[发明专利]一种含水层水文地质参数测量装置及方法

权利要求书

1.一种含水层水文地质参数测量装置，其特征在于，包括探头、信号传输转换模块和计算机；

探头与信号传输转换模块连接，探头用于采集含水层地下水的流场图像以及探头本身的方位信息；

信号传输转换模与计算机连接，信号传输转换模用于将探头采集的含水层地下水流场图像和方位信息进行转码并传输给计算机；

计算机用于根据探头采集的含水层地下水流场图像以及方位信息计算含水层地下水的流速和流向。

2.根据权利要求1所述的一种含水层水文地质参数测量装置，其特征在于，探头包括工业相机和电子罗盘，信号传输转换模采用集成芯片，工业相机和电子罗盘能够将各自采集的数据传输给集成芯片，集成芯片用于将接收到的数据转码为计算机可识别的数字信号并传输给计算机；工业相机用于采集流场图像，电子罗盘用于采集工业相机的地理绝对方向。

3.根据权利要求2所述的一种含水层水文地质参数测量装置，其特征在于，探头还包括温度传感器和压力传感器，温度传感器和压力传感器能够将各自采集的数据传输给集成芯片，温度传感器和压力传感器用于分别测量地下水的温度数据和压力数据，集成芯片能够将地下水的温度数据和压力数据转码为计算机可识别的数字信号并传输给计算机。

4.根据权利要求3所述的一种含水层水文地质参数测量装置，其特征在于，工业相机、温度传感器、压力传感器和电子罗盘分别通过光纤与集成芯片连接。

5.根据权利要求2所述的一种含水层水文地质参数测量装置，其特征在于，还包括用于安装探头的圆筒(1)，圆筒(1)设置为两段，分别为位于上侧的第一圆筒(1-1)和位于下侧的第二圆筒(1-2)，第一圆筒(1-1)和第二圆筒(1-2)之间通过连接管(3)连接，集成芯片、工业相机和电子罗盘安装于第一圆筒(1-1)，其中，工业相机安装于第一圆筒(1-1)的下端；第二圆筒(1-2)顶部安装有作为工业相机拍摄的光源；圆筒(1)为不锈钢制圆筒；第一圆筒(1-1)和第二圆筒(1-2)之间通过若干连接管(3)连接，若干连接管(3)沿第一圆筒(1-1)以及第二圆筒(1-2)的周向均匀分布。

6.一种含水层水文地质参数测量方法，其特征在于，包括如下过程：

连续采集含水层地下水的流场图像；采集流场图像对应的方位信息；

从流场图像中识别地下水中粒子，计算粒子的运动速度；

根据粒子的运动速度以及所述方位信息获取含水层地下水的流速与流向。

7.根据权利要求6所述的含水层水文地质参数测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，采集含水层地下水的流场时序图像，采集流场时序图像对应的方位信息；

S2，对流场时序图像进行背景抹除和降噪处理，得到新图像；

S3，在所述新图像上，根据流场时序图像对应的方位信息，识别出单连通域粒子的坐标；

S4，将新图像上连续两帧图像中的粒子按坐标放置在相同的两个视窗之内，将连续两帧图像分割成以粒子点为内心、大小形状不同的多边形晶胞；采用匹配两帧晶胞的方式来得到两帧图像粒子之间的匹配结果；

S5，提取两帧图像中前一帧图像中的一个多边形晶胞的特征曲线，将该特征曲线与后一帧图像中等待被比较的多边形晶胞特性曲线进行相关性分析，将对应多边形晶胞特征曲线间的相关性最高的粒子作为同一粒子在前后两帧图像中的不同位置显示，完成前一帧图像中的一个多边形晶胞与后一帧图像中的一个多边形晶胞匹配；

S6，重复S5，直至前一帧图像中的所有粒子对应的多边形晶胞均与后一帧图像中的粒子对应的多边形晶胞完成匹配，至此完成两帧图像中前一帧图像中的所有粒子与后一帧图像中的粒子的匹配；

S7，根据匹配成功的粒子，得到连续两帧图像之间的粒子位移，所得粒子位移与对应的间隔时间的比值作为粒子的瞬时运动速度，根据所述瞬时运动速度和所述连续两帧图像得到的含水层地下水瞬时速度场；

S8，对于之后的流场时序图像，依次选取连续的两帧图像，重复进行S2～S7，最终得到含水层地下水的流速和流向。