ظروف التدفق المطبق، كانت حركة جزيئات الحمل الفردية متقطعة، مع تناوب الحركة وشروط السكون. وقد اتسم نمط التدفق مبدئيا بقياسات صوتية لمحات عمودية لسرعة التدفق. خلال عملية التصور، تم الحصول على حقل كبير من الرأي باستخدام اثنين من كاميرات العمل وضعت في مواقع مختلفة على طول المسلك. ويرد وصف البروتوكول التجريبي من حيث تشاننيل المعايرة، تحقيق التجربة، صورة ما قبل المعالجة، وتتبع الجسيمات التلقائي، وما بعد المعالجة من البيانات المسار الجسيمات من الكاميرات اثنين. وتشمل النتائج المعروضة على إثبات المفاهيم توزيعات الاحتمال لطول القفزة الجسيمية ومدتها. وتقارن إنجازات هذا العمل مع تلك الموجودة في الأدبيات الحالية لإثبات صحة البروتوكول.

النتائج المعروضة في هذا القسم هي للتجربة حيث تم تعيين المنحدر المسيل إلى الصفر (تم حساب القيم المنحدر مع ± 0.05٪ دقة). وكانت الرواسب المستخدمة من جزيئات بت التي كانت شبه كروية، مع حجم d = 3 مم وكثافة ρ p = 1،270 كغ / م 3 . تم تشغيل التجربة بمعدل تدفق س = 9.7 × 10 -3 م 3 / ث مما أدى إلى سرعة كبيرة U = 0.31 م / ث. لقياسات السرعة مع أوفب، تم استخدام مسبار 2 ميغاهيرتز في ميل 81 درجة. تم الحصول على بيانات السرعة عند 20 هرتز لمدة 250 ثانية. ويرد وصف لمحة سرعة الممثل في الشكل 2 . تم التقاطها على محور القناة وعلى مسافة 4.5 متر من مدخل المسالك، حيث تم تطوير التدفق بالكامل. تمت إزالة بعض القيم المتعلقة بقياسات الارتفاعات غير الصالحة. عدم التناظرج من خواص مختلفة من غطاء من البلاستيك والرواسب السرير. وتظهر المؤامرات أيضا جزء من التشكيل الجانبي المستخدم لتقدير سرعة القص، ويحصل على s = 25.9 ± 1.3 مم / s. وكان عدد الجسيمات رينولدز ( ري p = u s × d / ν ، مع ν كما اللزوجة الحركية للمياه) يساوي 78، مما يدل على نظام الخام انتقالي. تم إجراء التصور لنقل الرواسب مع اثنين من الكاميرات وضعت في 3.5 متر و 4.3 متر من مدخل المسيل. تعمل الكاميرات على تردد 30 إطارا في الثانية وبقرار من 1،920 × 1،080 بكسل. وكان عامل تصحيح تشوه الصورة k = 0.6. بعد إزالة التشويه، كانت المعايرة الصورة 1 بكسل = 0.5 ملم. وكان طول التداخل من 760.15 إلى 880.11 مم (حيث كان الأخير طول منطقة التركيز من التنوبست الكاميرا من حافة المنبع). وحددت كثافة عتبة تحديد الجسيمات إلى 80 وتراوح حجم النقطة المتوقعة من 0.5 إلى 8 ملم. كانت نافذة البحث لتتبع الجسيمات كما يلي: 1 مم المنبع و 7 ملم المصب، 4 مم أفقيا. وكانت نافذة البحث لإعادة ربط المسارات المتقطعة كما يلي: 1 مم المنبع و 31 ملم المصب، 16 ملم أفقيا على طول 4 الإطارات التالية. تم تعيين قيمة عتبة الجذر التربيعي لمتوسط ​​الفرق المربعة لقيم x و y بين مسارين ليتم ضمهما إلى 10 مم. ويوضح الشكل 3 المسارات الجسيمية المقاسة باستخدام مجموعة فرعية تتألف من 000 3 صورة من كل كاميرا (تقابل مدة 100 ثانية). واستوعبت قاعدة البيانات 37 و 34 مسارا من كاميرا المنبع والمصب، على التوالي. ويقترح التداخل من المسارات التي تم الحصول عليها من قبل الكاميرات الأولى ثم مجموعة كاملة الناتجة من ريتم عرض رفوف. ومن الواضح أن التداخل في الجزء المركزي من منطقة القياس كان مرضيا. تم الحصول على 12 روابط في نهاية 59 المسارات. ويمتد أطول مسار ممتد على نافذة المراقبة بأكملها ويبلغ طولها الإجمالي حوالي 1.6 متر (أكثر من 530 أحجام الجسيمات، 15.2 أعماق التدفق أو 5.3 عرض المسافات)، وهو كبير جدا بالمقارنة مع الدراسات الأدبية الأخرى حيث أجريت