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

Bu çalışma, Başlangıç ​​Eğitim Ağı&#39;nı (ITN) finanse eden Avrupa Birliği 7. Çerçeve Programı, Araştırma Görevlilerinin Eğitimi ve Kariyer Geliştirme Desteği (Marie Curie - FP7-PEOPLE-2012-ITN) aracılığıyla Araştırma Yürütme Ajansı tarafından desteklendi. HYTECH &quot;Ekolojik Kritik Heterojen Ara Yüzlerde Hidrodinamik Taşımacılık&quot; (sayı 316546). Milano Politecnico&#39;nun Polo Territoriale di Lecco tarafından da desteklendi. Deneyler, SS tarafından ziyaret edilen bir bilim adamı olarak Politecnico di Milano&#39;ya gerçekleştirildi. Yazarlar, Tarcisio Fazzini, Stefania Gherbi, Francesco Mottini&#39;ye (Politecnico di Milano&#39;daki B.Sc. öğrencileri) ve Seyed Abbas Hosseini-Sadabadi&#39;ye (HYTECH projesinin arkadaşı ve Politecnico di Milano&#39;daki doktora öğrencisine) destek verdikleri için teşekkür etti. Deneysel etkinlik ve veri analizi. Yazarlar, Prof. Dr. Roger Nokes&#39;a (Canterbury Üniversitesi, Christchurch, Yeni Zelanda) teşekkür ederek teşekkür etti.Yazılım ve sürekli danışmanlık sunar. Son olarak, yazarlar, JoVE yönetici editörüne ve yazarın önemli ölçüde iyileştirilebileceği düşünülen yorumları ve önerileri için üç anonim gözden geçirenine teşekkür ederler.

<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>

Yazarlar, rekabet eden mali çıkarlarının olmadığını beyan ettiler.

