一種水流中分布式ptv流場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種水流中分布式PTV流場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)，包括河工模型、示蹤粒子、一組智能相機(jī)、一組ＰＯＥ交換機(jī)、無線路由器和流場(chǎng)顯示室；所述示蹤粒子均勻分布在河工模型的水流中，所述智能相機(jī)安裝在河工模型的水流表面上方，所述智能相機(jī)與ＰＯＥ交換機(jī)連接，所述ＰＯＥ交換機(jī)與無線路由器相連接，所述無線路由器與無線網(wǎng)卡聯(lián)通，流場(chǎng)顯示室與無線網(wǎng)卡連接。本實(shí)用新型通過采用智能相機(jī)和無線測(cè)量，提高了測(cè)量速度，直接輸出測(cè)量數(shù)據(jù)，克服了現(xiàn)有技術(shù)中輸出圖像數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量大，無法實(shí)現(xiàn)無線測(cè)量，而且由于處理速度低，無法瞬時(shí)測(cè)量的技術(shù)問題。
【專利說明】一種水流中分布式PTV流場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種水流中分布式PTV流場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)，具體涉及一種水流中表面流場(chǎng)的分布式圖像測(cè)速系統(tǒng)，屬于水力學(xué)及河流動(dòng)力學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]水流結(jié)構(gòu)是水力學(xué)及河流動(dòng)力學(xué)的核心內(nèi)容，模型試驗(yàn)是開展水流研究的重要手段，而流速測(cè)量技術(shù)是獲取水流結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)，開展模型試驗(yàn)流場(chǎng)測(cè)量技術(shù)的研究對(duì)提高水流泥沙研究水平十分必要和迫切，可為水利工程建設(shè)、防洪、航運(yùn)、水生態(tài)治理與修復(fù)、水污染防治與水環(huán)境改善等提供先進(jìn)的技術(shù)支撐。
[0003]目前在水流模型試驗(yàn)研究中，廣泛應(yīng)用的是粒子圖像跟蹤測(cè)速技術(shù)(PTV, Particle Tracking Velocimetry,粒子圖像跟蹤測(cè)速技術(shù)),主要用于河工及港工模型大范圍瞬時(shí)表面流場(chǎng)的測(cè)量。但目前的PTV流場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)多采用普通模擬攝像頭，需要通過視頻線與圖像采集卡進(jìn)行多通道圖像采集，當(dāng)測(cè)量范圍較大時(shí)，通常需要布置數(shù)十個(gè)甚至上百個(gè)攝像頭，布線非常復(fù)雜繁瑣。此外，計(jì)算機(jī)需對(duì)多個(gè)攝像頭的圖像進(jìn)行循環(huán)處理，計(jì)算出每個(gè)攝像頭拍攝區(qū)域的流場(chǎng)然后進(jìn)行全場(chǎng)拼接，才能得到全流場(chǎng)。當(dāng)攝像頭數(shù)量較多時(shí)，圖像處理時(shí)間會(huì)比較長(zhǎng)，就很難保證測(cè)量的是瞬時(shí)流場(chǎng)，布線復(fù)雜、圖像處理時(shí)間長(zhǎng)等難題急需得到解決，已經(jīng)嚴(yán)重制約了水流研究水平的提高。
[0004]目前采用有線測(cè)量方式，布線較復(fù)雜，增加了安裝難度，另外，由于每臺(tái)計(jì)算機(jī)圖像采集卡支持的通道數(shù)有限，當(dāng)攝像頭數(shù)量太多時(shí)，需要多臺(tái)計(jì)算機(jī)，操作不方便。而且由于線太多，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)信號(hào)干擾，影響成像質(zhì)量。
[0005]綜上所述，模型試驗(yàn)流場(chǎng)測(cè)量技術(shù)是水流研究的關(guān)鍵技術(shù)，為了克服目前PTV流場(chǎng)測(cè)速技術(shù)難以解決的難題，急需研發(fā)一種能夠?qū)崿F(xiàn)無線測(cè)量、滿足瞬時(shí)性要求的粒子圖像測(cè)速的裝置或系統(tǒng)，進(jìn)一步提高流場(chǎng)測(cè)量技術(shù)水平。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本實(shí)用新型的第一目的是提供一種分布式PTV流場(chǎng)瞬時(shí)測(cè)量系統(tǒng)。
