图像处理技术在河工模型试验流场量测中的应用

本文系统介绍了图像处理在流场分析中的应用及摄录像系统的配置、操作和计算软件开发的一般原理，对系统的量测误差作了全面的分析并用专门设计的试验进行了检验，量测误差小于1.0％。本文研制开发的流场图像处理系统操作录活，软件功能齐全，能够快速得出全流场表面流速的大小和方向，为河工模型试验提供了一个全新的流场量测方法。     

河工模型试验量测新技术的开发及应用

量测技术水平是决定河工模型试验成果质量的关键因素之一。为此,介绍了近期在河工模型断面板制作、河势与流场观测、动床地形三维测量方面的研发成果,包括:提出了基于文本编辑的自动断面板脚本绘制方法,同时结合激光切割机的应用,解决了人工绘制断面板费时费力、数控雕刻机成本高和一般科研人员难以使用等问题;将无人机航拍技术应用于实验室河工模型试验流态、河势和流场观测,与常规固定式摄像机相结合,为试验成果的进一步分析提供了独特视角和丰富、可靠的参考信息;将运动结构恢复三维地形重建技术应用于河工模型冲淤地形测量中,并结合河工模型试验冲淤地形的特点提出具体应用方法。     

粒子图像测速技术在河工模型试验中的应用

近年来计算机图像处理技术有了很大的发展，已在许多生产、科研领域中得到广泛应用，粒子图像测速系统是该技术在河工模型表面流场测量中的应用，它将芯片技术、计算机技术、图像技术和数字信号技术等结合在一起，利用流体中跟随性较好的示踪粒子的成像来测量流体的速度，能实现对模型表面流场的实时采集、处理，最后生成流场矢量分布图，具有测量速度快、精度高、范围广的优点，该系统在南水北调中线穿黄河段河工模型流场测量中取得     

河工模型实时浑水地形自动量测系统的研制与应用

基于含沙量沿垂线分布出“拐点”的规律和探测沿垂线方向含沙浑水电阻率的物理方法，根据多年研究基础，利用泥沙、机械、电子、计算机等多学科综合技术，研制开发了河工模型实时浑水地形自动量测系统。本系统具有适应能力强、测量准确、实时性强、远程控测、数据在线处理等特点，解决了多年困扰黄河动床模型水下地形实时测量的特殊问题，为水利工程设计提供了科学依据。     

WJZK流量水位自动控制系统在河工模型试验中的应用

介绍了由计算机和PLC组成的WJZK流是水位自动控制系统，并说明了控制系统的构成和用组态软件完成控制，动态实时显示以有进行数据处理的方法。该系统已成功应用于北江新沙洲河段整治工程动床模型试验，北江芦苞黄塘险段河道整治工程动床模型试验中，并取得了令人满意的效果。     

河工模型试验目标水位突降时尾门水位的控制

针对河工模型试验过程中目标水位下降幅度过大时可能造成尾门开启过度、流速急剧增加,从而导致动床地形冲毁的现象,提出了一种尾门平稳过渡控制的方法。即在试验开始阶段,停止尾门调节器PID(proportion-integration-differentiation)控制模式,采用逐步开启尾门,直至模型水位接近目标水位后再自动转入PID调节模式。在试验过程中,目标水位降幅超过设定的正常幅度后,调节器自动将目标水位变化分解为按阶梯逐步下降的过程,阶梯的幅度和持续时间可以根据实际模型事先整定。将新方法应用到长江防洪模型供水系统,并嵌入到尾门PID调节系统中。试验表明采用这些方法后,能有效抑制目标水位降幅过大时造成尾门的超调,保证了尾门水位的平稳过渡,并且有效提高了尾门控制的平稳性和试验系统的可靠性;新方法使得水位调节平衡的时间有所增加,应根据模型的特性,选择适当的控制参数。     

MCGS组态软件及其在大型河工模型试验中的应用

在进行淮河干流正阳关至田家庵段河工模型自动检测与控制系统的研制工作中，我们首次将工控组态竽大型河工模型试验，取得了很好的效果。本文将结合该模型试验中自动测控系统的研制工作，对MCGS组态软件的特性及其在大型河工模型试验中的二次开发应用等内容作一简要的介绍。     

PhotoShop和AutoCAD软件在河工模型试验中的应用

将PhotoShop和AutoCAD软件相结合使用,可绘制直观的河道地形、流场和工程的叠加图形,并对绘制过程中可能出现的问题及解决方法进行了说明．所采用的方法简单易行,可广泛应用于河工模型试验研究中.     

