[发明专利]一种基于水下粒子测速的明渠流量测量系统和方法

权利要求书

1.一种基于水下粒子测速的明渠流量测量系统，其特征在于：包括，

水下PIV测量系统，包括布设在水下的气泡发生器，气泡发生器的下游设置有正对气泡发生器上方区域的激光器，在河床的一侧还设置有正对气泡发生器上方区域的照相机；

水位测量系统，包括水位计，用于测量水位；

数据处理系统，包括嵌入式单片机，用于完成视频处理与图像处理，并结合水位信息完成流量计算；

供电系统，用于为整个系统供电，所述气泡发生器、激光器照相机、水位计以及数据处理系统均与供电系统连接；

远程监测设备，用于接收数据处理系统的处理数据。

2.根据权利要求1所述的一种基于水下粒子测速的明渠流量测量系统，其特征在于：所述气泡发生器和激光器共同安装在一支架上，所述支架下滑动连接有垂直水流方向设置的导轨，所述电机能够驱动支架在导轨上滑动，所述电机与供电系统连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于水下粒子测速的明渠流量测量系统，其特征在于：所述河床内嵌设有透明的防水盒，所述照相机设置在防水盒内。

4.根据权利要求1所述的一种基于水下粒子测速的明渠流量测量系统，其特征在于：所述水位计采用压力式水位计。

5.根据权利要求1所述的一种基于水下粒子测速的明渠流量测量系统，其特征在于：所述供电系统包括光伏太阳能板、蓄电池与光伏控制装置。

6.一种利用权利要求1-5所述的明渠流量测量系统的测量方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1：在实验室环境下确定水位h、气泡的上升速度v1与前进速度v2与水速v的函数关系v＝f(h，v1，v2)；

S2：读取光源坐标，确定测量截面位置；

S3：标定相机，进行畸变校正；

S4：开启气泡发生器，生产并播撒示踪粒子；

S5：相机拍摄视频并进行分帧处理；

S6：完成图像预处理后采用多帧连续互相关处理得到气泡运动信息；

S7：压力式水位计同步采集水位信息；

S8：结合v＝f(h，v1，v2)判断拍摄区域的水速情况；

S9：通过电机同步改变激光光源与气泡发生器的位置，重复步骤S2-S8，获取不同截面的水流流速分布情况；

S10：通过面积-流速法积分得到明渠的流量。