專利名稱：水中絮體分形成長(zhǎng)過(guò)程原位測(cè)定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)的水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及絮凝過(guò)程定量測(cè)定方法。
背景技術(shù)：
在水處理工程中，絮凝過(guò)程所形成的絮體大小、性狀、結(jié)構(gòu)等形態(tài)特征對(duì) 水中雜質(zhì)顆粒的傳輸和去除有著重要的作用，在很大程度上影響著后續(xù)流程的 運(yùn)行工況、最終出水水質(zhì)和處理費(fèi)用。實(shí)際絮凝過(guò)程中常常出現(xiàn)松散不易沉降 或易于破碎的絮體，致使絮凝整體過(guò)程呈現(xiàn)紛繁復(fù)雜性，迄今為止人們對(duì)于絮 凝過(guò)程中絮體形成及各類生成產(chǎn)物彼此之間的相互作用關(guān)系仍然缺乏足夠的 認(rèn)識(shí)。分形理論的出現(xiàn)使人們對(duì)絮凝過(guò)程中的無(wú)序現(xiàn)象和無(wú)規(guī)形態(tài)取得更清楚 認(rèn)識(shí)逐漸成為可能，這為改進(jìn)絮凝工藝和研究絮凝機(jī)理提供了強(qiáng)有力的工具。 描述分形的基本變量是分形維數(shù)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，通過(guò)先進(jìn)儀器直接測(cè) 定分形維數(shù)已成為可能。目前水處理行業(yè)常采用圖像法測(cè)定絮體的分形維數(shù)， 即將絮體從反應(yīng)器中采集到載玻片上或釋放到沉降筒中進(jìn)行拍攝，進(jìn)而根據(jù)絮 凝過(guò)程中某一特定時(shí)刻拍攝的絮體圖像計(jì)算其分形維數(shù)。分形指的是組成部分 以某種方式與整體相似的形體，強(qiáng)調(diào)的是體系的形成過(guò)程，自相似性是分形理 論的核心。由于在同一絮凝時(shí)間的各個(gè)絮體并不存在局部與整體的自相似關(guān) 系，因而僅由特定時(shí)刻拍攝的絮體圖像計(jì)算出的分形維數(shù)并不能代表絮體形成 過(guò)程絮凝體系的分形維數(shù)。而且常規(guī)圖像法表征的是人為選取的少數(shù)絮體，代 表性較差，存在取樣擾動(dòng)和圖像實(shí)時(shí)性弱等缺點(diǎn)，這都會(huì)導(dǎo)致提取的形態(tài)特征 與真實(shí)值相差較遠(yuǎn)，無(wú)法對(duì)實(shí)際水處理絮凝過(guò)程進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)定和有效控制。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決目前水處理工程中無(wú)法對(duì)水中絮體生長(zhǎng)、破碎等動(dòng)態(tài)過(guò)程的形態(tài) 變化特征進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)定，以及采用常規(guī)圖像法獲得的絮體分形維數(shù)值代表性 差、數(shù)據(jù)規(guī)律模糊問(wèn)題，本發(fā)明提出一種水中絮體分形成長(zhǎng)過(guò)程原位測(cè)定方法。
本發(fā)明的方法的過(guò)程為
步驟一、在水處理反應(yīng)器內(nèi)的水中的顆粒發(fā)生絮凝的全過(guò)程中，采用數(shù)字
攝像機(jī)定點(diǎn)對(duì)水處理反應(yīng)器內(nèi)的水體進(jìn)行連續(xù)拍攝獲得多幅絮體圖像；所述絮體圖像的分辨率在640x480像素至1280x1024像素之間，并且所述絮體圖像 中包括水處理反應(yīng)器的底部至水面0.5-0.8高度處的水體圖像信息；
步驟二、采用計(jì)算機(jī)對(duì)采集到的絮體圖像按照從絮凝過(guò)程開始到結(jié)束的 時(shí)間順序，每間隔k秒的絮體圖像進(jìn)行處理，共獲得n個(gè)絮體圖像文件，所述 k和n均為大于0的整數(shù)；
