[发明专利]一种物理模型试验中的测速方法

说明书

本发明公开了一种物理模型试验中的测速方法，具体按照以下步骤实施：1、利用颜色便于分辨的的涂层将物理模型试验平台绘制成若干个相同尺寸的方格，以便于进行流速计算时对地形进行距离标定；2、选用2～3mm的碎纸片作为试验水流流速的示踪粒子，利用多个摄像头收集物理模型试验的水流表面流场的视频资料；3、将步骤2得到的视频资料提取成一系列图像；4、利用基于平面移动的棋盘标定方法对摄像头进行标定，求出摄像头的内外参数和畸变参数，根据得到的参数对提取的图像进行矫正，从而得到无畸变的图像；5、对4得到的一系列无畸变的图像采用自适应LSPIV方法进行流速计算。

技术领域

本发明属于物理模型试验测速技术领域，涉及一种物理模型试验中的测速方法。

背景技术

物理模型试验是研究水利工程问题常用的方法。在物理模型试验中，经常涉及到流量、水深和流速等多种水力参数的测量。其中，流速测量是水流的重要水力参数之一，而快速、准确的流场速度测量技术是水利工程研究的关键。

传统的物理模型试验中常利用接触式测速仪器，诸如，测流计，声学多普勒测速计，激光多普勒测速仪等。这些传统接触式测速仪只能得到单点流速或断面的瞬时流速，不仅费时、低效，而且具有很大的局限性，更别提灵活性和便捷性。雷达测速仪和基于图像的测速技术不但对测量的流场无干扰，还提高了水流流速的测量效率。但是，由于雷达测速仪需要额外的后端设备和复杂的程序来辅助测量流场速度，造成购买雷达测速仪的成本很高。在基于图像的测速技术中，粒子图像测速技术(PIV)和粒子跟踪技术(PTV)这两种传统的成像技术被广泛应用。限于视野范围，测量到的流场只有几平方厘米，很难满足更大尺度的流场测量。因此，常被应用于室内小尺度流体的测量。

为了满足室外物理模型试验或野外自然河流流速的测量，提出大尺度的粒子图像测速LSPIV技术以满足测量视场为几百平方米甚至更大尺度流速的测量要求。这种传统的LSPIV技术通常采用高速CCD相机或DV相机记录图像数据，在互相关算法中并未考虑低浓度示踪粒子对测量结果的影响，同时，在满足易安装易调节相机的条件下，利用单相机得到的视场范围还是有限，若采用更多台CCD相机覆盖整个大尺度的流场范围，成本也相对较高。

因此，急需一种低成本高效率的自动测量技术以满足我国众多大规模物理模型试验流速的测量需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种物理模型试验中的测速方法，具有能够得到高效的瞬时速度或时均速度流场的可视化结果的优点。

本发明所采用的技术方案是，一种物理模型试验中的测速方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、利用颜色便于分辨的的涂层将物理模型试验平台绘制成若干个相同尺寸的方格，以便于进行流速计算时对地形进行距离标定；

步骤2、选用2～3mm的碎纸片作为试验水流流速的示踪粒子，利用多个摄像头收集物理模型试验的水流表面流场的视频资料；

步骤3、将步骤2得到的视频资料提取成一系列图像；

步骤4、利用基于平面移动的棋盘标定方法对摄像头进行标定，求出摄像头的内外参数和畸变参数，根据得到的参数对提取的图像进行矫正，从而得到无畸变的图像；

步骤5、对步骤4得到的一系列无畸变的图像采用自适应LSPIV方法进行流速计算。

本发明的特点还在于：

试验采用水泵供水，蝶阀控制流量，而且试验平台中设有压力传感器。

步骤1中颜色便于分辨的的涂层为有色油漆。

步骤2中摄像头安装于钢架上，且摄像头置于其照射区域中心位置的正上方，相邻摄像头照射区域之间有重叠区域，且重叠区域的宽度为步骤1中方格尺寸的1～1.5倍。