图像法测流系统开发与应用

基于市面上现有的视频监控摄像机开发一套图像法测流系统,实现非接触式的水尺水位、表面流速和断面流量远程在线监测。测流系统采用风光互补供电,并运用虚拟局域网(VPN)技术和4G移动通信网络实现远程访问,可在野外自治运行长达7个阴雨天。通过集成少量低成本的辅助测量设备及对测量算法在现场应用中的优化设计,能够有效抑制水面耀光、阴影等噪声的干扰,并可直接利用天然漂浮物或水面模式进行表面流速测量。测试结果表明,测流系统能够在数分钟内完成一次测量,得到现场的视频图像、稳定的时均水位、测点高度密集的流速分布,以及子断面高达上百个的断面流量。相比传统测流仪器具有时空分辨率高的优势,有利于捕获暴雨、山洪等极端条件下的水文过程。     

移动雷达波测流系统在松柏水文站的运用

针对松柏水文站在发生暴雨洪水时河流陡涨陡落,高洪时漂浮物多,采用流速仪或ADCP测流不安全的问题,应用移动雷达波测流系统进行流量测验。在分析测流系统组成、工作原理、管理软件的基础上,按照不同水位级布置测次,采用同期测流系统施测流量与转子式流速仪人工实测流量进行比测,建立2种流量相关关系,率定测流系统流量系数,并进行误差分析评判,验证移动雷达波测流系统测流精度。比测率定结果表明:两者相关关系良好,移动雷达波测流系统测得的水面流速经率定后,推算的断面流量精度较高,满足水文资料整编精度及水资源管理要求,可提高水文资料时效性和准确性,解决山溪性河流流量测验安全问题。     

基于物联网的雷达小车测流系统设计

为解决新形势下明渠测流方式繁琐、数据量增大、不利于直观分析等问题,设计了一套以雷达流速仪为传感器、以雷达小车为载体的自动测流系统,可以在控制单元及平台软件的控制下自动完成断面各垂线流速测量、流量计算、数据分析、图表展示。测试结果表明,此系统各功能符合预期,运行平稳,可以实现河道各断面的自动测流、流量计算及数据可视化。     

雷达波在线测流系统在群库勒水文站的应用分析

雷达波在线测流系统是一种便于快速抢测洪水数据的非接触式测验系统。本文用常规流速仪与雷达波实测水面流速及流量同时实测比测数据为依据,对二者间的测验误差和设备稳定性等方面进行分析,研究该设备在新疆山区河流所采集数据是否能满足水文规范要求。     

雷达技术在水文测验上的应用

雷达技术应用于水文测验是近几年的研究方向之一。从雷达技术应用于水文测验的特点出发,丰富雷达在水文应用中的概念和内涵,指出其相对于传统水文测验的性能优势;分析近年来水文测验中应用雷达技术进行定量降水估计的2种处理方法,介绍雷达水位计测量水位采用的调频连续波和脉冲体制的应用原理;在流量测量方面,总结点流速测量、侧扫、断面测量等雷达的应用潜力。目前雷达技术应用于水文测验,已在测量降雨量、水位、表面流速等方面有较多应用,今后还需在新型产品研制、新技术应用、目标特性分析,以及微观操控与宏观应用的结合等方面进行进一步探索。     

无人机测流系统在铜仁水文的应用探索

无人机测流系统是将雷达波流速仪集成在无人机上的一种非接触式河道流量测验方法。针对铜仁水文监测工作在遇超标准大洪水或恶劣环境下水文应急监测手段单一、数据精准度不高的问题,采用无人机测流系统在铜仁市茅溪水文站与水文缆道流速仪法进行 22 次实测数据对比试验,分析无人机测流系统实测的水面流速及流量测验误差。结果表明：无人机测流系统在水面流速超过 0.50 m/s、运行高度在 10~30 m、风力小于 7 级时,测流数据的合格率达到相关要求。无人机测流系统在贵州省铜仁市山区性河流应急监测时适应性良好,可作为铜仁水文应急监测一种安全便捷有效的方法进行推广。     