步驟三、對(duì)步驟二獲得的每一幅絮體圖像文件中的絮體影像進(jìn)行識(shí)別；
步驟四、計(jì)算獲得第i幅絮體圖像文件中識(shí)別出來(lái)的全部絮體的平均周長(zhǎng) Si和平均投影面積Ai，然后獲得絮體平均周長(zhǎng)Si的自然對(duì)數(shù)值lnSi，絮體平均 投影面積Ai的自然對(duì)數(shù)值lnAi，其中i-l 、 2……n， &和A分別代表絮凝第ik 秒時(shí)刻的絮體平均周長(zhǎng)和絮體平均投影面積；
步驟五、以從絮凝過(guò)程開始到第ik秒時(shí)刻的絮體平均周長(zhǎng)總數(shù)和平均投 影面積總數(shù)為計(jì)算對(duì)象，根據(jù)lnAi和lnSi的直線關(guān)系用最小二乘法進(jìn)行擬和求 得直線方程為lnA=DfilnS+E，其中l(wèi)nA、為直線方程的y軸變量，lnS為直線 方程的x軸變量，E為直線的截距，Dfi為直線斜率；
步驟五獲得的直線斜率Dfl就是從絮凝過(guò)程開始第ik秒時(shí)刻的絮體成長(zhǎng)分 形維數(shù)值Dfg，根據(jù)所述第ik秒時(shí)刻的絮體成長(zhǎng)分形維數(shù)值Dfg，即為第ik秒 時(shí)刻的絮體成長(zhǎng)過(guò)程測(cè)定結(jié)果。
該結(jié)果為相對(duì)數(shù)值，B卩在水處理反應(yīng)器內(nèi)的水中顆粒發(fā)生絮凝的過(guò)程中 如果tl時(shí)刻測(cè)定的絮體成長(zhǎng)分形維數(shù)值Dfgl大于t2時(shí)刻測(cè)定的絮體成長(zhǎng)分形 維數(shù)值Dfg2，則表示tl時(shí)刻水中絮體的粒徑和密實(shí)程度要大于t2時(shí)刻的絮體 的粒徑和密實(shí)程度，這意味著tl時(shí)刻測(cè)定的絮凝效果要好于t2時(shí)刻的測(cè)定結(jié) 果。
分形理論，尤其是計(jì)算機(jī)凝聚模型的提出，為研究絮凝過(guò)程中絮體分形成 長(zhǎng)特征提供了有效手段。其中，有限擴(kuò)散凝聚(Diffijsion-Limited Aggregation, 簡(jiǎn)稱DLA)模型是分形理論中最為人們重視的生長(zhǎng)模型之一。大量研究表明， 從絮凝開始到結(jié)束不同的時(shí)間尺度來(lái)看水中絮體結(jié)構(gòu)演變過(guò)程滿足自相似性 和標(biāo)度不變性，具有分形特征。本發(fā)明根據(jù)DLA分形成長(zhǎng)機(jī)制計(jì)算出一種基 于絮體動(dòng)態(tài)生長(zhǎng)過(guò)程的分形維數(shù)，即絮體成長(zhǎng)分形維數(shù)值Dfg。反復(fù)實(shí)驗(yàn)研究 發(fā)現(xiàn)絮體成長(zhǎng)分形維數(shù)值Dfg能夠定量描述 解釋絮凝過(guò)程，表征絮凝效果。 絮凝過(guò)程是一個(gè)絮體顆粒不斷碰撞、長(zhǎng)大及剪切分散的復(fù)雜物理化學(xué)過(guò)程，在絮凝初期，絮體的生長(zhǎng)速率大于破碎速率.j使絮體顆粒逐漸增大形成具有不規(guī)
則形態(tài)的絮體，對(duì)應(yīng)于方法中測(cè)定的絮體成長(zhǎng)分形維數(shù)值Dfg隨著絮凝時(shí)間逐 漸增大；絮體生長(zhǎng)到一定程度后，絮體抵抗剪切破壞的能力逐漸下降，變得易 破碎，最終使絮體的成長(zhǎng)和破碎達(dá)動(dòng)態(tài)平衡，對(duì)應(yīng)于方法中測(cè)定的絮體成長(zhǎng)分 形維數(shù)值Dfg處于震蕩階段；作為方法中表征絮凝全過(guò)程效果的絮凝體系分形 維數(shù)值Df與沉后水濁度(反應(yīng)絮凝效果好壞的最終評(píng)價(jià)指標(biāo)，沉后水濁度越 低，說(shuō)明絮凝效果越好)存在良好的線性關(guān)系，隨著絮凝體系分形維數(shù)值Df 的增大，沉后水濁度逐漸減小。
