[发明专利]一种波浪试验水槽二维激光扫描测量装置

说明书

本发明属于海岸和近海工程模型试验技术领域，提出了一种波浪试验水槽的二维激光扫描测量装置。该波浪试验水槽的二维激光扫描测量装置包括支撑框架、连接调平装置和二维激光扫描仪；利用连接调平装置，将二维激光扫描仪固定在试验水槽上方的任意位置，并可以快速改变位置；快捷方便地调平二维激光扫描仪，使其扫描平面与水槽底面垂直，获得精确的垂向剖面轮廓。能够同时测量自由水面和水下构筑物剖面轮廓，适用性广泛，可开展各种波浪模型试验，例如海岸地貌演变、水流泥沙冲刷、护岸工程稳定性等。

技术领域

本发明涉及海岸和近海工程模型试验技术领域，具体涉及一种波浪试验水槽的二维激光扫描测量装置。

背景技术

砂质海岸是宝贵的海岸空间资源，其生态修复涉及到海滩喂养、生态型潜堤和护岸等新型结构，目前尚无成熟的设计规范和准则，动床物理模型实验是支撑工程开展的关键和核心技术。海岸地貌演变模型实验将海底地形作为主要研究对象，需要制作沙质动床地形模型和准确测量地形高程。受传统测量技术的限制，以往对于水槽动床试验地形一般采用逐点测量方法，搭建框架用单点测距仪通过平移进行高程测量，测量效率低、空间分辨率低、累积误差大，难以描述泥沙冲刷演变的小尺度细节特征，模型制作和试验结果精度都无法得到保证。长期以来，动床地形模型的准确制作和快速测量是海岸地貌演变试验中迫切需要解决的关键技术问题。

激光扫描技术是近年来出现并快速发展成熟的一项高新测绘技术。相对于传统的单点测量技术，激光扫描技术具有非接触、高精度、高密度、高效率、动态实时、全数字化等特性，具有传统测量技术无法比拟的优势，已经被广泛地应用于文物保护、土木工程、建筑设计、工业制造、灾害评估、数字城市、数字交通、数字医学、军事信息等各种领域。但是，激光在水中传播时会发生严重的衰减和散射，一个优良的激光扫描系统在水下往往会受到严重干扰而无法工作。对于水槽动床模型试验，采用常规激光扫描技术测量地形需要将水排空，影响了试验工作效率，若排水速度过快还会对动床模型造成二次冲刷。更重要的是，由于无法直接测量水下地形，常规激光扫描技术只能获取初始地形和最终地形，而无法实时获取地形演变的中间过程，这对于深入研究水动力作用下泥沙输运和沙滩侵蚀演变的物理机制无疑是一个限制。

近年来，激光水下测深技术也取得了一定的进展，通过采用多波段、多光谱、多次回波技术，激光扫描仪能够穿透水介质直接测量水底地形，同时还能够获取水面位置信息，其测量精度受激光器功率及水混浊度的限制。但是，目前市场主流的三维激光扫描仪价格极其昂贵而且一般不具备水下测量能力，因此，水槽试验使用价格较低具备水下测深能力的二维激光扫描仪是理想选择。为将二维激光扫描仪应用于波浪试验水槽，需要设计一整套试验测量装置，包括稳固的支撑框架和连接装置，能方便地安装激光扫描仪，提供横向移动定位和水平调平功能。采用本发明试验测量装置，能够在水槽动床模型试验中高精度地实时测量获取波浪传播、破碎、爬高以及沙质地形侵蚀演化结果，从本质上提升了动床模型试验水平，为海岸生态保护修复等研究提供了重要的试验技术支撑。

发明内容

本发明提供一种波浪试验水槽二维激光扫描测量装置，应用于波浪试验水槽开展动床模型试验，可以将二维激光扫描仪安装在水槽上方，进行水平调平和横向移动定位，实现对试验水槽中自由水面、沙滩和结构物模型剖面轮廓的二维扫描测量，开展波浪传播特性、海岸地貌演变、水流泥沙冲刷、护岸工程稳定性等试验研究。

本发明的技术方案如下：

一种波浪试验水槽二维激光扫描测量装置，包括支撑框架、连接调平装置3和二维激光扫描仪4；扫描仪底座用于安装二维激光扫描仪，可按扫描仪型号定制，兼容于满足试验技术要求的多种型号的二维激光扫描仪。

支撑框架包括支撑框架底座1和顶部横杆2；支撑框架底座1固定安装于波浪试验水槽的试验段上方，顶部横杆2两端垂直连接支撑框架底座1顶部；

连接调平装置3包括连接定位基座5、调平装置14和扫描仪底座15；连接定位基座5将连接调平装置3与支撑框架连接固定，并可调整连接调平装置3在支撑框架上的横向位置。