水流表面流场采集方法技术

本发明专利技术涉及水力模型试验的技术领域，公开了水流表面流场采集方法，在需要采集的流场的模型的上方固定单反相机，将单反相机的镜头朝下布置，并调节好单反相机的焦距、光圈及曝光时间；在模型的水流表面播撒示踪粒子，通过单反相机对水流表面的示踪粒子进行连续、长时间的曝光采集，跟踪叠加不同时刻示踪粒子所在的位置，并将其反应在同一张图片上，在图片上显示每颗示踪粒子在曝光采集这段时间的运动轨迹，示踪粒子的运动轨迹即为曝光采集这段时间内水流运动的轨迹路线。这样，提高了水流表面流场采集试验的效率，有效避免后期处理导致误差，直观的反应水流表面流动轨迹，为研究工程建设对水流流场影响提供更为真实的可视化成果。

Collection method of flow surface flow field

\u672c\u53d1\u660e\u6d89\u53ca\u6c34\u529b\u6a21\u578b\u8bd5\u9a8c\u7684\u6280\u672f\u9886\u57df\uff0c\u516c\u5f00\u4e86\u6c34\u6d41\u8868\u9762\u6d41\u573a\u91c7\u96c6\u65b9\u6cd5\uff0c\u5728\u9700\u8981\u91c7\u96c6\u7684\u6d41\u573a\u7684\u6a21\u578b\u7684\u4e0a\u65b9\u56fa\u5b9a\u5355\u53cd\u76f8\u673a\uff0c\u5c06\u5355\u53cd\u76f8\u673a\u7684\u955c\u5934\u671d\u4e0b\u5e03\u7f6e\uff0c\u5e76\u8c03\u8282\u597d\u5355\u53cd\u76f8\u673a\u7684\u7126\u8ddd\u3001\u5149\u5708\u53ca\u66dd\u5149\u65f6\u95f4\uff1b\u5728\u6a21\u578b\u7684\u6c34\u6d41\u8868\u9762\u64ad\u6492\u793a\u8e2a\u7c92\u5b50\uff0c\u901a\u8fc7\u5355\u53cd\u76f8\u673a\u5bf9\u6c34\u6d41\u8868\u9762\u7684\u793a\u8e2a\u7c92\u5b50\u8fdb\u884c\u8fde\u7eed\u3001\u957f\u65f6\u95f4\u7684\u66dd\u5149\u91c7\u96c6\uff0c\u8ddf\u8e2a\u53e0\u52a0\u4e0d\u540c\u65f6\u523b\u793a\u8e2a\u7c92\u5b50\u6240\u5728\u7684\u4f4d\u7f6e\uff0c\u5e76\u5c06\u5176\u53cd\u5e94\u5728\u540c\u4e00\u5f20\u56fe\u7247\u4e0a\uff0c\u5728\u56fe\u7247\u4e0a\u663e\u793a\u6bcf\u9897\u793a\u8e2a\u7c92\u5b50\u5728\u66dd\u5149\u91c7\u96c6\u8fd9\u6bb5\u65f6\u95f4\u7684\u8fd0\u52a8\u8f68\u8ff9\uff0c\u793a\u8e2a\u7c92\u5b50\u7684\u8fd0\u52a8\u8f68\u8ff9\u5373\u4e3a\u66dd\u5149\u91c7\u96c6\u8fd9\u6bb5\u65f6\u95f4\u5185\u6c34\u6d41\u8fd0\u52a8\u7684\u8f68\u8ff9\u8def\u7ebf\u3002 In this way, the efficiency of collecting and testing the flow field on the surface of the water is improved, and the error caused by the later treatment is avoided. It can reflect the flow path of the water surface intuitively, providing a more realistic visualization result for the study of the influence of engineering construction on the flow field.