本發(fā)明采用的水中絮體分形成長(zhǎng)過(guò)程原位測(cè)定方法可以獲得從絮凝開始 到結(jié)束全過(guò)程的清晰絮體影像，而且可以準(zhǔn)確定量測(cè)得絮凝過(guò)程中絮體分形聚 集特征參數(shù)及表征絮凝全過(guò)程效果。在實(shí)際水處理絮凝工藝控制過(guò)程中，準(zhǔn)確 投加所需要的絮凝劑量是獲得較好絮凝效果及經(jīng)濟(jì)效益的最關(guān)鍵問(wèn)題，可以將 方法中測(cè)定的絮凝體系分形維數(shù)值Df作為絮凝劑投量大小的控制依據(jù)，實(shí)現(xiàn) 絮凝劑的精確投加，并可將其作為絮凝劑生產(chǎn)和應(yīng)用過(guò)程藥劑效能好壞的評(píng)價(jià) 指標(biāo)；在水處理反應(yīng)器的優(yōu)化設(shè)計(jì)和運(yùn)行,過(guò)程中，方法中測(cè)定的絮體成長(zhǎng)分形 維數(shù)值Dfg可以有效評(píng)價(jià)反應(yīng)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)和不同時(shí)刻水流狀態(tài)變化對(duì)水中絮體 生長(zhǎng)、破碎等動(dòng)態(tài)過(guò)程的影響，利用該指標(biāo)可以使絮凝沉降達(dá)到最佳狀態(tài)并得 到有效控制。
說(shuō)明書附圖


圖1是采用具體實(shí)施方式
四的方法對(duì)水中絮體分形成長(zhǎng)過(guò)程原位測(cè)定，然 后再根據(jù)絮凝過(guò)程不同時(shí)刻的的絮體成長(zhǎng)分形維數(shù)值Dfg與絮體平均粒徑繪制 出的絮凝過(guò)程變化曲線圖。圖2是采用具體實(shí)施方式
四的方法對(duì)水中絮體分形 成長(zhǎng)過(guò)程原位測(cè)定，然后再根據(jù)絮凝體系分形維數(shù)值Df與沉后水濁度的線性 關(guān)系繪制出的相關(guān)曲線圖。
具體實(shí)施例方式
具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式所述的水中絮體分形成長(zhǎng)過(guò)程原位測(cè)定方法 的過(guò)程為-
步驟一、在水處理反應(yīng)器內(nèi)的水中的顆粒發(fā)生絮凝的全過(guò)程中，采用數(shù)字 攝像機(jī)定點(diǎn)對(duì)水處理反應(yīng)器內(nèi)的水體進(jìn)行連續(xù)拍攝獲得多幅絮體圖像；所述絮 體圖像的分辨率在640x480像素至1280x1024像素之間，并且所述絮體圖像中包括水處理反應(yīng)器的底部至水面0.5-0.8高度處的水體圖像信息；
步驟二、采用計(jì)算機(jī)對(duì)采集到的絮體圖像按照從絮凝過(guò)程開始到結(jié)束的
時(shí)間順序，每間隔k秒的絮體圖像進(jìn)行處理，共獲得n個(gè)絮體圖像文件，所述
k和n均為大于0的整數(shù)；
步驟三、對(duì)步驟二獲得的每一幅絮體圖像文件中的絮體影像進(jìn)行識(shí)別； 步驟四、計(jì)算獲得第i幅絮體圖像文件中識(shí)別出來(lái)的全部絮體的平均周長(zhǎng)
Si和平均投影面積Ai，然后獲得絮體平均周長(zhǎng)Si的自然對(duì)數(shù)值lnSi，絮體平均
投影面積Ai的自然對(duì)數(shù)值lnAi，其中1=1、 2……n， Si和Ai分別代表絮凝第ik
秒時(shí)刻的絮體平均周長(zhǎng)和絮體平均投影面積；
步驟五、以從絮凝過(guò)程開始到第ik秒時(shí)刻的絮體平均周長(zhǎng)總數(shù)和平均投 影面積總數(shù)為計(jì)算對(duì)象，根據(jù)lnAi和lnSi的直線關(guān)系用最小二乘法進(jìn)行擬和求 得直線方程為lnA=DfllnS+E，其中l(wèi)nA為直線方程的y軸變量，lnS為直線 方程的x軸變量，E為直線的截距，Dfi為直線斜率；
步驟五獲得的直線斜率Dfl就是從絮凝過(guò)程開始第ik秒時(shí)刻的絮體成長(zhǎng)分 形維數(shù)值Dfg，根據(jù)所述第ik秒時(shí)刻的絮體成長(zhǎng)分形維數(shù)值Dfg，即為第ik秒 時(shí)刻的絮體成長(zhǎng)過(guò)程測(cè)定結(jié)果。