تحليلات مماثلة 3 ، 4 ، 5 ، 8 . من خلال اتخاذ إطار لاغرانجي، يتم تطبيق المؤشرات الرئيسية للكينيماتيكا الجسيمات هنا من حيث خصائص القفزات الجسيمات. وفي إطار النقل المتقطع لأحمال السرير، مثل النقل في هذه التجربة، تكون هذه القفزات عبارة عن حركة تفصل بينها فترات راحة. للكشف عن القفزات ضمن مسار كامل لجسيم واحد، وتحديد حركة الجسيمات والسكون هوخطوة أولية ضرورية. في هذا العمل، طبقنا معيار 30 التي تعتبر الجسيمات في الحركة في لحظة معينة إذا موقف س لها في تلك اللحظة هو أكبر من كل سابقاتها، وأقل من كل منها التالية. وقد تم الحصول على ما مجموعه 98 القفزات من المسارات الجسيمات قياس 59. ويوضح الشكل 4 التوزيع التراكمي للتردد (كفد) لطول القفزة ومدتها. <img alt="الشكل 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55874/55874fig2.jpg" /> الشكل 2: قياس سرعة الملف. (أعلى) الشكل الرأسي المتوسط ​​المتوسط ​​لمكون سرعة التدفق. (أسفل) تقدير سرعة القص عن طريق تركيب معادلة لوغاريتمي للجزء السفلي من التشكيل الجانبي. لاحظ أن المحور الرأسي بدءا من الجزء العلوي من القناة والموجهة نحو الأسفل يستخدم في المؤامرة الأولى، ريبريز<html> نتينغ النتيجة من القياس مع أوفب. يتم استخدام محور من أسفل القناة وتوجيهها صعودا بدلا من ذلك في المؤامرة الثانية، حسب الحاجة لتقدير سرعة القص بواسطة المعادلة المناسب. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55874/55874fig2large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a> <img alt="الشكل 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55874/55874fig3.jpg" /> الشكل 3: عرض الخطة لمسارات الجسيمات المقاسة. (أعلى) المسارات من الكاميرات اثنين (الكاميرا المنبع في الأحمر والمصب في الأسود). (أسفل) عينة من المسارات انضم (تغيير لون الوضوح وبعض المسارات التي أبرزها خط سمكا). <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55874/55874fig3large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a> 4 &quot;كلاس =&quot; زفيجيمغ &quot;سرك =&quot; / فيليز / ftp_upload / 55874 / 55874fig4.jpg &quot;/&gt; الشكل 4: توزيع التردد التراكمي (كفد) لطول القفزة (القمة) والمدة (القاع). في كل مسار من الشكل 3 ، وصفت الجسيمات في كل لحظة لحظة لتمثيل إذا كان الجسيم في الحركة أو في بقية في تلك اللحظة. ثم تم استخراج القفزات الجسيمات من المسارات كما أجزاء بين إنتراينمنت الجسيمات (الانتقال من السكون إلى الحركة) و ديسنتراينمنت (الانتقال من الحركة إلى السكون). واستخدمت العينات التي تم الحصول عليها لطول القفزة والمدد لإنشاء التوزيعات الموضحة هنا. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55874/55874fig4large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a> ملفات المدونة التكميلية: join_cameras.m من <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55874/join_cameras.m">فضلك</a>انقر هنا لتحميل هذا الملف.

Watch this Scientific Journal Video about Image-based Lagrangian Particle Tracking in Bed-load Experiments at JoVE.com

Image-based Lagrangian Particle Tracking in Bed-load Experiments

تعرض المخطوطة بروتوكولا لإجراء تجارب نقل الرواسب ذات الأحمال السرير حيث يتم تتبع الجسيمات المتحركة بتحليل الصور. ويقدم المرفق التجريبي، وإجراءات إدراك التشغيل ومعالجة البيانات، وأخيرا بعض نتائج إثبات المفهوم.

