[發(fā)明專利]一種坡面水文試驗流速場觀測系統(tǒng)及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710308615.4
• 申請日: 2017-05-04
• 公開（公告）號: CN107101618A
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 龔家國;趙勇;王浩;王英;楊苗;翟正麗;冶運濤
• 申請（專利權(quán)）人: 中國水利水電科學研究院
• 主分類號: G01C13/00
• 分類號: G01C13/00;G01C11/00
• 代理公司: 北京潤澤恒知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11319
• 代理人: 莎日娜

1.一種坡面水文試驗流速場觀測系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括：坡面搭建系統(tǒng)、人工降雨系統(tǒng)、示蹤液投放系統(tǒng)、數(shù)字地形采集處理系統(tǒng)、以及數(shù)字圖像分析系統(tǒng)；

所述坡面搭建系統(tǒng)搭建試驗所觀測的坡面模型；所述人工降雨系統(tǒng)用于在指定的所述坡面模型上進行降雨；所述示蹤液投放系統(tǒng)用于在指定所述坡面模型上投放示蹤液；

所述數(shù)字地形采集處理系統(tǒng)包括相機陣列和同步器；所述相機陣列排布在所述坡面上方，用于在試驗過程中拍攝所述坡面模型的地形圖像，所述同步器控制所述相機陣列中的各相機同步拍攝地形圖像；利用近景攝影測量原理和傾斜攝影測量原理對圖像進行分析得到坡面模型數(shù)字高程模型；

所述數(shù)字圖像分析系統(tǒng)對上述相機整列圖像進行分析，計算出指定坡面模型位置的坡面流速場。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述示蹤液投放系統(tǒng)包括：蠕動泵和蠕動泵控制器，所述蠕動泵控制器控制所述蠕動泵在所述坡面模型上，將示蹤液投放至指定位置處。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)字地形采集處理系統(tǒng)還包括：校準標識；所述校準標識用于圖像校準。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)字地形采集處理系統(tǒng)將所述相機陣列中的各相機同步拍攝地形圖像按照拍攝時間先后進行排序，對排序后的各地形圖像進行分析得到各所述坡面模型的數(shù)字高程模型。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)字圖像分析系統(tǒng)還包括：識別模塊以及計算模塊；

所述識別模塊分別識別各所述地形圖像中的示蹤液位置；針對各地形圖像，將所述地形圖像與對應(yīng)的所述數(shù)字高程模型進行精確配準，并建立二者之間的對應(yīng)關(guān)系；依據(jù)各地形圖像的排序以及各地形圖像中示蹤液的位置確定所述示蹤液指示的水流位置與時間的關(guān)系；

所述計算模塊依據(jù)所述示蹤液指示的水流位置與時間的關(guān)系，計算水流方向；提取各所述數(shù)字高程模型中示蹤液終點處的坡度信息，依據(jù)各坡度信息計算水流流速；依據(jù)所述水流方向以及所述水流流速輸出水流的坡面流速場。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述示蹤液的顏色與所述坡面模型不同。

7.一種坡面水文試驗流速場觀測方法，其特征在于，所述方法包括：

搭建坡面模型；

啟動示蹤液投放系統(tǒng)將所述示蹤液投放在指定的所述坡面模型上；

啟動人工降雨系統(tǒng)，其中，所述人工降雨系統(tǒng)在指定的所述坡面模型上進行降雨；

啟動數(shù)字地形采集處理系統(tǒng)對所述坡面模型的地形數(shù)據(jù)進行采集，其中所述數(shù)字地形采集處理系統(tǒng)包括相機陣列和同步器，所述相機陣列排布在所述坡面上方，用于在試驗過程中拍攝所述坡面模型的地形圖像，所述同步器控制所述相機陣列中的各相機同步拍攝地形圖像；

利用近景攝影測量原理和傾斜攝影測量原理對圖像進行分析得到坡面模型數(shù)字高程模型；

啟動數(shù)字圖像分析系統(tǒng)將上述相機整列圖像進行分析，計算出指定坡面模型位置的坡面流速場。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述示蹤液投放系統(tǒng)包括：蠕動泵和蠕動泵控制器，所述啟動示蹤液投放系統(tǒng)將所述示蹤液投放在指定的所述坡面模型上的步驟，包括：

所述蠕動泵控制器控制所述蠕動泵在所述坡面模型上，將示蹤液投放至指定位置處。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述利用近景攝影測量原理和傾斜攝影測量原理對圖像進行分析得到坡面模型數(shù)字高程模型的步驟包括：

將所述相機陣列中的各相機同步拍攝地形圖像按照拍攝時間先后進行排序，對排序后的各地形圖像進行分析得到各所述坡面模型的數(shù)字高程模型。

10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述啟動數(shù)字圖像分析系統(tǒng)將所述數(shù)字高程模型處理分析，計算出指定坡面模型位置的坡面流速場的步驟包括：

分別識別各所述地形圖像中的示蹤液位置；

針對各地形圖像，將所述地形圖像與對應(yīng)的所述數(shù)字高程模型進行精確配準，并建立二者之間的對應(yīng)關(guān)系；

依據(jù)各地形圖像的排序以及各地形圖像中示蹤液的位置確定所述示蹤液指示的水流位置與時間的關(guān)系；

依據(jù)所述示蹤液指示的水流位置與時間的關(guān)系，計算水流方向；提取各所述數(shù)字高程模型中示蹤液位移距離和時間間隔，計算水流流速；

依據(jù)所述水流方向、位移距離、時間間隔以及所述水流流速輸出水流的坡面流速場。