【技术实现步骤摘要】
水流表面流场采集方法
本专利技术涉及水力模型试验的
，尤其是水流表面流场采集方法。
技术介绍
模型试验是科学试验中一项重要的研究方法与专门技术，应用甚广。水力学物理模型试验是运用河流动力学知识，根据水流和泥沙运动力学相似原理，模拟与原型相似的边界条件和动力学条件，研究河流在天然河流情况下或在有水工建筑物的情况下水流结构、河床演变过程和工程方案效果的一种方法。流体运动所占据的空间称为流场。为了研究水流表面流场及其变化，水力模型试验中，在水流中加入可漂浮于水面的反光粒子，对水流进行示踪，模拟出水流流场形态，通过不同的技术将其可视化。目前，水力模型试验中，在水流表面播撒示踪粒子，通过单个或多个摄像头覆盖所要观测的流场范围，设置好拍摄快门时长和间隔时间，利用摄像头拍摄照片(一般不超过5张)，分析相邻时刻(T1、T2、T3、T4、T5)拍摄的照片，对画面中示踪粒子A、B……在不同时刻的位置进行配对，将某一示踪粒子不同时刻的位置串联起来，作为其运动路径，计算相邻时刻(如T1-T2、T2-T3、T3-T4、T4-T5)或者间隔时刻(T1-T3、T2-T4、T3-T5)的运动要素(流速、流向)，通过均化处理，最后用箭头形式表达出T1时刻水流表面流场形态。但是，上述的方法存在以下缺点：(1)摄像头采集数据的时间很短，由于摄像头的质量、性能等问题，一般采集时长为0.04秒，然后间隔一段时长后(一般为0～0.16秒)拍摄下一张图片，最后对多张图片进行叠加，计算示踪粒子的路径。由于水流表面分布众多示踪粒子，在进行叠加处理的时候，会混淆相邻的示踪粒子，尤其是流速较大、示踪粒子较多的时候，T1时刻(第一张照片)的A1示踪粒子，与T2时刻第二张照片进行匹配时，并没有找到对应的A2示踪粒子，而是匹配到B2示踪粒子，导致最终形成的表面流态失真，与原型不相似。(2)只能对叠加的运动轨迹进行均化处理，表达某一时刻(如T1时刻)的运动参数(流速和流向)，不能表达T1-T5时间段的流动轨迹。(3)叠加概化处理后，对流场边界范围内进行横向、纵向的均化布置，对实际采集的数据进行插值处理，不是示踪粒子原有的真实流态重现。(4)后处理耗时长，效率低。需要大量的筛选流程，并且需人工判断、删减不合理的数据。参照图1所示，通过CCD技术将多张照片叠加时，示踪粒子A、B紧挨在一起，T1-T4时刻，示踪粒子的实际位置分别为A1-A4、B1-B4，但是在T1、T2时刻的照片匹配时，A1没有正确捕捉到A2，而是捕捉到B2，导致示踪粒子A的运动轨迹变为A1-B2-B3-B4，参照图2所示，均化处理后的流场表达变为Va。参照图3所示，为多个摄像头采集水流示踪粒子运动，均化处理合成后的表面流场。
技术实现思路
本专利技术提供的水流表面流场采集方法，旨在解决现有技术中，摄像头采集数据的时间短、采集到的照片在进行叠加处理的时候，容易混淆相邻的示踪粒子，导致出现迹线错误，不能真实反映水流的表面流场的问题。本专利技术是这样实现的，在需要采集的流场的模型的上方固定单反相机，所述单反相机的镜头朝下布置，并调节好所述单反相机的焦距、光圈以及曝光时间；在所述模型的水流表面播撒示踪粒子，通过所述单反相机对水流表面的示踪粒子进行连续、长时间的曝光采集，跟踪叠加不同时刻所述示踪粒子所在的位置，并将其反应在同一张图片上，在所述图片上显示每颗所述示踪粒子在曝光采集这段时间的运动轨迹，所述示踪粒子的运动轨迹即为曝光采集这段时间内水流运动的轨迹路线。进一步地，所述示踪粒子均匀布置在所述模型的水流的表面。进一步地，所述示踪粒子的颜色为白色。进一步地，所述单反相机的曝光的最大时长不低于2秒。进一步地，所述单反相机设置在所述模型的正上方。与现有技术相比，本专利技术提供的水流表面流场采集方法，通过在模型的上方固定单反相机，将单反相机的镜头朝下布置并调节好焦距、光圈、曝光时间，在模型的水流的表面播撒示踪粒子，通过单反相机连续、长时间的曝光采集，从而跟踪叠加不同时刻示踪粒子所在的位置，并将其反应到同一张图片上，从而显示每颗示踪粒子在曝光采集这段时间的运动轨迹，该运动轨迹即为曝光采集这段时间内水流运动的轨迹路线。这样，提高了水流表面流场采集试验的效率，有效避免后期处理导致误差，直观的反应水流表面流动轨迹，为研究工程建设对水流流场影响提供更为真实的可视化成果，解决了摄像头采集数据的时间短、采集到的照片在进行叠加处理的时候，容易混淆相邻的示踪粒子，导致出现迹线错误，不能真实反映水流表面流场的问题。附图说明图1是本专利技术实施例提供的水流表面流场采集方法的示踪粒子真实运动轨迹及匹配的运动轨迹示意图；图2是本专利技术实施例提供的水流表面流场采集方法的示踪粒子的真实的流场表达及均化处理后的流场表达示意图；图3是本专利技术实施例提供的水流表面流场采集方法的多个摄像头采集水流粒子运动经均化处理合成后的水流的表面流场示意图；图4是本专利技术实施例提供的水流表面流场采集方法的单反相机直接采集的水流的表面流场的真实流态示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。以下结合具体实施例对本专利技术的实现进行详细的描述。本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本专利技术的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。参照图3～4所示，为本专利技术提供的较佳实施例。本专利技术提供的水流表面流场采集方法，用于采集水流表面流场，亦可用于其他种类的液体的表面流场采集，不仅限于本实施例。水流表面流场采集方法，在需要采集的流场的模型的上方固定单反相机，单反相机的镜头朝下并调节好焦距、光圈、曝光时间，在模型的水流的表面播撒示踪粒子，通过单反相机连续、长时间的曝光采集，从而跟踪叠加不同时刻示踪粒子所在的位置，并将其反应到同一张图片上，从而显示每颗示踪粒子在曝光采集这段时间的运动轨迹。由于单反相机曝光时间长且可以根据实际需要进行设置，使得曝光采集的时间可以设定为较长的时间，例如，设置曝光采集的时间为2秒，这段时间内单反相机不间断地跟踪叠加不同时刻示踪粒子所在的位置，将其反应到同一张图片上，显示每颗示踪粒子在0-2s这段时间的运动轨迹，流体研究中，称其为0-2s时间段的迹线，即该段时间内水流运动的轨迹路线。这样，提高了水流表面流场采集试验的效率，有效避免后期处理导致误差，直观的反应水流表面流动轨迹，为研究工程建设对水流流场影响提供更为真实的可视化成果，解决了摄像头采集数据的时间短、采集到的照片在进行叠加处理的时候，容易混淆相邻的示踪粒子，导致出现迹线错误，不能真实反映水流表面流场的问题。图4为单反相机直接采集的水流的表面流场的真实流态，与图3相比，通过单反相机拍摄的图4更能直接反馈水流表面的流态。具体地，示踪粒子均匀布本文档来自技高网...