基于声学多普勒流速仪测流的断面流速分布研究

选择泾河、射阳河闸2个水文站的走航式声学多普勒流速仪测流数据,进行测流断面上的垂向、水平层流速分布及垂向平均流速的横向分布研究。研究结果表明:对于顺直河段,垂线点流速分布基本符合理论流速分布;对于受感潮影响的测流断面,相对流速脉动和均化影响较大,难以找到流速分布规律。通过基于断面流速分布特点的断面有效测速单元确定,可以为测速垂线和垂线上测速点的布设、固定式声学多普勒流速仪安装位置选择等提供技术支撑。     

微型热式流速传感器及其在微型飞行器翼表流场测量中的应用

阐述了微型热式流速传感器测速的基本原理,并结合微型飞行器(MAVs)的特征,介绍了微型热式流速传感器在微型飞行器翼表流场测量中的应用,以及整个测量系统的组成.传感器敏感元件选用薄膜铂热敏电阻,采用恒压式工作方式,通过风洞试验,对传感器进行了测试,并运用最小二乘法进行模型辨识.实验结果表明,所采用的流速传感器测量范围为0 m/s～12 m/s,测量精度为4%,基本满足微型飞行器翼表流场测量的使用要求.     

一种基于帧间差分与模板匹配的河水表面流速测量方法

为了解决常见几种流速测量方法受含沙量与漂浮物影响大、设备与人力成本高的局限性,提出一种基于机器视觉的河水表面流速测量方法。我们分析了图像空间与现实空间的位置映射关系,得出了物理速度与图像速度之间的关系。通过垂直于水面的摄像头获取河流视频,采用帧差处理获得帧差图像,检测出其中运动显著性比较明显的一些区域作为模板。最后,基于模板匹配的方法检测出模板的像素位移,联立图像坐标系和与现实空间坐标系的位置映射关系以及帧间时间计算出河流表面实际流速。实验结果表明,该测速方法对自然条件下流速相对平缓的河流视频具有较好的效果,误差小于3%,可持续监测水流流速情况。     

侧扫雷达测流系统开发与应用

河流流量是水文水资源管理中最重要的参数之一,目前大多采用接触式测流,安装使用较为复杂,灵活性较差。利用雷达遥感技术对河流进行实时监测,研制出侧扫雷达测流系统,依据布拉格散射和多普勒原理测量河流的表面流速,使用这些数据及已知的河流横截面图(深度分布)和已测的水位计算出河流流量。侧扫雷达测流系统采用太阳能供电和移动蜂窝通信,流速测量、数据上传、流量合成无需人工干预,可实现河水流量的自动化监测。结果表明,侧扫雷达测流系统适用于各种复杂环境情况,能滤除船舶、周边建筑、陆地移动汽车等构成的雷达回波干扰,最大探测距离可达800 m以上,适用于内陆河流、界河、大江大湖等天然流域的流量监测。     

FMR230雷达液位计在原油罐上的应用及维护

通过对原油缓冲罐液位测量问题进行研究,提出了原油拱顶罐液位测量的方法和现状,以及新的雷达波测距技术.介绍了采用雷达液位计作为液位测量仪表以及非接触式测量方式,解决原油缓冲罐的液位测量问题.说明了FMR230雷达液位计的工作原理及特点.重点介绍了该型雷达液位计在原油罐上的安装要求、影响精度的因素,以及FMR230基本参数的设置过程、故障排查的基本方法.     