Parçacık görüntüleme ile bir yatak yükü taşıma deneyinin tasarlanması, deneysel konfigürasyon ve donanım araçlarının seçimi, akış ölçümü, parçacık tohum ekleme ve görselleştirme ve görüntü analizi de dahil olmak üzere birkaç adım içerir. Her adımda varyasyonların avantajları ve dezavantajları vardır. Bu yazıda sunulan protokolün temel özellikleri şunlardır: (i) basınçlı bir akış ve sabit pürüzlü bir yatak kullanarak, (ii) sabit yatak rengine karşıt renk gösteren düşük sayıda yatak yükü parçacıklarının tohumlanması, (iii) (Iv) birbirine birleştirilecek bağımsız iz kümeleri elde etmek için birden çok kamera kullanmak. Deneysel yöntem ve veri işleme, yatak yükü parçacıklarının son ölçüm için güvenilir bir şekilde izlenmesini sağlar. Kapalı akış hareketli parçacıkların optimum bir görüntüsünü garanti eder. Bununla birlikte, sabit yatak, bazı işlemlerin gözlenmesini engeller ( örneğin vertika ile bağlantılı olanları<html> L yatağın aktif katı içindeki tortu parçacıklarının yer değiştirmeleri) ve böylece tekniğin zayıf yatak yüklerine uygulanabilirliğini sınırlar. Sadece 100 s&#39;lik film kullanılarak elde edilen veri örneklerinin boyutu nispeten azdı. Bununla birlikte, görüntü toplama ve işleme deney süresini uzatmak suretiyle numune boyutu kolayca arttırılabilir. Sınırlı sayıda parçacık vermek, esas olarak daha yüksek bir oranda beslenmekten daha uzun bir deney süresi gerektirir; Fakat hareket halindeki parçacıkların küçük konsantrasyonu ve farklı renklerin kullanılması nedeniyle, her ikisi de izleme hatalarının olasılığını azalttığı için nispeten açık bir parçacık izleme nedeniyle çabaya değer. Deneyde doğal ışığın kullanılması aydınlatma cihazlarına olan ihtiyacı ortadan kaldırır; Bununla birlikte, iyi bir aydınlatmanın hava koşullarına bağlı olduğu yönündeki dezavantaj da var. Parçacık hop uzunluğunun ve süresinin CFD&#39;leriG &quot;&gt; Şekil 4 en düşük değerleri en sık olanları göstermektedir.Hop uzunluğu ve süresinin ölçülen en büyük değerleri sırasıyla 600 mm ve 7 s civarındadır Bu literatürdeki benzer değerlere kıyasla 4 , 16 , 30 , Çünkü uzun parçaların ölçümü uzun parçacık şerbet alma riski taşıyor.İki kamera kullanmanın yararı, tek bir kameranın yaklaşık 850 mm&#39;lik bir odak alanı uzunluğuna sahip olduğu göz önüne alındığında belirgindir; bu, ölçülecek hop uzunluğu değerlerinden çok daha büyük olmayacaktır. Bunun yerine, iki kamera kullanan ölçüm protokolü, sürecin uzunluk ölçekleri ile ölçüm alanının uzunluk ölçekleri arasında tatmin edici bir ayrım sağladı ve böylece deneysel kısıtlamalardan ötürü fenomenolojik sonuçları hafifletme riski azaltıldı. Kanal boyunca yerleştirilen kameraların sayısını artırmak. Burada açıklanan protokole kıyasla alternatif bir prosedür, partikül tanımlama ve izleme öncesinde çakışan görüntüler oluşturmaktır. Görüntü birleştirme yöntemi, veri dosyalarının boyutunu iki katına çıkardığı için uygun olmayan bir bellek tüketimi gerektirdiğinden protokolümüz (izleme işlemini iki kez gerçekleştirdikten ve parçacık parçalarını birbirine bağlarken) tercih edildi. Burada açıklanan işleme algoritmaları ile çakışan alanın uzunluğundan daha kısa olan birkaç parçacık izi sediment parçalarının tam olarak yeniden yapılandırılmasını engellediği için atılmıştır. Bununla birlikte, eşik uzunluğu 120 mm, elde edilebilen pist uzunluklarından daha kısa bir büyüklüktedir ve bu nedenle bu verilerin kaybı kabul edilebilir olmuştur. Üstelik, Şekil l&#39; deki alttaki 8 olayda görülen parça birleşimi, elde edilecek parça uzunluğunda belirgin bir artış sağlamayacaktır. Öte yandan, bu durumlar yardımcı olabilirŞekil 5&#39;deki durum gibi uzun parçaların alınmasında, kesintilerden kaynaklanıyor olabilir. Benzer bir durumda, iteratif birleştirme işlemleri ile uzun bir parkur yeniden oluşturulabilir. Bununla birlikte, Şekil 5&#39;deki gibi iz kesintilerinin katılım sürecinden ziyade izleme işlemi ile açıkça ilişkili olduğunu akılda tutmak önemlidir. Bu el yazması, benimsenen protokolün yeteneklerini göstermek için tek bir deney için kavramsal kanıt-sonuçlarını sundu. Gelecekteki deneylerde protokol, yatak yükü tortusu nakil sürecinin ayrıntılı bir analizini yapmak için bir dizi farklı hidro-dinamik koşula uygulanacaktır. <img alt="Şekil 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55874/55874fig5.jpg" /> Şekil 5: Kesintilerin bulunduğu yerde Parça Birleşiminin Bir Durumu. </Strong&gt; Burada açıklanan protokolle bu parçaların tek bir parçaya birleştirilmesi mümkün değildir. Şekil 1&#39;in başlığında ve Protokolün 8.4. Adımında belirtildiği gibi, çakışan bölgenin uzunluğundan daha kısa parçalar ekarte edilmiştir. Bu, kısa kırmızı ve yeşil izleri ortadan kaldırır; Bu nedenle, kalan uzun olanlar ortak bir noktaya sahip olmadığı için katılamazlar. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55874/55874fig5large.jpg" target="_blank">Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen tıklayınız.</a>