該結(jié)果為相對(duì)數(shù)值，即在水處理反應(yīng)器內(nèi)的水中顆粒發(fā)生絮凝的過(guò)程中 如果tl時(shí)刻測(cè)定的絮體成長(zhǎng)分形維數(shù)值Dfgl大于t2時(shí)刻測(cè)定的絮體成長(zhǎng)分形 維數(shù)值Dfg2，則表示tl時(shí)刻水中絮體的粒徑和密實(shí)程度要大于t2時(shí)刻的絮體 的粒徑和密實(shí)程度，這意味著tl時(shí)刻測(cè)定的絮凝效果要好于t2時(shí)刻的測(cè)定結(jié) 果。
由于水處理反應(yīng)器的水體中的可見絮體一般是在距離水面高度的0.5~0.8 位置開始生成，因此，本實(shí)施方式在步驟一中拍攝的絮體圖像中包括水處理反 應(yīng)器的底部至水面0.5~0.8高度處的水體圖像信息，使所拍攝的圖像中的信息 能夠充分體現(xiàn)水處理反應(yīng)器的水體中的絮體的生成全過(guò)程。
實(shí)際應(yīng)用時(shí)，根據(jù)需要，選擇步驟二中的時(shí)間間隔k的大小，當(dāng)需要對(duì)絮 凝過(guò)程的各個(gè)階段進(jìn)行詳細(xì)分析或者測(cè)定結(jié)果時(shí)，可以選擇k為較小的數(shù)值， 例如選擇k^、 2、 3等，當(dāng)需要對(duì)絮凝全過(guò)程進(jìn)行分析獲得測(cè)定結(jié)果時(shí)，可以 選擇較大的值，例如選擇b20、 30、 60等。
當(dāng)需要獲得整個(gè)絮凝過(guò)程的測(cè)定結(jié)果時(shí)，在步驟五中的i-n，獲得nk時(shí)刻的絮體成長(zhǎng)分形維數(shù)值Dfg,即為表征絮i疑全過(guò)程效果的絮凝體系分形維數(shù)值Df。
步驟一中所述的數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的拍攝速度在50幀/秒~500幀/秒之間。 所述水處理反應(yīng)器內(nèi)采用落射光照明。
本實(shí)施方式中的攝像機(jī)可以選用水下數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，將數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的鏡頭固 定在水處理反應(yīng)器中，并使數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的鏡頭平面垂直于水處理反應(yīng)器中的水 平面，進(jìn)而達(dá)到獲得絮凝過(guò)程中絮體的影像信息的目的。
本實(shí)施方式中還可以在水處理反應(yīng)器的側(cè)壁開有透明窗口，然后采用數(shù)字 攝像機(jī)通過(guò)透明窗口對(duì)水處理反應(yīng)器內(nèi)的水體中的絮凝全過(guò)程的絮體影像進(jìn) 行拍攝。這種情況，只需要選用普通數(shù)字?jǐn)z像機(jī)即可實(shí)現(xiàn)圖像的拍攝功能，并 且所述數(shù)字?jǐn)z像機(jī)不在水處理反應(yīng)器的水體中，不影響水處理反應(yīng)器中的絮凝 過(guò)程，獲得的圖像信息更能真實(shí)地反映水中絮凝的真實(shí)過(guò)程。
步驟三中所述的對(duì)絮體圖像中的絮體影像進(jìn)行識(shí)別的方法，可以采用現(xiàn)有 方法實(shí)現(xiàn)，例如，可以采用采用發(fā)明專利ZL200610009871.5描述的方法進(jìn)行 識(shí)別。
具體實(shí)施方式
二本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式
一所述的水中絮體分形成 長(zhǎng)過(guò)程原位測(cè)定方法中，步驟四中所述的計(jì)算獲得第i幅絮體圖像文件中識(shí)別 出來(lái)的全部絮體的平均周長(zhǎng)Si和平均投影面積Ai的方法的進(jìn)一步說(shuō)明，所述 方法為 -
以步驟三中識(shí)別出的第i幅絮體圖像文件中單個(gè)絮體所含像素的點(diǎn)數(shù)作為 所述單個(gè)絮體的投影面積Aj，以單個(gè)絮體周長(zhǎng)所含像素的點(diǎn)數(shù)作為所述單個(gè) 絮體的周長(zhǎng)Sj，其中j^至m， m為步驟三中識(shí)別出的第i幅絮體圖像文件中
