[发明专利]一种堤坝异常渗流植被生长形态分析的试验装置及方法

权利要求书

1.一种堤坝异常渗流植被生长形态分析的试验装置，其特征在于，包括：堤坝土体模拟装置、土体浸润装置和扫描采集装置；

所述堤坝土体模拟装置包括第一壳体、坝体模拟材料和植被；所述第一壳体内填充坝体模拟材料，在坝体模拟材料的上表层覆盖植被；所述第一壳体的侧板上设有入水口；

所述土体浸润装置包括底座和设于底座上的第二壳体，所述第二壳体的侧板上设有出水口，所述入水口和出水口通过管件连接；

所述扫描采集装置包括支撑结构，以及设于支撑结构上的滑动轨道和升降装置；所述滑动轨道上设有扫描采集仪，所述扫描采集仪设于堤坝土体模拟装置的上方，所述升降装置调节扫描采集仪距离堤坝土体模拟装置的高度。

2.如权利要求1所述的一种堤坝异常渗流植被生长形态分析的试验装置，其特征在于，所述第一壳体为刚性立方体状空腔结构，顶部无盖板；

或，所述第二壳体为顶部无盖板、底部有底板的空腔结构，且底板高于堤坝土体模拟装置的入水口；

或，各组堤坝土体模拟装置之间通过隔热泡棉材料进行分隔。

3.如权利要求1所述的一种堤坝异常渗流植被生长形态分析的试验装置，其特征在于，所述堤坝模拟材料包括85％密实土体、95％密实土体和碎石层。

4.如权利要求3所述的一种堤坝异常渗流植被生长形态分析的试验装置，其特征在于，在第一壳体内，由上至下依次为85％密实土体、95％密实土体和碎石层；在每层坝体模拟材料内埋设湿度传感器。

5.如权利要求1所述的一种堤坝异常渗流植被生长形态分析的试验装置，其特征在于，所述支撑结构包括横向钢架和支撑架，所述横向钢架的两端分别连接支撑架，横向钢架设置在堤坝土体模拟装置的上方，两端的支撑架设置在堤坝土体模拟装置的两侧。

6.如权利要求1所述的一种堤坝异常渗流植被生长形态分析的试验装置，其特征在于，所述扫描采集仪的高度满足拍摄范围内存在至少一半的堤坝土体模拟装置；其中，高度满足：

其中，L、T为拍摄范围的长和宽；α、β为水平视场角和垂直视场角；H为高度。

7.如权利要求1所述的一种堤坝异常渗流植被生长形态分析的试验装置，其特征在于，通过向土体浸润装置内加水至指定高度，以浸润堤坝模拟材料，在堤坝模拟材料的土体浸润面高度到达设定值时，由扫描采集仪采集表层图像和表层点云数据，以根据表层点云数据对堤坝异常渗流进行判断，根据表层图像得到设定时间段内的植被生长变化状态。

8.一种堤坝异常渗流植被生长形态分析的试验方法，其特征在于，采用权利要求1-7任一项所述的一种堤坝异常渗流植被生长形态分析的试验装置，包括：

安装堤坝土体模拟装置、土体浸润装置和扫描采集装置；

通过向土体浸润装置内加水以浸润堤坝模拟材料，在堤坝模拟材料的土体浸润面高度到达设定值时，采集堤坝土体模拟装置的表层图像和表层点云数据；

对表层点云数据进行切割得到表层植被点云数据，并识别最高点作为表层植被点云高度；对所有堤坝土体模拟装置的表层植被点云高度取平均值，作为植被平均高度，根据植被平均高度对堤坝异常渗流进行判断；

根据表层图像得到植被区域的实际面积，以此得到设定时间段内的植被生长变化状态。

9.如权利要求8所述的一种堤坝异常渗流植被生长形态分析的试验方法，其特征在于，根据表层图像得到植被区域的实际面积的过程包括：

在表层图像中选取颜色最深的点作为植被区域初始中心，以颜色最浅的点作为地面区域初始中心，遍历所有像素点，依据灰度值分别计算像素点与植被区域中心点和地面区域中心点的距离，从而对像素点进行分类，同时调整植被区域和地面区域中心点的位置，直至所有像素点被分类；

统计植被区域像素点数量，得到植被区域像素在表层图像总像素中的占比，从而根据表层图像的实际面积得到植被区域的实际面积。

10.如权利要求8所述的一种堤坝异常渗流植被生长形态分析的试验方法，其特征在于，堤坝异常渗流的判断过程包括：将植被平均高度的增量结果按照水头进行分解，以浸润线原始高度、浸润线抬升高度为X轴和Y轴，以植被平均高度增加量为Z轴，绘制三维曲面；

若植被平均高度在三维曲面以上，则判断为发生异常渗流，若植被平均高度在三维曲面以下，则判断为未发生异常渗流。