Öncülük çalışmaları birkaç yıl önce ortaya çıktı 1 , 2 , nehir tortusu nakliye çalışması için görüntü analizi kullanımı sürekli olarak artmaktadır. Bu teknik gerçekten fiziksel fenomen 3 , 4 , 5&#39;in ayrıntılı analizleri için nispeten yüksek çözünürlüklü ve düşük maliyetli veri sunma kabiliyetini kanıtladı. Zamanla donanım ve yazılım araçları için önemli gelişmeler sağlandı. Tortu taşımacılığının ölçümü, tortul akı ölçümünü hedefleyen bir Eulerian yaklaşımı ya da hareket ederken münferit tahılların yörüngelerini ölçmeyi amaçlayan bir Lagrangian yaklaşımı kullanılarak gerçekleştirilebilir. Görüntü işleme, diğer Euleri metodları 6 , 7 ile karşılaştırıldığında parçacık takibi için benzersiz olanaklar sunar. Ancak, desBu potansiyelleri küçümsemekle birlikte, görüntü analizinin yatak yükü tortusu nakline uygulanması, veri örneklerinin ölçümü ve boyutu için uzamsal / zamansal destek ölçekleri bakımından bazı kritik deneysel kısıtlamalardan etkilenmektedir. Örneğin, verilerin kalitesinden ve miktarından ödün vermeksizin aynı anda büyük bir uzaysal alanın, uzun bir deney süresinin ve yüksek ölçüm frekansı 3 , 4 , 8&#39;in uygun kombinasyonunu elde etmek zordur. Buna ek olarak parçacık takibi, analiz için kullanılan yazılım tarafından yapılan hataları izleme imkânı ile büyük bir insan çabası gerektiren 2 , 4 manuel olarak veya otomatik olarak 3 , 8 gerçekleştirilebilir. Bu yazıda, yatak yüklü sediment tr&#39;nin deneysel incelenmesi için bir protokol sunulmuştur.Ansport, kullanılan kamera türüne göre uzun sürenin sağlandığı yerlerde, farklı mekanlarda iki kameranın eşzamanlı kullanılmasıyla geniş görüş alanı sağlandı ve geçici otomatik deneme koşulları ile güvenilir otomatik işlem yapıldı. Deneysel işlem tasarlanmış ve işlem araçları, görüntü yöntemleri 3 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16&#39;ya göre sediment taşınımının detaylı incelenmesi ile uğraşan çeşitli araştırmalarda yazarların edindikleri tecrübelere dayanarak seçilmiştir , 17 , 18 . Partikülün serbest bırakılmasıyla gerçekleştirilen bir tortu nakil deneyi tarif edilmiştirEs sabit, kaba bir yatak üzerinde. Parçacık besleme, hareketli tanelerin düşük bir konsantrasyonunu korumak için akışın taşıma kapasitesinden çok daha azdı, böylece parçacıkların izlenecek tıkanıklığını önledi. Ayrıca, taşınan parçacıklar sürekli hareket etmiyordu, ancak aralıklı hareket gözlendi. Hareketli yerine sabit bir yatak kullanılması doğal koşullara benzerlik kaybını temsil eder. Bununla birlikte, sabit yatak, tortu taşımacılığı deneylerinde 19 , 20 ve 21 sıklıkla , çeşitli işlem yöntemleri ile karmaşık senaryolardan daha basit ve açıklayıcı varsayım altında kullanılmıştır. Sabit bir yatak kullanılması tabii ki tortu ölüme ve yeniden oluşum süreçlerine engel olur. Öte yandan, zayıf bir yatak yükü varlığında, sediment taşınması gevşek bir yatağın yüzeysel bir tabakasında gerçekleşir ve bu durumda,Sabit bir yatak kullanılması yeterli olabilir. Aslında, iki şartlara çalıştırmak deneylerde parçacık hareketi özellikleri arasında belirli karşılaştırmalar belirgin farklar 3, 14 mevcut değildi. Son olarak, burada sunulan deney, şeffaf bir kapaktan parçacık görüntüleme için en uygun koşulun sağlanması için basınçlı bir akışla gerçekleştirildi. Basınçlı bir akışı ile tortu taşıma deneysel yakın yataklı sınır tabakası ve tortu arasındaki etkileşim açık kanal akışı 22, 23 &#39;dekine benzer olduğunu gösteren, araştırma prototip buzla kaplı nehirlerde çalışılmıştır. Aşağıdaki bölümlerde, tüm yöntemler özetlenmekte ve bazı temsili sonuçlar verilmektedir.

