[发明专利]一种水位波动过程非接触量测装置及方法

说明书

本发明公开了一种水位波动过程非接触量测装置及方法，包括设置并测量标定点和检验点实际位置坐标；侧向拍摄参照平面，获得视频数据；将视频数据分解为图像，矫正图像至参照平面的正射投影面；识别图像内标定点和检验点，将标定点的像素坐标与实际位置坐标匹配，获得标定系数；根据标定系数和检验点像素坐标计算检验点实际位置坐标，计算比较检验点实际位置的计算值与测量值的偏差，当两者的偏差值小于预设偏差值时，执行下一步骤；根据被测水面特征点像素坐标获取被测水面特征点的实际高程值。本发明属于非接触方法，对测量对象无扰动；仪器架设简单，操作便携，成本低；侧向观测，适于复杂环境；自动化程度高，不存在临时观测人员操作安全隐患。

技术领域

本发明属于水力学观测技术领域，具体涉及一种水位波动过程非接触量测装置及方法，尤其适用于仪器架设条件困难或短历时测量的泄水建筑物现场水位观测。

背景技术

在水利工程的设计、运行与管理中，无论是长期还是临时观测，河道或涉水建筑物的实时水位数据均是日常管理和科学研究的最重要、最基本的信息。例如，对流域河道水位的观测，通常设置水文站专门对水位和流量等信息进行采集；对于涉水建筑物（如水库、大坝、溢洪道、泄洪洞、引航道、引水渠、平压井、电站尾水、水垫塘、防波堤等）以及上下游河道的水位，设计阶段一些特征水位是建筑物高程确定的关键参数，建筑物初期运行和调试阶段，水位数据及其波动过程是检验工程设计和评价工程安全性的重要参数。因此，高精度水位及水面波动过程的获取对水利水电工程枢纽和河道的安全运行及管理具有十分重要的作用。

在实验室和实际工程现场常需要对水位数据及水面波动过程进行实时观测。在实验室，测量水位的方法通常有水位测针法、直读法、测绳法、波高仪法、雷达水位计法、超声波水位计法等；在野外工程现场，获取水位资料的方法主要有水尺法、浮子式水位计法、压力水位计法、雷达水位计和超声波水位计法等。这些方法基本原理均是垂向设置标尺或传感器，仪器需设置于测量点正上方，这些方法均存在一些局限性，如：①测针、测绳或水尺：是一种接触式测量方法，需人工读取，自动化程度低，难以对水面进行连续测量，当水流速较高时，水尺在高速水流冲击下易损坏；②浮子式水位计：需设置测井，适用于低含沙水体的水位测量，需定期校正水位和清理管道内淤积，运行成本较高；③压力水位计：水下工作，精度受水体杂质及波浪影响，仪器校正复杂，故障率高；④超声波水位计和雷达水位计：采用声波反射原理，预装测量仪器并做好标定，需配套辅助设施，使用成本高。在实际应用中，有些需要对水位过程的长序列进行实时监测和反馈，水位量仪器设置相对固定，采样频率比较低，这种仪器设备安装和使用频率高、周期长，平均成本低；有些是短期的临时性观测，仪器临时使用和架设，采样频率也根据需求不同，这种仪器要求往往较高，但是使用周期不长，观测成本相对较高。对于某些过流建筑物（如溢洪道、泄洪洞、船闸引航道等），需对流道沿程水位及水面波动过程进行观测和反馈分析，需临时在流道及其上下游沿程布设多台水位观测仪器，这时仪器布设和安装难度大，因为这些需求在设计时没有要求，往往导致原型观测难度很大、危险系数高、仪器安装成本较高。而且，这些仪器和设备在短期使用期间往往还需要随时拆除和安装，对水位观测仪器提出了更高的要求，同时大大增加了投入成本。目前，随着现场观测等对水位观测需求和要求不断提高，亟需寻找一些新的水位观测的技术和方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足提供一种水位波动过程非接触量测装置及方法，本水位波动过程非接触量测装置及方法属于非接触方法，对测量对象无扰动；仪器架设简单和操作灵活便携，观测成本低，适合于复杂环境和临时观测条件；自动化程度高，不存在观测人员操作的安全隐患。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

一种水位波动过程非接触量测方法，包括：

（1）在观测水位断面附近设置标定点和检验点，所述观测水位断面铅垂向下延伸与被测水面线相交，交点为观测水位断面的水位特征点，所述标定点和检验点均与水位特征点位于同一参照平面内；

（2）测量所述标定点和检验点的实际位置坐标；