[發明專利]一種波浪試驗水槽二維激光掃描測量裝置

在審

• 申請號: 202210363959.6
• 申請日: 2022-04-08
• 公開（公告）號: CN114964705A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 房克照;吳浩;尹晶
• 申請（專利權）人: 大連理工大學;國家海洋環境監測中心
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 遼寧鴻文知識產權代理有限公司 21102
• 代理人: 隋秀文

本發明屬于海岸和近海工程模型試驗技術領域，提出了一種波浪試驗水槽的二維激光掃描測量裝置。該波浪試驗水槽的二維激光掃描測量裝置包括支撐框架、連接調平裝置和二維激光掃描儀；利用連接調平裝置，將二維激光掃描儀固定在試驗水槽上方的任意位置，并可以快速改變位置；快捷方便地調平二維激光掃描儀，使其掃描平面與水槽底面垂直，獲得精確的垂向剖面輪廓。能夠同時測量自由水面和水下構筑物剖面輪廓，適用性廣泛，可開展各種波浪模型試驗，例如海岸地貌演變、水流泥沙沖刷、護岸工程穩定性等。

技術領域

本發明涉及海岸和近海工程模型試驗技術領域，具體涉及一種波浪試驗水槽的二維激光掃描測量裝置。

背景技術

砂質海岸是寶貴的海岸空間資源，其生態修復涉及到海灘喂養、生態型潛堤和護岸等新型結構，目前尚無成熟的設計規范和準則，動床物理模型實驗是支撐工程開展的關鍵和核心技術。海岸地貌演變模型實驗將海底地形作為主要研究對象，需要制作沙質動床地形模型和準確測量地形高程。受傳統測量技術的限制，以往對于水槽動床試驗地形一般采用逐點測量方法，搭建框架用單點測距儀通過平移進行高程測量，測量效率低、空間分辨率低、累積誤差大，難以描述泥沙沖刷演變的小尺度細節特征，模型制作和試驗結果精度都無法得到保證。長期以來，動床地形模型的準確制作和快速測量是海岸地貌演變試驗中迫切需要解決的關鍵技術問題。

激光掃描技術是近年來出現并快速發展成熟的一項高新測繪技術。相對于傳統的單點測量技術，激光掃描技術具有非接觸、高精度、高密度、高效率、動態實時、全數字化等特性，具有傳統測量技術無法比擬的優勢，已經被廣泛地應用于文物保護、土木工程、建筑設計、工業制造、災害評估、數字城市、數字交通、數字醫學、軍事信息等各種領域。但是，激光在水中傳播時會發生嚴重的衰減和散射，一個優良的激光掃描系統在水下往往會受到嚴重干擾而無法工作。對于水槽動床模型試驗，采用常規激光掃描技術測量地形需要將水排空，影響了試驗工作效率，若排水速度過快還會對動床模型造成二次沖刷。更重要的是，由于無法直接測量水下地形，常規激光掃描技術只能獲取初始地形和最終地形，而無法實時獲取地形演變的中間過程，這對于深入研究水動力作用下泥沙輸運和沙灘侵蝕演變的物理機制無疑是一個限制。

近年來，激光水下測深技術也取得了一定的進展，通過采用多波段、多光譜、多次回波技術，激光掃描儀能夠穿透水介質直接測量水底地形，同時還能夠獲取水面位置信息，其測量精度受激光器功率及水混濁度的限制。但是，目前市場主流的三維激光掃描儀價格極其昂貴而且一般不具備水下測量能力，因此，水槽試驗使用價格較低具備水下測深能力的二維激光掃描儀是理想選擇。為將二維激光掃描儀應用于波浪試驗水槽，需要設計一整套試驗測量裝置，包括穩固的支撐框架和連接裝置，能方便地安裝激光掃描儀，提供橫向移動定位和水平調平功能。采用本發明試驗測量裝置，能夠在水槽動床模型試驗中高精度地實時測量獲取波浪傳播、破碎、爬高以及沙質地形侵蝕演化結果，從本質上提升了動床模型試驗水平，為海岸生態保護修復等研究提供了重要的試驗技術支撐。

發明內容

本發明提供一種波浪試驗水槽二維激光掃描測量裝置，應用于波浪試驗水槽開展動床模型試驗，可以將二維激光掃描儀安裝在水槽上方，進行水平調平和橫向移動定位，實現對試驗水槽中自由水面、沙灘和結構物模型剖面輪廓的二維掃描測量，開展波浪傳播特性、海岸地貌演變、水流泥沙沖刷、護岸工程穩定性等試驗研究。

本發明的技術方案如下：

一種波浪試驗水槽二維激光掃描測量裝置，包括支撐框架、連接調平裝置3和二維激光掃描儀4；掃描儀底座用于安裝二維激光掃描儀，可按掃描儀型號定制，兼容于滿足試驗技術要求的多種型號的二維激光掃描儀。

支撐框架包括支撐框架底座1和頂部橫桿2；支撐框架底座1固定安裝于波浪試驗水槽的試驗段上方，頂部橫桿2兩端垂直連接支撐框架底座1頂部；

連接調平裝置3包括連接定位基座5、調平裝置14和掃描儀底座15；連接定位基座5將連接調平裝置3與支撐框架連接固定，并可調整連接調平裝置3在支撐框架上的橫向位置。