[发明专利]面向山洪应急监测的球载式水流成像测速系统

权利要求书

1.一种面向山洪应急监测的球载式水流成像测速系统，其特征在于：包括航拍气球、伺服自稳定光电平台、系留电缆和地面测控单元四部分，航拍气球由球体、连接网、连接环和吊装平台组成，用于搭载光电平台悬浮于低空；伺服自稳定光电平台由六波段光谱成像仪、LED补光灯、三轴云台和12VDC变换器组成，在机动平台下以近似垂直的视角对水面连续稳定成像，成像波段可根据水流示踪物的类型及光照条件在可见光至近红外的六组光谱波段中进行选取；系留电缆由系留绳、电源线和以太网线组成，用于固定航拍气球并下传光谱成像仪输出的图像数据；地面测控单元由48V自供电装置、19VDC变换器、PoE合路器和移动工作站组成，为系统提供电源并通过大尺度粒子图像测速在线流场分析软件获得河流的表面流速；所述的六波段光谱成像仪基于SOPC技术实现，它由以下模块组成：SOPC系统、三可变镜头、带通滤镜、图像传感器、镜头驱动模块、转轮控制模块、LED驱动模块、姿态测量模块、以太网模块、云台驱动模块、无线数传电台、DC-DC模块，PoE分路器；所述的大尺度粒子图像测速在线流场分析软件包括“图像数据采集”、“水面目标增强”、“运动矢量估计”、“时均流场重建”、“水面流场定标”五个程序模块。

2.根据权利要求1所述的一种面向山洪应急监测的球载式水流成像测速系统，其特征在于：所述的航拍气球的球体采用PVC材料制成，底部的环形裙边上均匀镶嵌有八个吊装孔，球体内部填充氢气或氦气，直径为3m。

3.根据权利要求1所述的一种面向山洪应急监测的球载式水流成像测速系统，其特征在于：所述的航拍气球的吊装平台为一金属圆盘，其直径比球体环形裙边的直径略小，圆盘边缘均匀固定八对上下对称的连接环，上方的连接环通过连接网和球体对应的八个吊装孔相连，下方的连接环用于固定系留电缆。

4. 根据权利要求1所述的一种面向山洪应急监测的球载式水流成像测速系统，其特征在于：所述的六波段光谱成像仪的SOPC系统以一片型号为EP4CGX150的FPGA芯片为核心器件。

5.根据权利要求1所述的一种面向山洪应急监测的球载式水流成像测速系统，其特征在于：所述的六波段光谱成像仪的带通滤镜共有六组，以圆周等分的方式镶嵌于一个直流步进电机驱动的转轮上，转轮前端采用C型接口连接三可变镜头，后端窗口直接固定于图像传感器的正上方。

6.根据权利要求1所述的一种面向山洪应急监测的球载式水流成像测速系统，其特征在于：所述的六组光谱波段分别为：380-1050nm的全光谱波段、380-760nm的可见光波段，380-480nm的蓝紫光波段、550-650nm黄绿光波段、660-760nm红橙光波段及850-1050nm的近红外波段。

7.根据权利要求1所述的一种面向山洪应急监测的球载式水流成像测速系统，其特征在于：所述的六波段光谱成像仪的图像传感器采用500万像素的单色CMOS图像传感器MT9P031I12STM，通过一路I²C串行总线和一路12bit并行总线和SOPC系统相连，分别用于图像传感器的参数设置和图像数据的传输。

8.根据权利要求1所述的一种面向山洪应急监测的球载式水流成像测速系统，其特征在于：所述的三轴云台由基座，方位角转轴、横摆角转轴和俯仰角转轴四部分构成，基座固定于吊装平台底部，承载云台转动，电机驱动精密传动机构，实现方位、俯仰、横摆角三个方向的姿态调整，调整范围为：方位角0o～350o，倾斜角-45o～+45o，横摆角-45o～+45o。

9.根据权利要求1所述的一种面向山洪应急监测的球载式水流成像测速系统，其特征在于：所述的地面测控单元的移动工作站采用加固型图形工作站，通过采用RJ-45接口的以太网线和PoE合路器相连，48V自供电装置同时输出三路48V直流：一路通过19VDC变换器给移动工作站供电；一路通过系留电缆中的电源线接入伺服自稳定光电平台中的12VDC变换器转换为12V电源给LED补光灯和三轴云台供电；最后一路通过PoE合路器加载至以太网线的空闲线对，和六波段光谱成像仪中的PoE分路器相连。