包含的絮體的總個(gè)數(shù)；
附
第ik秒時(shí)刻的絮體平均周長(zhǎng)Si為Si=^，
計(jì)算獲得第ik秒時(shí)刻的絮體平均投影面積A;為<formula>formula see original document page 8</formula>附
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式
一所述的水中絮體分形成長(zhǎng)過(guò)程原位測(cè)定方法中的數(shù)字?jǐn)z像機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸方式進(jìn)行了進(jìn)
一步的說(shuō)明。本實(shí)施方式中的述數(shù)字?jǐn)z像機(jī)與計(jì)算機(jī)之間采用10/100/千兆通 訊接口或者集成的Camera Link數(shù)字接口進(jìn)行圖像信息的傳遞。
采用本實(shí)施方式所述的兩種數(shù)據(jù)傳輸方式，可以實(shí)現(xiàn)圖像信息的實(shí)時(shí)傳 送，在絮凝過(guò)程結(jié)束后，就可以獲得測(cè)定結(jié)果，提高了測(cè)定速度。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一所述的水中絮體分形成長(zhǎng) 過(guò)程原位測(cè)定方法的區(qū)別在于，步驟一中獲得的絮凝圖像的分辨率為 1024x768至1280x1024像素，所述攝像機(jī)的攝像速度為200幀/秒 400幀/秒； 步驟二中的時(shí)間間隔k=l，其它步驟及參數(shù)與實(shí)施方式一相同。
由于絮凝過(guò)程中絮體粒子在水流的動(dòng)力作用下不斷隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，在常規(guī)動(dòng)態(tài) 微觀拍攝過(guò)程中會(huì)顯現(xiàn)出較高的速度，導(dǎo)致采集到的絮體圖像有強(qiáng)烈的運(yùn)動(dòng)虛 影，給實(shí)際工作帶來(lái)很大困難。本實(shí)施方式中采用高速數(shù)字?jǐn)z像機(jī)對(duì)絮凝過(guò)程 進(jìn)行原位檢測(cè)，由于高速數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的拍攝速度快、曝光時(shí)間短，使得在拍攝 運(yùn)動(dòng)絮體的時(shí)候所產(chǎn)生的虛影只有200 nm ~700nm，這個(gè)長(zhǎng)度比攝像機(jī)所能捕 捉到的最小像素還要小，因此可以獲得從絮凝開始到結(jié)束全過(guò)程的清晰的絮體 影像。
采用本實(shí)施方式方法對(duì)水中絮體分形成長(zhǎng)過(guò)程原位測(cè)定，絮凝過(guò)程不同時(shí) 刻測(cè)定的絮體成長(zhǎng)分形維數(shù)值Dfg與絮體平均粒徑變化曲線如圖l所示，絮凝 體系分形維數(shù)值Df與沉后水濁度的線性關(guān)系曲線如圖2所示。
由圖1中可以明顯看出在絮凝過(guò)程中測(cè)定的絮體成長(zhǎng)分形維數(shù)值Dfg及平 均粒徑隨絮凝時(shí)間均有明顯變化，并呈相似的變化規(guī)律，在絮凝初期，絮體的 生長(zhǎng)速率大于破碎速率，使絮體顆粒逐漸增大形成具有不規(guī)則形態(tài)的絮體，對(duì) 應(yīng)于方法中測(cè)定的絮體成長(zhǎng)分形維數(shù)值Dfg隨著絮凝時(shí)間逐漸增大；絮體生長(zhǎng) 到一定程度后，絮體抵抗剪切破壞的能力逐漸下降，變得易破碎，最終使絮體 的成長(zhǎng)和破碎達(dá)動(dòng)態(tài)平衡，對(duì)應(yīng)于方法中測(cè)定的絮體成長(zhǎng)分形維數(shù)值Dfg處于 震蕩階段，從而證明絮體成長(zhǎng)分形維數(shù)值Dfg能夠定量描述與解釋絮凝過(guò)程， 表征絮凝效果。
