[發明專利]一種水流中分布式PTV流場測量系統及其測量方法

有效

• 申請號: 201310508494.X
• 申請日: 2013-10-24
• 公開（公告）號: CN103558409A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 陳誠
• 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: G01P5/20
• 分類號: G01P5/20
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 李曉靜

1.一種水流中分布式PTV流場測量系統，其特征在于：包括河工模型（1）、示蹤粒子（2）、一組智能相機（3）、一組ＰＯＥ交換機（4）、無線路由器（5）、無線網卡（7）和流場計算系統（8）；所述示蹤粒子（2）均勻分布在河工模型（1）的水流中，所述智能相機（3）安裝在河工模型（1）的水流表面上方，所述智能相機（3）與ＰＯＥ交換機（4）連接，所述ＰＯＥ交換機（4）與無線路由器（5）相連接，所述無線路由器（5）與無線網卡（7）聯通，流場計算系統（8）與無線網卡（7）連接，所述智內相機（3）內部設有圖像處理模塊。

2.根據權利要求1所述的一種水流中分布式PTV流場測量系統，其特征在于：所述圖像處理模塊包括：圖像采集模塊、與圖像采集模塊相連的閾值分割模塊、與閾值分割模塊相連的區域標記模塊、與區域標記模塊相連的斑點提取模塊，與斑點提取模塊相連的粒子坐標模塊。

3.根據權利要求1或2的所述的一種水流中分布式PTV流場測量系統，其特征在于：所述流場計算系統（8）包括：電腦和計算分析軟件，所述計算分析軟件包括粒子匹配模塊、與粒子匹配模塊相連的坐標轉換模塊、與坐標轉換模塊相連的流速提取模塊、與流速提取模塊相連的流場拼接模塊以及與流場拼接模塊相連的流場顯示模塊。

4.根據權利要求1所述的一種水流中分布式PTV流場測量系統，其特征在于：所述每個POE交換機（4）分別與若干個智能相機（3）連接，無線路由器（5）分別與每個POE交換機（4）相連接。

5.???根據權利要求1所述的一種水流中分布式PTV流場測量系統，其特征在于：所述示蹤粒子（2）呈橢圓形狀，所述示蹤粒子（2）的長軸寬度是示蹤粒子短軸寬度的2~4倍。

6.根據權利要求5所述的一種水流中分布式PTV流場測量系統，其特征在于：所述示蹤粒子（2）為白色，所述示蹤粒子（2）采用PP材料與天然石膏調制而成，示蹤粒子（2）的密度接近水的密度，漂浮于水流表面。

7.一種分布式PTV流場瞬時測量方法，其特征在于：所述測量步驟如下：

a）在水流中均勻布撒彩色示蹤粒子漂浮在水流表面；

b）用若干個智能相機拍攝示蹤粒子的運動圖像并內設的通過圖像處理程序，自動提取粒子坐標，所述圖像處理程序包括如下步驟：通過圖像采集模塊采集圖像信息，然后進行圖像閾值分割，通過區域標記模塊對示蹤粒子進行區域標記，然后將進行區域標記的示蹤粒子進行粒子坐標提取；

c）POE交換機與若干個智能相機相連，并通過無線路由器將智能相機輸出的粒子坐標數據輸出到計算機的流場計算系統；

d）流場計算系統采用粒子匹配算法計算得到表面流場，包括以下步驟：

1)采用粒子運動距離最短的方法對連續兩幀圖像中的粒子進行匹配，針對第1幀圖像中的每個示蹤粒子，在第二幀圖像中設定搜索半徑，在搜索范圍內與之距離最短的作為匹配粒子；

2)?通過標定，將圖像坐標換算為實際坐標，將粒子運動距離除以時間得到流速：V=△d/△t；

3)在每個智能相機拍攝范圍內設置兩個明顯的特征點，通過匹配特征點，進行平移和旋轉變換，完成全流場的拼接；

4)將各個粒子的坐標及流速進行全場顯示。