Crowd-based velocimetry for surface flows

Flow velocity measurement is important in hydrology. Recently, owing to the popularity of sensors and processors, image-based flow velocity measurement methods have become an important research direction. Particle image velocimetry (PIV) is a key example. However, due to the uncertainty of the features, PIV sometimes provides very inaccurate results and always requires customized setups. In this research, we take advantage of the human perception system, that is, the strong abilities related to feature identification and tracking, in order to estimate the surface flow velocity of a river. We developed a method called crowd-based velocimetry (CBV) to incorporate the human perception capacity in the estimation of the flow velocity. CBV includes three main steps: (1) video processing, (2) crowd processing, and (3) statistical processing. We validated CBV by measuring a fast, steady, and uniform river surface flow in an artificial canal. The results show that compared to radar measurements from the center of the flow, CBV measured the surface flow velocity with a deviation ranging between +12.1% and +17.3% from the radar measurement, while PIV resulted in a −1.7% to −24.3% deviation. With rapidly improving mobile devices, CBV allows enormous numbers of people to engage in flow measurement, making CBV more reliable, more efficient, and more economical.     

Parameter measurements of moving targets using a 24-GHz radar

We designed a 24-GHz traffic surveillance radar (TSR-24) to monitor automobile and pedestrian. The range, radial velocity and direction-of-arrival (DOA) of the moving targets can be measured by the radar in real-time. The radar consists of a radar sensor, a waveform generation module, a filter and amplifier module and a digital signal processor (DSP) platform. The radar can be configured to work in Doppler mode or frequency modulated continuous wave (FMCW) mode through software configuration. The phase-monopulse approach is used for the target DOA estimation. A DOA error reduction method and the Rife method are proposed to improve the range and DOA accuracy. The parameter estimation algorithms are implemented in DSP. The radar is used to detect and track motorcycles, cars, trucks and even pedestrians. The measurement of an electric vehicle shows that the velocity error is 0.022 m/s. Various tests indicate that the range and DOA error is no more than 0.25 m and 1°, respectively.     

一种目标速度精确测量的新方法

提出了一种CW雷达目标速度测量的新方法,该方法运用离散多项相位变换法先获得目标加速度,然后利用该值对雷达回波进行加速度补偿并基于FFT和插值FFT获得速度值。又考虑到经过雷达信号处理机后得到的速度值存在波动和野值,运用自适应卡尔曼滤波进行处理,剔除野值。相比于传统的测速方法,该方法提高了测量精度,同时也较好地消除了雷达系统噪声,提高了测速系统的稳定性。计算机仿真和外场实测数据处理结果表明了该方法的有效性。     

白石水库尾水渠水位～流量关系曲线率定与分析

为率定白石水库尾水渠水位-流量关系曲线,以白石水库尾水渠为研究对象,利用实测数据计算出渠道的断面尺寸,根据渠道的实际情况选定理论流量计算公式和比降、糙率等系数,经过计算得出水位-流量关系理论曲线,再通过对水库渠道内低、中、高水位下测流方法的选择,确定在低水位和高水位下采用浮标法,在中水位下采用流速仪法,并将多次实测结果与理论值进行比较,发现两者差值均在误差范围内,吻合度非常高,最终验证所绘制的白石水库尾水渠水位-流量理论关系曲线采用的理论公式和参数准确、合理,曲线精确度符合水库的实际需求,以此为水库流量测验提供可靠的技术支持,同时也为同类型水库的尾水渠计算下泄流量提供宝贵经验,可用于今后的泄洪流量测算。     

低液位非满管流量校准及其测量影响因素分析

管道粗糙度和流体黏度对流量测量有一定影响,为校准流量并分析其影响因素,运用FLUENT仿真软件对管道粗糙度、流体黏度进行模拟.建立粗糙度-平均流速、黏度-平均流速模型,搭建实验平台,验证模型建立的准确性,即外置U形连通管结合高精度激光测距仪精确测量管道内流体液位高度,管道上方通气管结合流速仪精确测量管道内流体平均流速,通过体积流量计算公式得到流量值.实验结果表明,在液位低于0.1D时,流量测量误差小于0.85％;通过粗糙度-平均流速、黏度-平均流速模型得到的平均流速值进行流量计算,计算结果误差小于3.03％.实验验证了该方法的可行性和模型的可靠性,为低液位非满管流量测量领域的技术创新提供了依据和实验基础.