استفاده از روش عکس‌برداری و پردازش تصویر در اندازه‌گیری قطر و سرعت قطرات باران شبیه‌سازی شده

نویسندگان
1 دانش آموخته کارشناسی ارشد آبخیزداری،دانشکده منابع طبیعی،دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، و نویسنده مسئول،
2 دانشیار گروه مهندسی آبخیزداری، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری.
3 دانش آموخته کارشناسی ارشد آبخیزداری،دانشکده منابع طبیعی،دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری.
4 دانشجوی دکتری آبخیزداری،دانشکده منابع طبیعی،دانشگاه علوم‌کشاورزی و منابع طبیعی ساری.
چکیده
تمامی روش‌­های موجود در اندازه­‌گیری خصوصیات قطرات بارش طبیعی یا شبیه‌­سازی شده پرهزینه، طاقت­‌فرسا و زمان‌­بر هستند. در این تحقیق برای اندازه‌­گیری توزیع قطری و سرعت قطرات بارش شبیه­‌سازی شده از روش عکس­برداری با دوربین سرعت بالا (Nikon D90) و تکنیک پردازش تصویر استفاده شده است. برای پردازش تصویر نرم­ افزار ImageJ و روش آشکارسازی لبه بکارگرفته شد و قطر قطرات با دقت هزارم میلی‌­متر اندازه‌­گیری شدند. نتایج حاصل از اندازه‌­گیری قطر قطرات نشان داد که شبیه‌­ساز حاضر در این مطالعه در فشار­های 20، 40، 60 و 80 کیلوپاسکل قادر به شبیه‌­سازی قطراتی با دامنه قطری 2/0 تا بیش از 6 میلی‌­متر است. با توجه به عملکرد مناسب شبیه­‌ساز باران در فشار 60 کیلوپاسکل، سرعت قطرات برای کلاس‌های قطری مختلف در این فشار و در ارتفاع نیم متری از زمین از 2/1 تا 5/7 متر بر ثانیه محاسبه شد که به سرعت حد بارش طبیعی نزدیک است. هم­چنین با استفاده از آزمون دانکن مشخص شد که بین قطر قطرات تولید شده در هر 4 فشار مختلف اختلاف معنی­‌داری وجود دارد که با افزایش فشار قطر قطرات کاهش می­‌یابد. در نهایت نتایج حاصل از این پژوهش نشان داد که عکس­برداری و پردازش تصویر روشی سریع، کم‌­هزینه با دقت و صحت بالا در تعیین خصوصیات بارش شبیه‌­سازی شده می­‌باشد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Using photography and image processing for simulated rain drops diameter and velocity measurements

نویسندگان English

Maziar Mohammadi 1
Ataollah Kavian 2
Moghadaseh Fallah 3
Zahra Abdollahi 4
چکیده English

All available methods to measure the properties of natural and simulated rain droplets are costly, cumbersome and time consuming. In this study, high speed photography method and image processing technic used to measure the droplet diameter distribution and velocity of simulated rainfall. ImageJ software and edge detection method used for image processing and droplet size were measured with the accuracy of 1:1000 mm. The results of droplet measurements showed that the simulator can simulate droplets with a diameter range of 2.0 to more than 6 mm at pressure of 20, 40, 60 and 80 Kp. According to the proper operation of rainfall simulator at pressure of 60 Kp, droplets velocity was calculated from 2.1 to 5.7 m/s for different diameter classes at the height of 0.5 m above surface which is close to terminal velocity of natural rainfall. Also Duncan test showed that there are significant differences between the droplet size in four operational pressure and droplet size decreases with increasing operational pressure. The results of this study showed that photography and image processing is a rapid, cost-effective and high accuracy method to characterization of simulated rainfall properties.

کلیدواژه‌ها English

Raindrop size distribution
Raindrop velocity
Photography
Image processing
Edge detection
ImageJ