تتبع الجسيمات لاغرانجي القائم على الصورة في التجارب السرير تحميل

Image analysis has been increasingly used for the measurement of river flows due to its capabilities to furnish detailed quantitative depictions at a ...

Research

JoVE Journal

Environment

Optimize Flue Gas Settings to Promote Microalgae Growth in Photobioreactors via Computer Simulations

تحسين إعدادات غاز المداخن في تعزيز نمو الطحالب في Photobioreactors عبر المحاكاة الحاسوبية

Flue gas from power plants can promote algal cultivation and reduce greenhouse gas emissions1. Microalgae not only capture solar energy more efficiently ...

Tracking Microbial Contamination in Retail Environments Using Fluorescent Powder - A Retail Delicatessen Environment Example

تتبع التلوث الميكروبي في بيئات البيع بالتجزئة عن طريق نيون مسحوق - A التجزئة أطعمة معلبة البيئة مثال

Cross contamination of foodborne pathogens in the retail environment is a significant public health issue contributing to an increased risk for foodborne ...

Field Experiments of Pollination Ecology: The Case of Lycoris sanguinea var. sanguinea

Field Experiments of Pollination Ecology: The Case of Lycoris sanguinea var. sanguinea

التجارب مجال التلقيح البيئة: حالة<em&gt; المذئبة الدموية لل</em&gt; فار.<em&gt; الدموية لل</em

Plant-pollinator interactions have been studied for approximately one hundred years. During that time, many field methods have been developed to clarify ...

A Lipid Extraction and Analysis Method for Characterizing Soil Microbes in Experiments with Many Samples

A استخراج الدهون وتحليل طريقة لتوصيف ميكروبات التربة في تجارب مع العديد من العينات

Microbial communities are important drivers and regulators of ecosystem processes. To understand how management of ecosystems may affect microbial ...

Video Tracking Protocol to Screen Deterrent Chemistries for Honey Bees

فيديو بروتوكول تتبع الشاشة رادع الكيميائيين لعسل النحل

The European honey bee, Apis mellifera L., is an economically and agriculturally important pollinator that generates billions of dollars annually. Honey ...

Tracking Infiltration Front Depth Using Time-lapse Multi-offset Gathers Collected with Array Antenna Ground Penetrating Radar

تتبع تسلل يجمع الجبهة العمق باستخدام الإزاحة المتعددة الوقت الفاصل بين جمع الصفيف هوائي رادار باطن الأرض

A Ground Penetrating Radar (GPR) system based on a ground-coupled, densely populated antenna array was used to collect data during an infiltration ...

Methods for Image-based Surveys of Benthic Macroinvertebrates and Their Habitat Exemplified by the Drop Camera Survey for the Atlantic Sea Scallop

أساليب لإجراء الدراسات الاستقصائية المستندة إلى الصور ماكروينفيرتيبراتيس القاعية وموئلها يتجلى في إسقاط الاستقصاء الكاميرا التقوقع البحر المحيط الأطلسي

Underwater imaging has long been used in the field of marine ecology but decreasing costs of high-resolution cameras and data storage have made the ...

Experimental Study of the Relationship Between Particle Size and Methane Sorption Capacity in Shale

دراسة تجريبية للعلاقة بين حجم الجسيمات، والقدرة على امتصاص غاز الميثان في الصخري

The amount of adsorbed shale gas is a key parameter used in shale gas resource evaluation and target area selection, and it is also an important standard ...

Isolation and Analysis of Microbial Communities in Soil, Rhizosphere, and Roots in Perennial Grass Experiments

عزل وتحليل المجتمعات الميكروبية في التربة، رهيزوسفيري، وجذور في تجارب الأعشاب المعمرة

Plant and soil microbiome studies are becoming increasingly important for understanding the roles microorganisms play in agricultural productivity. The ...

Combining Eye-tracking Data with an Analysis of Video Content from Free-viewing a Video of a Walk in an Urban Park Environment

الجمع بين بيانات تتبع العين مع تحليل محتوي الفيديو من مجانا-مشاهده فيديو للمشي في بيئة الحديقة الحضرية

As individuals increasingly live in cities, methods to study their everyday movements and the data that can be collected becomes important and valuable. ...