[發明專利]一種模型試驗中淺水地形的非接觸式測量系統及測量方法

有效

• 申請號: 201210412524.2
• 申請日: 2012-10-25
• 公開（公告）號: CN102954782A
• 公開（公告）日: 2013-03-06
• 發明（設計）人: 陳誠;朱濱峰;周良平;王馳;黃海龍
• 申請（專利權）人: 水利部交通運輸部國家能源局南京水利科學研究院
• 主分類號: G01B21/20
• 分類號: G01B21/20;G01C7/02
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

????本發明涉及一種模型試驗中測量淺水地形系統及測量方法，具體涉及一種模型試驗中淺水地形的非接觸式測量系統及測量方法，屬于河流海岸泥沙工程技術領域。

背景技術

由于水流運動機理的復雜性及天然河道邊界的復雜多變，許多問題很難得出數學解析解，有些問題的解決甚至無一定的規律可循，模型試驗一直是開展河流海岸研究的重要研究方法。在模型試驗中，地形測量對于研究水流結構和泥沙運動規律具有重要影響，要在研究過程中不斷取得新發現和新成果，先進的三維地形測量技術顯得至關重要。

模型試驗是基于相似理論，對河流進行實體模擬，并據此揭示河流運動的內在規律，為理論研究和工程設計提供科學依據的一種研究方法。物理模型是根據實際地形資料，根據相似理論按照一定的比尺縮小而成的，模型試驗中水深通常較淺（十幾公分左右），此外，測量時要求對地形的擾動小。

目前模型試驗中的地形測量技術大致可分為接觸式測量和非接觸式測量兩類，接觸式地形儀主要包括：測針、光電反射式地形儀、電阻式地形儀、跟蹤式地形儀等。由于測量時探頭需要接觸床面，測量效率和精度較低，而且對水流和地形都有一定的干擾，接觸式地形儀逐漸被非接觸式地形儀取代。非接觸式地形儀主要有超聲波地形儀，但當測量水下地形時超聲波探頭需要置于水下，并且有一定的測量盲區，當水深較淺時無法測量。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種模型試驗中淺水地形的非接觸式測量系統及測量方法。

技術方案：為實現上述目的，本發明的一種模型試驗中淺水地形的非接觸式測量系統，包括激光測距探頭、超聲波測距探頭、測量小車、測距儀、傳動電機、鋼絲輪、導軌、測橋、模型水面、模型水下地形和測量控制及數據處理裝置，所述激光測距探頭和超聲波測距探頭并排且相互平行固定在測量小車上，激光測距探頭和超聲波測距探頭均垂直固定于模型水面上方；所述導軌和測橋均位于水平面方向上，測橋的方向與導軌的方向相互垂直，所述傳動電機結合鋼絲輪驅動測量小車在測橋上移動，所述測橋在導軌上自由移動，測距儀對測量小車進行定位；測量控制及數據處理裝置控制測量小車（3）掃描水下地形并進行數據處理及顯示。

作為優選，所述激光測距探頭與超聲波測距探頭，采用高精度測距傳感器，并保證垂直于水面放置，以消除水下激光折射的影響。

本發明還公開了一種基于上述測量系統的測量方法，包括以下步驟：

開啟測量控制及數據處理裝置，測量控制及數據處理裝置控制測量小車掃描測量區域：測量小車在測橋上移動，測橋在導軌上自由移動，測距儀對測量小車進行定位，設定沿測橋）的方向為x軸，沿導軌）方向為y軸，垂直于水平面的方向為z軸，獲取測量小車的x軸坐標和y軸坐標；

激光測距探頭發射激光穿透空氣、水兩種介質到達水下地形，超聲波測距探頭測量從探頭至模型水面的距離，測量控制及數據處理裝置結合激光在空氣和水中的速度之比，計算出激光測距探頭至水下地形的距離，獲取z軸坐標；

測量控制及數據處理裝置采集三維測量數據進行分析處理，實時測量并顯示淺水地形的圖像。

有益效果：本發明的一種模型試驗中淺水地形的非接觸式測量系統，結構簡單，易于搭建，有利于推廣使用；由于模型試驗中水深較淺，激光測距探頭發射激光可穿透空氣、水兩種介質到達水下地形，超聲波測距探頭測量從探頭至模型水面的距離，結合激光在空氣和水中的速度之比，計算出激光探頭至水下地形的距離，測量控制及數據處理裝置控制測量小車在測橋上移動，測橋在導軌上自由移動，并通過測距儀進行定位，采集三維測量數據進行分析處理，實現通過非接觸式的方法掃描測量模型試驗中淺水地形，這種方法可以通過非接觸式的測量方法快速精確測量模型試驗中的淺水地形。

附圖說明

圖1為本發明的模型試驗中淺水地形的非接觸式測量系統示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作更進一步的說明。