[发明专利]一种坡面水文试验流速场观测系统及方法

权利要求书

1.一种坡面水文试验流速场观测系统，其特征在于，所述系统包括：坡面搭建系统、人工降雨系统、示踪液投放系统、数字地形采集处理系统、以及数字图像分析系统；

所述坡面搭建系统搭建试验所观测的坡面模型；所述人工降雨系统用于在指定的所述坡面模型上进行降雨；所述示踪液投放系统用于在指定所述坡面模型上投放示踪液；

所述数字地形采集处理系统包括相机阵列和同步器；所述相机阵列排布在所述坡面上方，用于在试验过程中拍摄所述坡面模型的地形图像，所述同步器控制所述相机阵列中的各相机同步拍摄地形图像；利用近景摄影测量原理和倾斜摄影测量原理对图像进行分析得到坡面模型数字高程模型；

所述数字图像分析系统对上述相机整列图像进行分析，计算出指定坡面模型位置的坡面流速场。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述示踪液投放系统包括：蠕动泵和蠕动泵控制器，所述蠕动泵控制器控制所述蠕动泵在所述坡面模型上，将示踪液投放至指定位置处。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数字地形采集处理系统还包括：校准标识；所述校准标识用于图像校准。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数字地形采集处理系统将所述相机阵列中的各相机同步拍摄地形图像按照拍摄时间先后进行排序，对排序后的各地形图像进行分析得到各所述坡面模型的数字高程模型。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数字图像分析系统还包括：识别模块以及计算模块；

所述识别模块分别识别各所述地形图像中的示踪液位置；针对各地形图像，将所述地形图像与对应的所述数字高程模型进行精确配准，并建立二者之间的对应关系；依据各地形图像的排序以及各地形图像中示踪液的位置确定所述示踪液指示的水流位置与时间的关系；

所述计算模块依据所述示踪液指示的水流位置与时间的关系，计算水流方向；提取各所述数字高程模型中示踪液终点处的坡度信息，依据各坡度信息计算水流流速；依据所述水流方向以及所述水流流速输出水流的坡面流速场。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述示踪液的颜色与所述坡面模型不同。

7.一种坡面水文试验流速场观测方法，其特征在于，所述方法包括：

搭建坡面模型；

启动示踪液投放系统将所述示踪液投放在指定的所述坡面模型上；

启动人工降雨系统，其中，所述人工降雨系统在指定的所述坡面模型上进行降雨；

启动数字地形采集处理系统对所述坡面模型的地形数据进行采集，其中所述数字地形采集处理系统包括相机阵列和同步器，所述相机阵列排布在所述坡面上方，用于在试验过程中拍摄所述坡面模型的地形图像，所述同步器控制所述相机阵列中的各相机同步拍摄地形图像；

利用近景摄影测量原理和倾斜摄影测量原理对图像进行分析得到坡面模型数字高程模型；

启动数字图像分析系统将上述相机整列图像进行分析，计算出指定坡面模型位置的坡面流速场。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述示踪液投放系统包括：蠕动泵和蠕动泵控制器，所述启动示踪液投放系统将所述示踪液投放在指定的所述坡面模型上的步骤，包括：

所述蠕动泵控制器控制所述蠕动泵在所述坡面模型上，将示踪液投放至指定位置处。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述利用近景摄影测量原理和倾斜摄影测量原理对图像进行分析得到坡面模型数字高程模型的步骤包括：

将所述相机阵列中的各相机同步拍摄地形图像按照拍摄时间先后进行排序，对排序后的各地形图像进行分析得到各所述坡面模型的数字高程模型。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述启动数字图像分析系统将所述数字高程模型处理分析，计算出指定坡面模型位置的坡面流速场的步骤包括：

分别识别各所述地形图像中的示踪液位置；

针对各地形图像，将所述地形图像与对应的所述数字高程模型进行精确配准，并建立二者之间的对应关系；

依据各地形图像的排序以及各地形图像中示踪液的位置确定所述示踪液指示的水流位置与时间的关系；

依据所述示踪液指示的水流位置与时间的关系，计算水流方向；提取各所述数字高程模型中示踪液位移距离和时间间隔，计算水流流速；

依据所述水流方向、位移距离、时间间隔以及所述水流流速输出水流的坡面流速场。