[發明專利]一種河道枯季流量測量系統和方法

有效

• 申請號: 201510022972.5
• 申請日: 2015-01-16
• 公開（公告）號: CN104535126B
• 公開（公告）日: 2018-01-26
• 發明（設計）人: 龔家國;冶運濤;褚俊英;王浩;賈仰文;劉揚
• 申請（專利權）人: 中國水利水電科學研究院
• 主分類號: G01F1/708
• 分類號: G01F1/708
• 代理公司: 北京國林貿知識產權代理有限公司11001
• 代理人: 李桂玲,李富華

技術領域

本發明涉及一種河道枯季流量測量系統和方法，是一種水文測量系統和方法，是一種用于對自然環境進行記錄和測量的系統和方法。

背景技術

河道流量的測量是水文測量中一種十分重要的環節，其重要性是不言而喻的。現代的水文站通常使用一條跨河的鋼索，在鋼索上吊起流量計，對河流的各個斷面進行流量監測。這種傳統的河道水流測量只能對豐水期的水流進行比較精確的測量，但對于枯水季節，河道中水流很小時，各種現有的水文測量方法無法進行測量，流量測量存在很大的困難，人們往往只能憑感覺對涓涓細流的流量進行估計，在一些條件艱苦的水文站，觀測人員還要下到溝壑的底部，觀測十分艱險，難度很大。到目前為止，還沒有一種完善而簡便的方式，可以精確客觀的獲取枯水季節河道中細流流量和流速。

發明內容

為了克服現有技術的問題，本發明提出了一種河道枯季流量測量系統和方法。所述的系統和方法通過在纜道上設置照相機和彈射示蹤劑的方式，在細流中產生色斑并進行拍攝，利用電腦進行圖像分析，可以更加精確的計算出河道枯水季節細流的流量和流速。

本發明的目的是這樣實現的：一種河道枯季流量測量系統，包括：設在河道中的定位標志，發射固態示蹤劑的彈射裝置，設置在河道上方的采樣單元和設在河岸上的測控單元，所述的采樣單元包括：能夠精確記錄拍攝時間的數碼取像裝置，測量采樣單元到被測水面距離的測距裝置；所述的測控單元包括：與數碼取像裝置連接的圖像處理裝置，所述的圖像處理裝置與計算裝置連接，所述的彈射裝置、測距裝置、取像裝置與控制器電連接。

進一步的，所述的彈射裝置是氣槍，所述氣槍發射的子彈頭部安裝固態示蹤劑。

進一步的，所述的彈射裝置設置在采樣單元中，包括：多個導向管，多個所述導向管中設有蓄能彈簧和激發器，所述的蓄能彈簧一端固定在導向管一端，另一端放置被彈射的固態示蹤劑。

進一步的，所述的取像裝置是照相機、攝像頭中的一種。

一種使用上述系統的河道枯季流量測量方法，所述方法的步驟如下：

對準被測水流的步驟：用于通過吊鎖將采樣單元移動到河道被測水流的上方；

設置的步驟：用于利用測距裝置測量采樣單元到達水面的距離，并記錄各個定位標志之間的距離，設定數碼取像裝置的取景范圍，保證能夠確定被測水流相對位置的定位標志在取景框內，且使各個所述定位標志所框定的測試區域在取景框中的面積盡可能的大；

發射示蹤劑的步驟：用于開啟彈射裝置，將固態示蹤劑發射到被測水面；

拍攝的步驟：用于等待固體示蹤劑在水面融化并形成色斑后，開啟取像裝置對測試區域進行拍攝，對所拍攝的照片進行評估，如果不夠滿意則回到設置的步驟，如果滿意則進入下一步驟；

圖像處理的步驟：用于對拍攝的各個測試圖像進行處理，對圖像進行校正，并準確找出測試區域中色斑的坐標；

計算色斑位移的步驟：用于利用不同照片間的時間間隔信息和色斑坐標位置信息計算色斑特征點位移速度；

計算表層水流流速參數的步驟：用于根據色斑運動規律，根據色斑運動距離和時間參數，分別計算色斑的最大運動速度、最小運動速度、質心運動速度、左右運動速度各參數。

計算河流的平均流速和流量的步驟：用于根據河道斷面和表層水流流速參數計算河流的平均流速和流量。

進一步的，所述的“計算色斑位移的步驟”包括以下子步驟，以下子步驟均對應單個照片的處理：

提取照片生成時間；

改正照片中因拍攝角度、位置而引起的像點位移；

根據顏色屬性對色斑區域進行識別和亮度增強；

對色斑區域的像素點進行統計，提取色斑統計信息，包括色斑質點位置及色斑前后左右位置坐標。

本發明產生的有益效果是：本發明所述的系統和方法與傳統在枯水季節對河流流量的目測方式相比，存在如下優點：使水流檢測具有科學依據，能夠在測試區域內進行多次試驗和觀測，利用統計學原理可以使觀測更加精確。記錄過程更加客觀，人為影響和誤差較小。能夠實現水流平均流速、彌散速度等多個特征流速的直接觀測和計算，從而根據河道斷面科學準確的計算河流的平均流速和流量。本發明所述系統可以充分利用成熟的硬件和軟件，經濟性好。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。

圖1是本發明的實施例一所述系統的結構示意圖；

圖2是本發明的實施例三所述彈射裝置的結構示意圖；

圖3是本發明的實施例五所述方法的流程圖；