由圖2中可以明顯看出絮凝體系分形維數(shù)值Df與沉后水濁度(反應(yīng)絮凝 效果好壞的最終評(píng)價(jià)指標(biāo)，沉后水濁度越低，說(shuō)明絮凝效果越好)具有良好的 線性關(guān)系(R2=0.9419)，隨著絮凝體系分形維數(shù)值Df的增大，沉后水濁度逐漸減小，從而證明可以用絮凝體系分形維數(shù)值Df表征絮凝全過(guò)程效果，使絮 凝沉降達(dá)到最佳狀態(tài)并得到有效控制。
說(shuō)明本發(fā)明采用的水中絮體分形成長(zhǎng)過(guò)程原位測(cè)定方法可以準(zhǔn)確定量反 映絮凝過(guò)程中絮體分形聚集特征及表征絮凝全過(guò)程效果。
權(quán)利要求
1、水中絮體分形成長(zhǎng)過(guò)程原位測(cè)定方法，它的過(guò)程為步驟一、在水處理反應(yīng)器內(nèi)的水中的顆粒發(fā)生絮凝的全過(guò)程中，采用數(shù)字?jǐn)z像機(jī)定點(diǎn)對(duì)水處理反應(yīng)器內(nèi)的水體進(jìn)行連續(xù)拍攝獲得多幅絮體圖像；所述絮體圖像的分辨率在640×480像素至1280×1024像素之間，并且所述絮體圖像中包括水處理反應(yīng)器的底部至水面0.5～0.8高度處的水體圖像信息；步驟二、采用計(jì)算機(jī)對(duì)采集到的絮體圖像按照從絮凝過(guò)程開始到結(jié)束的時(shí)間順序，每間隔k秒的絮體圖像進(jìn)行處理，共獲得n個(gè)絮體圖像文件，所述k和n均為大于0的整數(shù)；步驟三、對(duì)步驟二獲得的每一幅絮體圖像文件中的絮體影像進(jìn)行識(shí)別；步驟四、計(jì)算獲得第i幅絮體圖像文件中識(shí)別出來(lái)的全部絮體的平均周長(zhǎng)Si和平均投影面積Ai，然后獲得絮體平均周長(zhǎng)Si的自然對(duì)數(shù)值lnSi，絮體平均投影面積Ai的自然對(duì)數(shù)值lnAi，其中i＝1、2……n，Si和Ai分別代表絮凝第ik秒時(shí)刻的絮體平均周長(zhǎng)和絮體平均投影面積；步驟五、以從絮凝過(guò)程開始到第ik秒時(shí)刻的絮體平均周長(zhǎng)總數(shù)和平均投影面積總數(shù)為計(jì)算對(duì)象，根據(jù)lnAi和lnSi的直線關(guān)系用最小二乘法進(jìn)行擬和求得直線方程為lnA＝DfilnS+E，其中l(wèi)nA為直線方程的y軸變量，lnS為直線方程的x軸變量，E為直線的截距，Dfi為直線斜率；步驟五獲得的直線斜率Dfi就是從絮凝過(guò)程開始第ik秒時(shí)刻的絮體成長(zhǎng)分形維數(shù)值Dfg，根據(jù)所述第ik秒時(shí)刻的絮體成長(zhǎng)分形維數(shù)值Dfg，即為第ik秒時(shí)刻的絮體成長(zhǎng)過(guò)程測(cè)定結(jié)果。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水中絮體分形成長(zhǎng)過(guò)程原位測(cè)定方法，其特征 在于，步驟一中所述的數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的拍攝速度在50幀/秒~500幀/秒之間。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水中絮體分形成長(zhǎng)過(guò)程原位測(cè)定方法，其特征 在于，所述水處理反應(yīng)器內(nèi)采用落射光照明。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水中絮體分形成長(zhǎng)過(guò)程原位測(cè)定方法，其特征 在于，所述攝像機(jī)為水下數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，所述數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的鏡頭固定在水處理反 應(yīng)器中，并且所述數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的鏡頭平面垂直于水處理反應(yīng)器中的水平面。