کاربرد روش ساختار ناشی از حرکت (Sfm) برای تعیین اندازه ذرات سطحی بستر در آبراهه‌های شنی

مطالعه دقیق و کمی در مورد بستر های زبر از اهمیت بسیاری برخوردار است. بدون تردید کمتر مثالی از حرکت سیال در طبیعت و پیرامون سازه های هیدرولیکی می توان یافت که جداره پیرامونی آن در شرایط بستر زبر قرار نداشته است. اگرچه رویکرد سنتی در تعیین زبری بستر بر اساس منحنی توزیع اندازه سنگ‌دانه‌ها استوار است، اما در رویکرد نوین، تعیین زبری بر اساس ارتفاع نقطه به نقطه بستر استوار می‌باشد که تعیین آن خود به‌سادگی میسر نیست. لذا با وجود مطالعات بسیار در زمینه جریان با بستر زبر و نیز توسعه روش ها و ابزارهای گوناگون جهت تعیین مدل رقومی و خصوصیات آماری چنین بسترهایی، فقدان یک روش ساده، کم هزینه و با دقت بالا احساس می گردد. در مطالعه حاضر به بررسی قابلیت‌های یکی از روش های فتوگرامتری بُرد نزدیک با عنوان روش ساختار ناشی از حرکت دوربین (اصطلاحاً sfm) در تعیین اندازه ذرات سطحی بستر پرداخته شده است. به منظور صحت‌سنجی، موقعیت رقومی اشیای مختلفی با شکل هندسی منظم مانند کره و مکعب با این روش تعیین گردید و با مقادیر تئوری حاصل از معادله ریاضی آنها مقایسه شدند. صحت‌سنجی نتایج مدل حاصل از روش ساختار ناشی از حرکت برای اشکال هندسی نامنظم با استفاده از دستگاه لیزر اسکنر و کولیس انجام شد که بیانگر دقت بالای روش ساده و کم‌هزینه sfm بود. نتایج نشان داد که این روش قادر است با دقت مناسبی (0.19 تا 1 میلی‌متر) یک مدل رقومی بستر سنگ دانه‌ای و شنی مصنوعی را شبیه سازی کند. سپس این روش در محیط واقعی بستر رودخانه کردان بکار برده شد و توزیع اندازه نقطه به نقطه ذرات بستر بر اساس ابر نقاط حاصل از مدل رقومی توسعه‌یافته بدست آمد که نشان‌دهنده قابلیت مناسب این روش برای تعیین زبری طبیعی بستر رودخانه‌ها بر اساس مفاهیم روش‌های آماری می‌باشد.

Application of Structure from Motion (SFM) Method to Determine the Bed Surface Particles Sizes in Gravel Bed Rivers

Accurate and precise characterization of the natural rough bed has great importance. Without any doubt, there is not any example of natural flow or flow near hydraulic structures with no roughness on their surrounding walls Although the traditional bed roughness characterization approach is based on the grain size distribution curve, in the recent approach, roughness determination is based on the pointtopoint height measurement of the bed, which cannot be easily determined. Therefore, despite of many studies and various methods and tools which have been developed for determining the digital model elevation and statistical properties of such substrates, there is a lack of simple and lowcost method with high accuracy. In the present study, the capabilities of a closerange photogrammetric method called the Structure from Motion (SFM) have been investigated for determining the bed surface particles sizes. For verification, the digital elevation of various objects with  regular geometric shapes, such as spheres and cubes, was determined using SFM method and compared with the theoretical values ​​derived from their mathematical equation. The results of the model derived by the structure from motion method for irregular geometric shapes was performed using a laser scanner and a caliper which indicated  the high precision of the simple and lowcost SFM method. The results showed that the SFM method could accurately developed a digital model of an artificial gravel and sand bed (absolute error of 0.19 to 1 mm). Furthermore, this method was applied in the real environment;  Kordan River bed and the size distribution of the point to point  bed particles  were calculated based on the cloud points of the developed digital model, indicating the capability of the method for determining the natural roughness of the river bed based on the concepts of statistical methods.