[0007]技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供的一種水流中分布式PTV流場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)，包括河工模型、示蹤粒子、一組智能相機(jī)、一組P O E交換機(jī)、無線路由器和流場(chǎng)顯示室；所述示蹤粒子均勻分布在河工模型的水流中，所述智能相機(jī)安裝在河工模型的水流表面上方，所述智能相機(jī)與P O E交換機(jī)連接，所述P O E交換機(jī)與無線路由器相連接，所述無線路由器與無線網(wǎng)卡聯(lián)通，流場(chǎng)顯示室與無線網(wǎng)卡連接。
[0008]優(yōu)選地，所述每個(gè)POE交換機(jī)分別與若干個(gè)智能相機(jī)連接，無線路由器分別與每個(gè)POE交換機(jī)相連接。
[0009]優(yōu)選地，所述示蹤粒子呈橢圓形狀，所述示蹤粒子的長(zhǎng)軸寬度是示蹤粒子短軸寬度的2?4倍。[0010]優(yōu)選地，所述示蹤粒子分為白色，所述示蹤粒子采用PP材料與天然石膏調(diào)制而成，示蹤粒子的密度接近水的密度，漂浮于水流表面。
[0011]有益效果:本實(shí)用新型提供的彩色粒子圖像測(cè)速系統(tǒng)相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)而言，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于搭建，有利于推廣使用；通過采用智能相機(jī)進(jìn)行分布式圖像處理和無線測(cè)量，解決了采用攝像頭與采集卡有線相連的方式，布線復(fù)雜，計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)，難以滿足瞬時(shí)同步測(cè)量的要求。本實(shí)用新型通過智能相機(jī)結(jié)構(gòu)分布和無線測(cè)量提高了測(cè)量速度，直接輸出測(cè)量數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)測(cè)量，保證了數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)準(zhǔn)確性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本實(shí)用新型的分布式PTV流場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)示意圖；
[0013]圖2為流場(chǎng)顯示示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作更進(jìn)一步的說明。
[0015]如圖1所示，一種水流中分布式PTV流場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)，包括河工模型1、示蹤粒子2、一組智能相機(jī)3、一組P O E交換機(jī)4、無線路由器5、無線網(wǎng)卡7和流場(chǎng)顯示室8 ;所述示蹤粒子2均勻分布在河工模型I的水流中，所述智能相機(jī)3安裝在河工模型I的水流表面上方，所述智能相機(jī)3與P O E交換機(jī)4連接，所述P O E交換機(jī)4與無線路由器5相連接，所述無線路由器5與無線網(wǎng)卡7聯(lián)通，流場(chǎng)顯示室8與無線網(wǎng)卡7連接。
[0016]所述每個(gè)POE交換機(jī)4分別與若干個(gè)智能相機(jī)3連接，無線路由器5分別與每個(gè)POE交換機(jī)4相連接；所述示蹤粒子2呈橢圓形狀，所述示蹤粒子2的長(zhǎng)軸寬度是示蹤粒子短軸寬度的2?4倍；所述示蹤粒子2分為白色，所述示蹤粒子2采用PP材料與天然石膏調(diào)制而成，示蹤粒子2的密度接近水的密度，漂浮于水流表面。
[0017]河工模型I是根據(jù)天然河流按照一定比尺縮小而成的實(shí)體模型，是在河流海岸中航道整治、河流治理等關(guān)鍵問題中，用以模擬河道水流泥沙運(yùn)動(dòng)及河床演變情況的一種重要研究手段。
[0018]本實(shí)施例中采用的示蹤粒子,呈橢圓流線形狀,示蹤粒子的長(zhǎng)軸寬度是示蹤粒子2短軸高度的2?4倍，優(yōu)選為長(zhǎng)軸寬度是短軸高度的3倍。顏色為白色，該示蹤粒子采用PP材料與天然石膏調(diào)制而成，與水流密度接近，漂浮于水流表面，跟隨性好，不易擱淺，不易聚集。
