CPIV 法影像處理流程與沖刷原理

(PCAOM)利用同步訊號控制器之功能，將 ARGON 雷射之混合光束 個別區分為藍色及綠色光束，經由反射鏡射至光學玻璃圓柱形成一 藍、綠間隔之光頁，流體影像則經由 CCD 彩色攝影機之電子快門進 行重複曝光，而後擷取數位影像，如圖2-1 所示。

2-1-2 程式運算分析

影像經由程式初步前處理後，如圖 2-2 所示。接著將影像劃分為 數個小區塊(small pattern)，進行質問窗(interrogating window)之設定，

以質問窗為影像計算處理之基準，將質問窗劃分設定完畢後，進入影 像質點位移程式計算部分，所應用理論如下：

一、互相關函數法(cross correlation function)

由影像訊號亮度值及設定質問窗大小對影像進行分析，步驟如

[ ( ) ] [ ( ) ]

質點密度分佈可設定有效質點數作為質問窗內之代表訊號，並針對計

之位移量，因此可針對Cij

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)

(

)

速度向量值去除，如圖 2-7 所示。去除方法為利用周邊鄰近質問窗內 Chen, 2000; Jaw et al., 2001; Nogueira et al., 1997)建議，依不同影像條 件，設val值於 25~30％以內為有效向量值。

(root-mean-square)；3. 系統誤差(systematic error)或偏移誤差(bias 差(precision error)，其分散程度的大小則取決於測量值之標準差 (standard deviation)或 RMS 誤差，如圖 2-8 所示。質問窗之位移平均 值定義如下：

性，此類偏差可經由修正方法降低其誤差量，因此系統誤差亦稱為偏 移誤差(bias error)。於影像分析計算過程中，偏移誤差與互相關函數 法之峰度值鎖定(peak-locking)有關，主要係因質問窗計算所得之峰度 值(最有可能之位移值)與質問窗內之真實位移值無法完全吻合。偏移 誤差(d_b)可利用已知之真實位移值(d_a)，如位移 0 畫素(zero particle image displacement)或位移大於 1 畫素，與質問窗內計算所得之平均 值(d_m)之差，如圖 2-9 所示。其公式如下：

與短期沖刷，長期沖刷為長時間水流對泥砂累積之沖刷，短期沖 刷則為較短時間尺度內單一或數個洪水對泥砂之沖刷。

2. 束縮沖刷(contraction scour)：受到水工結構物影響，使河道斷面束 縮，阻擋水流流況，形成迴水(backwater)效應，導致水流流經此區

(3) q_s−out >q_s−in >0 濁水沖刷(live-bed scour)

(3) 馬蹄形渦流(horseshoe vortex)

向下射流與二次橫向水流結合後，沿橋墩周圍形成的三維性渦

(4) 尾跡渦流(wake vortex)

水流流經橋墩後，於下游側壁面產生分離點(separation point)，使 速度剖面產生不連續面造成消散渦流(cast-off vortices)，在底床處與馬 蹄形渦流交互作用，使水流尾跡向下游傳遞時做橫向與垂向擺動，可 將泥砂顆粒向下游輸送或於橋墩後方形成淤積，稱為尾跡渦流。

2-2-44 導流板區域流場

在渠道設置一沖擊角(angle of attack)之導流板情況下，水流將沿 著導流板迎水面兩側流過，且大部分水流由順水端向後進行分流，在 水流流動過程之中，於導流板下游處產生一螺旋水流，如圖 2-12 所 示。

螺旋水流之產生係因在導流板兩側之垂直向壓力梯度不同(迎水 面壓力由下往上遞減，而背水面壓力則由下往上遞增)，使得在高壓 側產生一向上之速度分量，而於低壓側形成一向下之速度分量，因而 產生一作螺旋運動之渦流。而後漩渦(vortex)逐漸於導流後方滾動成 長，於導流板邊壁端形成一較大之邊壁漩渦(tip vortex)後脫離導流板 後，形成螺旋狀水流與尾跡渦流往下游移動，如圖 2-13 所示。而後 於導流板下游處擾動，進而改變下游底床泥砂運動方向、底床剪應力 以及下游底床型態。