[发明专利]一种湖区超大范围表面流场测量方法

说明书

本发明提出了一种湖区超大范围表面流场测量方法，包括如下步骤：提供至少一架第一无人机，向湖面等时间间隔播撒示踪粒子；提供至少一架配备有相机的第二无人机，跟在所述第一无人机的后方针对湖面上漂浮的所述示踪粒子，利用所述相机拍摄湖区超大范围表面流场的照片；将拍摄获得的所述照片通过计算机处理，计算获得所述湖区超大范围表面流场。本发明的测量方法无需等待示踪粒子铺满整个湖区超大范围，即可通过局部播撒跟拍的方式，完成湖区超大范围表面流场的测量，几乎完全省掉了等待示踪粒子铺满湖区所需的时间，大大节约了时间及所需的人工成本，可以将基于现有PIV技术的拍照测量方式推广到现场实地的湖区超大范围表面流场的测量中。

技术领域

本发明涉及水利工程领域，尤其涉及水利工程领域的水流流场测量方法，特别涉及一种湖区超大范围表面流场测量方法。

背景技术

水流流场是水力学及河流、湖泊动力学的重要研究对象，科研领域通常采用模型试验的方式开展水流研究。目前在水流模型试验研究中，广泛应用的是粒子图像跟踪测速技术(PTV，Particle Tracking Velocimetry)，主要用于河工及港工模型大范围瞬时表面流场的测量。但目前的PTV流场测量系统一旦涉及较大的测量范围，往往需要固定布置数十个甚至上百个摄像头，然后利用计算机对多个摄像头的图像进行处理，计算出每个摄像头拍摄区域的流场然后进行全场拼接，最后得到全流场。当摄像头数量较多时，每个摄像头的特征差异会带来系统误差。

模型试验由于实验场所及设备的局限，其可以测量的尺度非常有限，难以完全模拟真实的河流、湖泊流场情况。尤其是大尺度范围的湖区表面流场，完全无法固定安装摄像头进行全流场拍摄。

大尺度表面流场通常采用摄影测量方式，即基于传统PIV(Particle ImageVelocimetry)技术将传统小尺度流场测量延伸至大尺度表面流场的测量。测量过程中采用自然光照明，以现场自然水体模态(如水面波纹、大尺度涡结构、泥沙浓度非均匀分布、漂浮杂质等)作为测流跟踪对象，拍摄大尺度表面流场，通过畸变校正、正向投影等图像预处理技术，将图像转换为真实坐标下图像，通过对流动模态的处理计算表面流场。

目前市场上存在的商用大尺度表面流场测量系统大都使用传统的PIV技术，需要通过人工在河流上游投放表面示踪粒子，粒子沿水流方向自然流动散开，粒子用量很大成本很高，而且粒子自然流动分布很不均匀，导致测量和计算结果误差很大。另外，全流场测量仍然只能限于相对有限的小尺度流场测算使用，对于湖区超大范围表面流场测量，例如中国太湖范围内的表面流场测量，几乎无法想象将整个太湖铺满粒子进行拍照所需的时间及所需人工成本，因此基于现有PIV技术的拍照测量方式难以推广到现场实地的湖区超大范围表面流场的测量中。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种湖区超大范围表面流场测量方法，以减少或避免前面所提到的问题。

为解决上述技术问题，本发明提出了一种湖区超大范围表面流场测量方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

提供至少一架第一无人机，向湖面等时间间隔播撒示踪粒子；

提供至少一架配备有相机的第二无人机，跟在所述第一无人机的后方针对湖面上漂浮的所述示踪粒子，利用所述相机拍摄湖区超大范围表面流场的照片；

将拍摄获得的所述照片通过计算机处理，计算获得所述湖区超大范围表面流场。

优选地，所述第一无人机和第二无人机需要在4m/s以下的风速下飞行。

优选地，所述第一无人机的飞行速度大约2m/s，满电情况下单次工作时间大约20min，飞行高度距水面10m，每隔30s撒下10片所述示踪粒子，单次携带10kg的所述示踪粒子，即大约300片示踪粒子，可以播撒30次。