[0019]智能相機(jī)3采用康耐視In-Sight Micro，該智能相機(jī)含有多種視覺工具庫(kù)，包括圖像采集工具庫(kù)、斑點(diǎn)提取工具庫(kù)等。垂直于實(shí)體河工模型I水流表面，采集示蹤粒子2的運(yùn)動(dòng)圖像，并自動(dòng)提取出粒子坐標(biāo)數(shù)據(jù)。粒子坐標(biāo)數(shù)據(jù)通過無線路由器無線傳輸至流場(chǎng)顯示室，流場(chǎng)顯示室實(shí)時(shí)采集智能相機(jī)輸出的粒子坐標(biāo)數(shù)據(jù)，進(jìn)行計(jì)算分析后顯示流場(chǎng)。
[0020]本實(shí)用新型測(cè)量原理流程步驟如下:
[0021]a)在水流中均勻布撒彩色示蹤粒子漂浮在水流表面；
[0022]b)用若干個(gè)智能相機(jī)拍攝示蹤粒子的運(yùn)動(dòng)圖像，自動(dòng)提取粒子坐標(biāo)；
[0023]c) POE交換機(jī)與若干個(gè)智能相機(jī)相連，并通過無線路由器將智能相機(jī)輸出的粒子坐標(biāo)數(shù)據(jù)輸出到計(jì)算機(jī)的流場(chǎng)顯示室；[0024]d)流場(chǎng)顯示室采用粒子匹配算法計(jì)算得到表面流場(chǎng)，包括以下步驟:
[0025]I)采用粒子運(yùn)動(dòng)距離最短的方法對(duì)連續(xù)兩幀圖像中的粒子進(jìn)行匹配，針對(duì)第I幀圖像中的每個(gè)示蹤粒子，在第二幀圖像中設(shè)定搜索半徑，在搜索范圍內(nèi)與之距離最短的作為匹配粒子；
[0026]2)通過標(biāo)定，將圖像坐標(biāo)換算為實(shí)際坐標(biāo)，將粒子運(yùn)動(dòng)距離除以時(shí)間得到流速:V= Δ d/ Δ t ；
[0027]3)在每個(gè)智能相機(jī)拍攝范圍內(nèi)設(shè)置兩個(gè)明顯的特征點(diǎn)，通過匹配特征點(diǎn)，進(jìn)行平移和旋轉(zhuǎn)變換，完成全流場(chǎng)的拼接。
[0028]4)將各個(gè)粒子的坐標(biāo)及流速進(jìn)行全場(chǎng)顯示。
[0029]圖2所示為流場(chǎng)顯示圖,流速矢量9為標(biāo)識(shí)流速坐標(biāo)、大小及方向。
[0030]以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種水流中分布式PTV流場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:包括河工模型(I)、示蹤粒子(2)、一組智能相機(jī)(3)、一組P O E交換機(jī)(4)、無線路由器(5)、無線網(wǎng)卡(7)和流場(chǎng)顯示室(8);所述示蹤粒子(2)均勻分布在河工模型(I)的水流中，所述智能相機(jī)(3)安裝在河工模型(I)的水流表面上方，所述智能相機(jī)(3)與P O E交換機(jī)(4)連接，所述P O E交換機(jī)(4)與無線路由器(5)相連接，所述無線路由器(5)與無線網(wǎng)卡(7)聯(lián)通，流場(chǎng)顯示室(8)與無線網(wǎng)卡(7)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水流中分布式PTV流場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:所述每個(gè)POE交換機(jī)(4)分別與若干個(gè)智能相機(jī)(3)連接，無線路由器(5)分別與每個(gè)POE交換機(jī)(4)相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水流中分布式PTV流場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)，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(zhǎng)軸寬度是示蹤粒子短軸寬度的2?4倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種水流中分布式PTV流場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)，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(diào)制而成，示蹤粒子(2)的密度接近水的密度，漂浮于水流表面。
【文檔編號(hào)】G01P5/20GK203616340SQ201320660875
【公開日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2013年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月24日
【發(fā)明者】陳誠(chéng) 申請(qǐng)人:水利部交通運(yùn)輸部國(guó)家能源局南京水利科學(xué)研究院