<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

Görüntü analizi, nispeten düşük bir maliyetle detaylı niceliksel tasvirler sunabilme yeteneklerinden ötürü nehir akışlarının ölçümü için giderek daha fazla kullanılmaktadır. Bu el yazması, hafif tortu ile bir yatak yükü deneyi için parçacık izleme hız ölçümünün (PTV) bir uygulamasını tanımlamaktadır. İncelenen sediman taşıma koşullarının başlıca özellikleri, üstü kapalı bir akışın ve sabit bir pürüzlü yatağın bulunmasıydı; bu parçacıkların üstünde, kanal girişinde sınırlı sayıdaki parçacıklar salındı. Uygulanan akış koşulları altında, bireysel yatak yükü parçacıklarının hareketi, aralıklı hareket ve durgunluk terimleri ile kesintili olmuştur. Akış paterni, akış yönündeki hızın düşey profillerinin akustik ölçümleri ile önceden belirlenmiştir. İşlem görselleştirmesi sırasında, kanal boyunca farklı konumlara yerleştirilen iki eylem kamerası kullanılarak geniş bir görüş alanı elde edildi. Deneysel protokol chan olarak tanımlanmıştırNel kalibrasyonu, deney gerçekleştirme, görüntü ön işleme, otomatik parçacık izleme ve parçacık izi verilerinin iki kameradan post-processing. Sunulan konsept kanıtı sonuçları, parçacık atlama uzunluğunun ve süresinin olasılık dağılımlarını içerir. Bu çalışmanın başarıları, protokolün geçerliliğini göstermek için mevcut literatür ile karşılaştırılmıştır.

