PTV技术在河流流速测量中的实验研究.pdfVIP

第3l卷第6期 V01．31 水文 No．6 20I 1年12月 CHINA JOURNALOF HYDROLOGY Dec．．201l PTV技术在河流流速测量中的实验研究 江 杰，李 刚 (内蒙古科技大学信息工程学院，内蒙古包头014010) 摘要：针对传统浮标法流速测验技术的不足，引入粒子跟踪测速技术，对河流流速测量进行研究。并对 所涉及的空间分辨率，目标检测，目标跟踪，流速计算四个方面技术进行分析。最后就本文方法与传统浮 标法在实验室山溪性河流模型上做比对性试验，结果表明两种方法所测量的流速具有较好的一致性．具 有解决传统浮标法固有缺陷的能力。 关键词：流速测量；目标选择；目标跟踪；粒子跟踪测速技术 中图分类号：P332 文献标识码：A 文章编号：1000—0852(2011)06—0044—04 1 引言 2 P1Ⅳ技术原理及关键技术 目前，河流流速测量有了长足发展，许多新技术得 IyIV技术是通过监测示踪粒子的运动距离△5和 到了广泛应用。但由于不同地域水流情况的特殊性， 运动时间血，通过(式1)得到示踪粒子的运动速度同。 有些传统的人工测量方式仍在沿用。浮标法水面流速 间接反映流体流速。 测量就是其中一个例子。但传统的浮标法，主要依靠 秽=等 (1) 经纬仪，或者全站仪，秒表，对讲机等工具。因此，传统 浮标法存在如下不利因素： 在把PⅣ技术用于河流流速测量时．通常采用上 (1)需要多名工作人员协调配合完成，一般需要游来的气泡，麦秸，木桩，波浪，或者人工施加的浮标作 5～15名工作人员： 为跟踪粒子。对这些漂浮物进行实时监控．得到其运动 (2)在高洪测量期间，河流流速变化范围大，往往 轨迹，并结合其运动时间，监控视场的空间分辨率，浮 不能及时捕捉洪峰。因此测量精度大大减低。 标系数，就可以得到河流表面的平均运动速度。因此。 当前。许多水文工作者把图像处理技术引入到河 基于P1’v技术的山溪性河流流速测量所涉及的关键 技术有四个方面：空间分辨率的确定，运动目标检测。 流流速测量中，在国外，Fuiita．I，J．D．Creutin，M。Jodeau 等水文工作者对河流表面流速测验进行大量的研究。 运动目标跟踪，以及轨迹分析。 2．1 空间分辨率的确定 并在实际运行过程取得了不错的效果II-41。国内刘建 军，王文海等人在这方面也有类似的探索1+-6]。但至今 摄影测量学中，成像过程涉及世界坐标系 尚没有一个系统性的方案，可参考的案例更少。 Dd咿l，而，摄像机坐标系0拨cy五，像平面物理坐标 针对国内山溪性河流流速测量现状．结合国外类 似成功经验，对粒子跟踪测速技术(Particle 素)四个坐标系。在山溪性河流流速测量中．主要涉及 tracking 像平面物理坐标系DⅨy和像平面坐标系OUV两个 velocity，P1V)在河流流速测量方面的应用进行探索， 并在实验室山溪性河流模拟平台上进行验证性试验。 坐标系，如图l所示