[发明专利]一种薄层水流流速测量系统和方法

权利要求书

1.一种薄层水流流速测量方法，所述方法所使用的系统包括：能够产生薄层水流的水源，形成薄层水流的与水平面的夹角小于90度的水流坡面，所述的水流坡面的周边设有多个定位标志，水流坡面上方、接近坡面的位置还设有喷射与定位标志颜色对比强烈的示踪液的滴液装置，面对水流坡面设置摄取定位标志和测试区域影像的、具有自动记录时间的数字取像装置，所述的数字取像装置与图像处理装置连接，所述的图像处理装置与计算装置连接，滴液装置、取像装置与控制器电连接，所述的滴液装置包括：设置在坡面上的支架，所述的支架上设置滴液阀，所述的滴液阀通过管路与滴液泵连接，所述的滴液泵与储液罐连接；所述的水源是能够精确控制降雨量和降雨强度的人工降雨装置，包括：安装在水流坡面上方的、纵横排列的喷水口阵列，所述的喷水口阵列通过管路与供水泵连接，所述的供水泵与蓄水池管路连接；所述的水源是能够在水流坡面生成薄层水流并能够精确控制流量的供水装置，所述的供水装置包括：安装在水流坡面上部的多个出水口，所述的多个出水口通过管路与供水泵连接，所述的供水泵与蓄水池管路连接；所述的水流坡面包括：扁平的长方形泥土槽，所述的泥土槽中设置泥土夯实并板结的平整泥土面，所述的取像装置是照相机、摄像头中的一种，其特征在于，所述方法的步骤如下：

设置的步骤：用于记录各个定位标志之间的距离和位置坐标，记录或设定水流坡面的坡度，设定拍摄点位置及位置坐标和取景范围，保证被测区域和定位标志均在取景框内，且被测区域在取景框中的面积尽可能的大，设定滴液量，设定水源的流量；

形成薄层水流的步骤：用于开启水源，在水流坡面上形成薄层水流；

喷射示踪液的步骤：用于开启滴液装置向测试区域内喷射示踪液，喷射是单点喷射或多点喷射；

拍摄的步骤：用于开启取像装置对测试区域的示踪液在薄层水流所产生的色斑进行拍摄，以数秒的间隔拍摄两张以上的照片，拍摄的同时记录拍摄的时间和拍摄的画面像素质量；

图像处理的步骤：用于将拍摄的各个测试图像进行正射校正，根据所拍摄照片的画面像素质量、定标标志的坐标以及拍摄点位置的坐标建立测量坐标系，准确的找出示踪液在测试区中所产生色斑在图像中形成的图斑在图像中的坐标；

计算图斑位移的步骤：用于利用不同照片所拍摄的时间间隔信息和图斑的坐标位置信息计算图斑特征点位移速度；

计算水流流速参数的步骤：用于根据图斑运动规律，分别计算图斑的水动力弥散速度以及水流与水动力弥散综合影响的流速，计算出水流的最大流速、最小流速、平均流速、水动力弥散速度；

所述的计算图斑位移的步骤中计算图斑位移的方法是边缘速度平均法，质心法，弥散法中的一种；

所述的边缘速度平均法的处理方式为：逐个比较图斑边缘的像素，得到十分清晰的图斑边缘，通过计算图斑前后左右四个点的坐标位置进行比较；

所述的质心法的处理方式为：将图斑中色度比较集中的一些像素进行位置比较；

弥散法的处理方式为：提取质心到图斑前后左右点的距离，通过比较不同时间点的照片计算出图斑的前后左右不同方向的弥散距离。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的“计算图斑位移的步骤”包括以下子步骤，以下子步骤均对应单个照片的处理：

提取照片生成时间；

根据颜色属性对纠正后的图像图斑区域进行识别和亮度增强；

对图斑区域的像素点进行统计，提取图斑统计信息，包括图斑质点位置及图斑前后左右位置坐标。