视觉感知的模型多参数场实时测量系统

任务来源：

技术领域：水利信息化

技术来源：自主研发。

技术原理

该技术运用视觉感知的技术，通过记录模型场标识物的实时图像，分析视频中标识物偏移、波段和折射率等间接物理量的变化，结合标定手段，达到模型试验中上述多参数准确同步测量的目的。该技术表面流场测量功能解决了传统方法错误率高、容易噪声干扰等问题；流量测量功能解决了传统河网区流量测量无计可施或干扰严重的问题；玻璃水槽中断面盐度场的无扰动测量功能为河口咸潮上溯等学科的研究提供了有效的技术手段；温度场测量功能为温排水等试验的温度场测量提供了一种非接触大面积高效率的解决方案。

技术特色

（1）实现了流速场、断面流量、温度场和盐度场等多因子同步测量。
（2）建立了基于粒子群构建模式和粒子叠加的形状匹配的流场测量分析体系，确保系统测量精度和稳定性。
（3）采用光纤+以太网模式进行视频数据传输，构建高性能并行计算数据分析平台，具有较好的适用性、实时性、可靠性、抗干扰性等特征。
（4）采用基于CAN信号同步触发和软件并行处理的图像同步采集系统，消除了多节点丢帧、错帧和不同步等现象，实现了各单元节点之间的实时运行，减少了同步时间误差，有效扩大了测量范围。
（5）本技术采用千兆以太网互连，布局灵活，调试简单，管理维护方便。

技术指标

（1）运用形状相关技术，解决了单个示踪物拍摄不完整、环境干扰、匹配错误引入的计算误差，测量精度在8%以内，时间同步误差<4%。
（2）运用基于全场通量边界平衡法，大范围粒子图像拼接和大范围流场数据拼接方法，实现了流场数据、粒子图像和模型坐标的转换和对应。
（3）无缝融合流场数据与整体物理模型的数字地形（DEM）数据，通过识别水与模型边壁交界面，实时测量水位，结合表面流速与垂线流速分布关系，实现了流场、水位和流量等多因子同步测量。
（4）利用视觉的手段，实时识别光线在水体中的折射率来实现玻璃水槽中断面盐度场的无扰动测量。

应用范围及前景

该技术应用在物理模型试验水力学参数的测量领域，也可推广到原型流速和水质监测。
该成果除可提供成套系统技术，也可分别提供大面积流场测量系统、模型断面流量测量系统和基于视觉的层盐度实时测量系统。为不同的科研生产需要提供了便利的手段，具有较大的经济和社会效益。
典型应用案例：
港珠澳大桥对珠江口防洪影响评价研究、横琴新区南部围填海工程总体方案研究项目、广州港南沙港区三期工程防洪评价报告、澳门新城填海C、D、E区规划阶段水环境建设专题研究报告。

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罗朝林

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