[发明专利]一种模型试验中浅水地形的非接触式测量系统及测量方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种模型试验中测量浅水地形系统及测量方法，具体涉及一种模型试验中浅水地形的非接触式测量系统及测量方法，属于河流海岸泥沙工程技术领域。

背景技术

由于水流运动机理的复杂性及天然河道边界的复杂多变，许多问题很难得出数学解析解，有些问题的解决甚至无一定的规律可循，模型试验一直是开展河流海岸研究的重要研究方法。在模型试验中，地形测量对于研究水流结构和泥沙运动规律具有重要影响，要在研究过程中不断取得新发现和新成果，先进的三维地形测量技术显得至关重要。

模型试验是基于相似理论，对河流进行实体模拟，并据此揭示河流运动的内在规律，为理论研究和工程设计提供科学依据的一种研究方法。物理模型是根据实际地形资料，根据相似理论按照一定的比尺缩小而成的，模型试验中水深通常较浅（十几公分左右），此外，测量时要求对地形的扰动小。

目前模型试验中的地形测量技术大致可分为接触式测量和非接触式测量两类，接触式地形仪主要包括：测针、光电反射式地形仪、电阻式地形仪、跟踪式地形仪等。由于测量时探头需要接触床面，测量效率和精度较低，而且对水流和地形都有一定的干扰，接触式地形仪逐渐被非接触式地形仪取代。非接触式地形仪主要有超声波地形仪，但当测量水下地形时超声波探头需要置于水下，并且有一定的测量盲区，当水深较浅时无法测量。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种模型试验中浅水地形的非接触式测量系统及测量方法。

技术方案：为实现上述目的，本发明的一种模型试验中浅水地形的非接触式测量系统，包括激光测距探头、超声波测距探头、测量小车、测距仪、传动电机、钢丝轮、导轨、测桥、模型水面、模型水下地形和测量控制及数据处理装置，所述激光测距探头和超声波测距探头并排且相互平行固定在测量小车上，激光测距探头和超声波测距探头均垂直固定于模型水面上方；所述导轨和测桥均位于水平面方向上，测桥的方向与导轨的方向相互垂直，所述传动电机结合钢丝轮驱动测量小车在测桥上移动，所述测桥在导轨上自由移动，测距仪对测量小车进行定位；测量控制及数据处理装置控制测量小车（3）扫描水下地形并进行数据处理及显示。

作为优选，所述激光测距探头与超声波测距探头，采用高精度测距传感器，并保证垂直于水面放置，以消除水下激光折射的影响。

本发明还公开了一种基于上述测量系统的测量方法，包括以下步骤：

开启测量控制及数据处理装置，测量控制及数据处理装置控制测量小车扫描测量区域：测量小车在测桥上移动，测桥在导轨上自由移动，测距仪对测量小车进行定位，设定沿测桥）的方向为x轴，沿导轨）方向为y轴，垂直于水平面的方向为z轴，获取测量小车的x轴坐标和y轴坐标；

激光测距探头发射激光穿透空气、水两种介质到达水下地形，超声波测距探头测量从探头至模型水面的距离，测量控制及数据处理装置结合激光在空气和水中的速度之比，计算出激光测距探头至水下地形的距离，获取z轴坐标；

测量控制及数据处理装置采集三维测量数据进行分析处理，实时测量并显示浅水地形的图像。

有益效果：本发明的一种模型试验中浅水地形的非接触式测量系统，结构简单，易于搭建，有利于推广使用；由于模型试验中水深较浅，激光测距探头发射激光可穿透空气、水两种介质到达水下地形，超声波测距探头测量从探头至模型水面的距离，结合激光在空气和水中的速度之比，计算出激光探头至水下地形的距离，测量控制及数据处理装置控制测量小车在测桥上移动，测桥在导轨上自由移动，并通过测距仪进行定位，采集三维测量数据进行分析处理，实现通过非接触式的方法扫描测量模型试验中浅水地形，这种方法可以通过非接触式的测量方法快速精确测量模型试验中的浅水地形。

附图说明

图1为本发明的模型试验中浅水地形的非接触式测量系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。