【技术保护点】
水流表面流场采集方法，其特征在于，在需要采集的流场的模型的上方固定单反相机，所述单反相机的镜头朝下布置，并调节好所述单反相机的焦距、光圈以及曝光时间；在所述模型的水流表面播撒示踪粒子，通过所述单反相机对水流表面的示踪粒子进行连续、长时间的曝光采集，跟踪叠加不同时刻所述示踪粒子所在的位置，并将其反应在同一张图片上，在所述图片上显示每颗所述示踪粒子在曝光采集这段时间的运动轨迹，所述示踪粒子的运动轨迹即为曝光采集这段时间内水流运动的轨迹路线。

【技术特征摘要】
2017.06.09 CN 20171043027671.水流表面流场采集方法，其特征在于，在需要采集的流场的模型的上方固定单反相机，所述单反相机的镜头朝下布置，并调节好所述单反相机的焦距、光圈以及曝光时间；在所述模型的水流表面播撒示踪粒子，通过所述单反相机对水流表面的示踪粒子进行连续、长时间的曝光采集，跟踪叠加不同时刻所述示踪粒子所在的位置，并将其反应在同一张图片上，在所述图片上显示每颗所述示踪粒子在曝光采...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘国珍，吴门伍，刘培，朱毅峰，汪亚争，宋梦媛，卢陈，佟晓蕾，陈思，袁菲，
申请(专利权)人：珠江水利委员会珠江水利科学研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44