Bu bölümde sunulan sonuçlar, çukur eğiminin sıfıra ayarlandığı bir deney içindir (eğim değerleri% ± 0.05 doğrulukla hesaplanmıştır). Kullanılan tortu, d = 3 mm boyutunda ve yoğunluk ρ p = 1,270 kg / m 3 olan, yarı küresel olan PBT parçacıklarından yapılmıştır. Deney, bir akış hızı Q = 9.7 x 10 -3 m 3 / s ile gerçekleştirildi, sonuçta bir hacim hızı U = 0.31 m / s elde edildi. UVP ile hız ölçümleri için 81 ° eğimde 2 MHz prob kullanıldı. Hız verileri 250 Hz için 20 Hz&#39;de elde edildi. Temsili bir hız profili Şekil 2&#39;de gösterilmektedir. Kanal ekseninde ve akışın tamamen geliştiği kanal girişinden 4,5 m&#39;de alındı. Geçersiz yükseklik ölçümleri ile ilgili bazı değerler kaldırılmıştır. AsimmetriC profili, plastik kapak ve tortu yatağının farklı pürüzlülüğünden kaynaklanmıştır. Çizimler, kesme hızının tahmini için kullanılan profilin bölümünü de gösterir ve u s = 25.9 ± 1.3 mm / s elde edilir. Bu nedenle, parçacık Reynolds sayısı ( Re p = u s × d / ν , ν suyun kinematik viskozitesi olarak) 78&#39;e eşittir, bu da ara geçiş rejimine işaret eder. Çökeltinin taşınmasının görselleştirilmesi, ağız girişinden 3,5 m ve 4,3 m mesafeye yerleştirilen iki kamera ile gerçekleştirildi. Kameralar, 30 fps frekansında ve 1,920 x 1,080 piksel çözünürlükte çalışıyordu. Görüntü bozulmasını düzeltme faktörü k = 0.6 idi. Bozulmanın giderilmesinden sonra görüntü kalibrasyonu 1 piksel = 0.5 mm idi. Çakışmanın uzunluğu 760.15 ila 880.11 mm arasındaydı (ikincisi, köknarın odak alanının uzunluğuydu)St kamera). Parçacık tanımlaması için eşik yoğunluğu 80&#39;e ayarlandı ve beklenen blob boyutu 0.5 ila 8 mm arasında değişti. Parçacık izleme için arama penceresi şu şekildeydi: 1 mm yukarıya ve 7 mm aşağıya, 4 mm yanal olarak. Kesilen parçaların yeniden bağlanması için arama penceresi aşağıdaki gibidir: 1 mm akış yukarı ve 31 mm aşağı, 16 mm yanal olarak 4 takip çerçevesi boyunca. Birleştirilecek iki yol arasındaki x ve y değerlerinin ortalama karesel farkının karekök değeri eşik değeri 10 mm&#39;ye ayarlandı. Her kameradan 3.000 resimden oluşan bir alt kümeyle ölçülen parçacık izleri (100 saniyeye karşılık gelir) Şekil 3&#39;te gösterilmektedir. Veritabanı sırasıyla upstream ve downstream kameralardan 37 ve 34 parçayı kavradı. İki kamera tarafından elde edilen izlerin üst üste bindirilmesi ilk önce önerilir ve sonuç olarak elde edilen tam setRaflar görüntülenir. Ölçüm alanının orta bölümündeki çakışmanın tatmin edici olduğu açıktır. 59 parçanın sonunda 12 bağlantı elde edildi. En uzun parça, benzer analizlerin yapıldığı diğer literatür çalışmalarına kıyasla çok büyük yaklaşık 1.6 m (530 parçacık boyutundan, 15.2 akış derinliğinden veya 5.3 kanal genişliğinden) toplam uzunluğa sahip gözlem penceresinin tamamına yayılmıştır. 3 , 4 , 5 , 8 . Bir Lagrangian çerçevesi alarak, parçacık kinematiklerinin anahtar göstergeleri burada parçacık şerbetçiotu özellikleri bakımından uygulanmaktadır. Bu deneydeki gibi bir aralıklı yatak yükü taşımacılığı altında, bu şerbetçikler dinlenme süreleri ile ayrılmış hareketlerdir. Tek bir parçacık için şerbetçiotu tam bir yol içinde saptamak için, parçacık hareketi ve durağanlığın tanımlanmasıGerekli bir ön adım. Bu çalışmada, bir parçacığın belirli bir andaki anındaki x parçasının tüm önceki parçalardan daha büyük olması ve aşağıdaki tüm parçalardan daha düşük olması durumunda bir parçacığın hareket halinde olduğunu düşünen bir kriter 30 uyguladık. 59 adet ölçülen parçacık izinden toplam 98 atlama teli alındı. Şekil 4 , elde edilen kümülatif frekans dağılımını (CFD) hop uzunluğu ve süresi için tasvir etmektedir. <img alt="şekil 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55874/55874fig2.jpg" /> Şekil 2: Ölçülen Hız Profilleri. (Üstte) Akış yönündeki hız bileşeninin zaman ortalamalı dikey profili. (Alt) Bir logaritmik denklemin profilin alt kısmına uymasıyla kesilme hızının kestirimi. Birinci planda, kanalın üstünden başlayıp aşağıya doğru yönlendirilmiş dikey bir eksen gösterilir.<html> Ölçüm sonucunu UVP ile tekrarlayın. Eşitlik uydurma ile kayma hızını hesaplamak için gerektiği gibi ikinci kanalda kanalın altından gelen ve yukarı doğru yönlendirilmiş bir eksen kullanılır. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55874/55874fig2large.jpg" target="_blank">Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55874/55874fig3.jpg" /> Şekil 3: Ölçülen Parçacık Parçalarının Plan Görüntüsü. (Üstte) İki kameradan alınan parçalar (kırmızı ve siyahın altındaki kamera). (Alt) Birleştirilen parçaların örneği (netlik için renk değiştirme ve daha kalın bir çizgi ile vurgulanan bazı parçalar). <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55874/55874fig3large.jpg" target="_blank">Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen tıklayınız.</a> 4 &quot;sınıf =&quot; xfigimg &quot;src =&quot; / dosyalar / ftp_upload / 55874 / 55874fig4.jpg &quot;/&gt; Şekil 4: Hop Uzunluğunun (Üstte) ve Sürenin (Altında) Kümülatif Frekans Dağılımı (CFD). Şekil 3&#39;teki her pozisyondaki parçacık, parçacıkların o anda hareket halindeyken veya istirahat halindeyken temsil etmek için her an zamanda etiketlendi. Partikül şerbetçiotu parçacıkların sürüklenmesiyle (hareketsizlikten harekete geçiş) ve ayrışma (hareketten durgunluğa geçiş) arasında porsiyonlardan parçalar çıkarıldı. Hop uzunlukları ve süreleri için elde edilen örnekler burada gösterilen dağılımları oluşturmak için kullanılmıştır. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55874/55874fig4large.jpg" target="_blank">Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen tıklayınız.</a> Ek Kod Dosyaları: join_cameras.m <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55874/join_cameras.m">Lütfen</a>Bu dosyayı indirmek için buraya tıklayın.

