[发明专利]一种河流断面二维显示系统

说明书

技术领域

本发明涉及河流监测技术领域，具体涉及一种河流断面二维显示系统，包括A/D采集模块、FPGA处理模块、液晶显示器。

背景技术

雷达遥感方式非接触式测量的方法具有良好的机动性、灵活性、实时性,可以胜任复杂地质条件和外部恶劣气候条件下的水文表面信息测量，这种方式保证了实测数据的可靠性。其次在平面二维数值模拟过程中，应用可视化技术能够较好地处理计算数据，实现数据的可视化，使分析结果更加形象直观了解河流的横断面，掌握地形变化情况对进行水文观测、寻找适宜的航道十分重要，了解和研究河流断面对剖析河流的水文特性和编制航运发展计划均有一定价值。在以往的研究中，对于河流断面的二维显示较为缺乏。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明解决的技术问题是提供一种河流断面二维显示系统。

为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现：

一种河流断面二维显示系统，包括A/D采集模块、FPGA处理模块、液晶显示器；A/D采集模块的输出端与FPGA处理器的GPIO口连接；液晶显示器的输入端与FPGA的VGA端口相连接。雷达数据通过A/D采集模块采集传输到FPGA处理模块，通过FPGA处理模块对采集来的数据进行滤波处理，滤除单元模块采集来的雷达信号中的杂波，再通过水动力学解码速度单元模块根据水动力学公式进行计算，解码出水流的速度，并且将河流断面结构类比成灰度图像，使得能够进行伪彩色变换；循环编码单元模块再对水流速度分布进行循环编码，使得编码后的数据能够通过RBG三种基色逐步扫描在液晶显示器上显示河流的速度图像。

所述的A/D采集模块是ADI公司的AD9655，其采样速率为125Msps，采样精度为16bit。

所述FPGA处理模块包括信号滤波单元模块、水动力学解码速度单元模块、循环编码单元模块、河流流速和断面构建单元模块；

所述FPGA处理模块采用的是Altera公司的Cyclone IV系列；

所述的液晶显示器是飞利浦226V6QSB6。

采用本发明的技术方案可以对河流断面数据进行可视化处理，使分析结果更加形象直观了解河流的横断面，掌握地形变化情况对进行水文观测、寻找适宜的航道十分重要，了解和研究河流断面对剖析河流的水文特性和编制航运发展计划均有一定价值。

附图说明

图1是一种河流断面二维显示系统框图；

图2是伪彩色变换流程图；

图3是河流流速和断面构建框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明内容作进一步的说明。

参照图1，一种河流断面二维显示系统框图，包括A/D采集模块、FPGA处理模块、液晶显示器；A/D采集模块的输出端与FPGA处理器的GPIO口连接；液晶显示器的输入端与FPGA的VGA端口相连接。

所述FPGA处理模块包括信号滤波单元模块、水动力学解码速度单元模块、循环编码单元模块、河流流速和断面构建单元模块；雷达数据通过A/D采集模块采集传输到FPGA处理模块，通过FPGA处理模块对采集来的数据进行滤波处理，滤除单元模块采集来的雷达信号中的杂波，再通过水动力学解码速度单元模块根据水动力学公式进行计算，解码出水流的速度，并且将河流断面结构类比成灰度图像，使得能够进行伪彩色变换；循环编码单元模块再对水流速度分布进行循环编码，使得编码后的数据能够通过RBG三种基色逐步扫描在液晶显示器上显示河流的速度图像。

水动力学公式计算流速过程如下：

对于表面流速的获取：本发明利用雷达非接触式探测技术采集数据，根据获取的距离多普勒频谱图的实际情况及水流朝向，分析左右两边一阶峰的显现程度,保证在显现明显的一侧一阶峰大致存在范围内不会与另一侧一阶峰在越过零频以后所处区域重叠的情况下,表面流速提取可只采用一侧的一阶峰所提供的流速信息。

表面流速与断面流速分布关系:明渠流断面水流速分布由内区和外区构成。

在内区范围内，流速的变化取决于边壁切应力、流体性质、河床的类型以及边壁的距离，经验公式如下：

其中，为摩阻流速，积分常数C由实验数据确定。z₀为床面粗糙特征长度，是床面粗糙度k_s的函数，表示流速为零处离河床底部的距离，也就是虚拟床底z'的起始位置，一般取而床面粗糙度k_s则为度量床面粗糙程度的参数。