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水中絮體分形成長(zhǎng)過(guò)程原位測(cè)定方法，其特征 在于，所述水處理反應(yīng)器的側(cè)壁開有透明窗口，所述數(shù)字?jǐn)z像機(jī)通過(guò)透明窗口 對(duì)水處理反應(yīng)器內(nèi)的水體中的絮凝全過(guò)程的絮體影像進(jìn)行拍攝。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水中絮體分形成長(zhǎng)過(guò)程原位測(cè)定方法，其特征 在于，步驟四中所述的計(jì)算獲得第i幅絮體圖像文件中識(shí)別出來(lái)的全部絮體的 平均周長(zhǎng)Si和平均投影面積Ai的方法為以步驟三中識(shí)別出的第i幅絮體圖像y件中單個(gè)絮體所含像素的點(diǎn)數(shù)作為所述單個(gè)絮體的投影面積Aj，以單個(gè)絮體周長(zhǎng)所含像素的點(diǎn)數(shù)作為所述單個(gè) 絮體的周長(zhǎng)Sj，其中j^至m， m為步驟三中識(shí)別出的第i幅絮體圖像文件中 包含的絮體的總個(gè)數(shù)；—2X第ik秒時(shí)刻的絮體平均周長(zhǎng)Si為S1=l，附計(jì)算獲得第ik秒時(shí)刻的絮體平均投影面積Ai為A, =L 。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水中絮體分形成長(zhǎng)過(guò)程原位測(cè)定方法，其特征 在于，所述數(shù)字?jǐn)z像機(jī)與計(jì)算機(jī)之間采用10/100/千兆通訊接口或者集成的 Camera Link數(shù)字接口進(jìn)行圖像信息的傳遞。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水中絮體分形成長(zhǎng)過(guò)程原位測(cè)定方法，其特征 在于，步驟一中獲得的絮凝圖像的分辨率為1024x768至1280x1024像素。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水中絮體分形成長(zhǎng)過(guò)程原位測(cè)定方法，其特征 在于，步驟一中所述攝像機(jī)的攝像速度為200幀/秒~400幀/秒。
全文摘要
水中絮體分形成長(zhǎng)過(guò)程原位測(cè)定方法，它涉及一種絮凝過(guò)程定量測(cè)定方法。它解決了目前水處理工程中無(wú)法對(duì)水中絮體生長(zhǎng)、破碎等動(dòng)態(tài)過(guò)程的形態(tài)變化特征進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)定，采用常規(guī)圖像法獲得的絮體分形維數(shù)值代表性差、數(shù)據(jù)規(guī)律模糊問(wèn)題。它的過(guò)程為采用數(shù)字?jǐn)z像機(jī)原位拍攝獲得絮體絮凝全過(guò)程的絮凝圖像，分析一定時(shí)間間隔的多個(gè)絮凝圖像文件中的絮體影像，獲得基于絮體動(dòng)態(tài)生長(zhǎng)過(guò)程的分形維數(shù)，即絮體成長(zhǎng)分形維數(shù)值D_fg作為測(cè)定結(jié)果。本發(fā)明能夠獲得絮凝全過(guò)程的清晰絮體影像，還能準(zhǔn)確定量測(cè)得絮凝過(guò)程中絮體分形聚集特征參數(shù)及表征絮凝全過(guò)程效果。本發(fā)明獲得的結(jié)果能夠?qū)π跄齽┑纳a(chǎn)、使用、絮凝工藝設(shè)計(jì)及運(yùn)行控制等過(guò)程發(fā)揮重要的指導(dǎo)作用。
文檔編號(hào)G01N21/84GK101576467SQ20091007225
公開日2009年11月11日 申請(qǐng)日期2009年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月11日
發(fā)明者軍 南 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)