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

El yazması, hareketli parçacıkların görüntü analizi ile izlendiği yatay yüklü tortu nakil deneylerinin iletimi için bir protokol sunmaktadır. Deney tesisi, çalıştırma gerçekleştirme ve veri işleme prosedürleri ve nihayet bazı kavramsal kanıt-proof sonuçları burada sunulmuştur.

Yatak Yüklü Deneylerde Görüntü Tabanlı Lagrangian Parçacık İzleme

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

Bilgisayar simülasyonları ile fotobiyoreaktörler içinde Mikroalgler Büyüme teşvik için Baca Gazı ayarlarını optimize

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

Floresan Tozu Kullanımı Perakende Ortamlarda Mikrobiyal Bulaşma Takip - Bir Perakende Deniz Çevre Örneği

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

Tozlaşma Ekoloji Saha Deneyleri: Örneği<em&gt; Lycoris sanguinea</em&gt; Var.<em&gt; sanguinea</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

Çok Örnekli Deneylerde Toprak Mikroplarını Karakterize Etmek İçin Bir Lipid Ekstraksiyon ve Analiz Metodu

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

Bal Arıları İçin Ekran Koruma Kimyagerleri için Video İzleme Protokolü

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

Hızlandırılmış çok kullanarak açık derinlik toplar infiltrasyon izleme toplanan ile dizi anten yere işleyen Radar

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

Yansıma tabanlı anketler bentik Macroinvertebrates ve onların oturmaya elverişli için Atlantik deniz tarak tarafından açılan kamera anket örneği için yöntemleri

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

Partikül büyüklüğü ve metan MPA'dan kapasite şeyl arasındaki ilişkinin deneysel çalışma

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

Yalıtım ve mikrobiyal topluluklarda toprak, rizosferde ve kökleri çok yıllık çim deneylerde Analizi

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

Göz izleme verilerini ücretsiz video Içeriğinin analiziyle birleştirme-kentsel park ortamında bir yürüyüşe video görüntüleme

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