水利工程模型试验量测技术的发展

分析研究了水利工程模型试验概况、水利工程模型试验量测技术和仪器设备以及水利工程模型试验量测技术的发展,提出了解决国民经济建设中大量工程技术难题所采取的手段和方法,为工程项目的规划设计和管理提供科学依据.     

基于DPIV的河工模型试验流速数据处理与分析

利用水流运动的基本规律,对DPIV测量结果中的错误信息进行了判别和剔除;以MATLAB为工具,采用流体运动的连续性方程、Kriging方法等对剔除错误信息后的有效数据进行离散数据点的网格插值,可得到全流场以及各个量测断面的流速分布;利用计算水力学理论,进一步探讨了流线、等流速线、涡度和涡线等流场特征参数的计算方法。     

DPIV系统在河工模型试验中的应用研究

河工模型有同其它模型不同的特点，给流场的测量带来一定的困难，而DPIV系统是一种适合于河工模型的快速的流场测量方法。本文根据河工模型流场测量的特点建立了一套DPIV系统，可以对近平方米区域内的流体表面流场进行快速测量。并且根据河工模型中示踪粒子分布的特点，提出了DPIV速度计算的改进算法，提高了速度计算的效率，达到了对河工模型流场的实时测量和记录的要求。     

计算机技术在河工模型试验控制中的应用

在南水北调穿黄河河道模型试验中，应用计算机集中控制技术实现了模型流量，加沙量，水位的集中控制和试验数据采集，实际应用表明该系统不仅增强对模型试验的控制能力，提高控制精度，而且能简化控制操作步骤，减少试验控制人员，提高工作效率。     

超声在线含沙量量测技术在"模型黄河"工程中的应用研究

简述了超声在线含沙量量测技术在基于模型沙为粉煤灰的“模型黄河”工程建设中的应用情况。利用超声波含沙量传感器,辅以控制设备、网络接口等设备,成为具有在线量测功能的量测仪器。该仪器克服了传统人工取样的量测方法效率低、对水流影响大等缺点。本文介绍了开展该项研究的背景、所用传感器的性能特点以及研究过程开展的率定试验等情况。     

河工模型断面垂线流速自动测量系统的研制

针对目前河工模型试验测量断面垂线流速还需要通过人工定位测量的问题,开发研制出具有全自动功能特征的断面垂线流速自动测量系统。测量系统结合二维平面自动定位测桥,自动三维地形仪等先进技术,在将断面地形的测量数据用于垂线流速测点定位的基础上,增加了断面水面边界的测量,既为流速传感器定位范围提供依据,也为后续计算提供依据,同时采用多流速传感器快速定位同步测量的方法,在实现大面积流速同步测量技术上有所突破,解决了人工测量定点速度慢、效率低的问题,适应了模型试验发展需求,提升了河工模型试验研究水平。     

粒子测速系统在潮汐河口河工模型试验中的应用

在潮汐河口河工模型试验中采用粒子测速(PIV／PTV)系统测量流场，具有快速、精度高的优点，开发的PIV／PTV系统数据处理分析软件，可实现模型试验中流场的可视化。     

核子密度仪在河工模型地形制作中的应用

为保证小浪底库区模型试验中地形模拟的进度与质量,引进了Mc-3型核子密度仪,实现了现场快捷、准确地检测模型沙的湿密度、干密度、含水量等。与环刀法的对比试验结果表明:在核子密度仪中加入修正值后,与环刀法检测结果的偏差明显减小,模型地形检测的速度、精度得到了提高。     

红外热成像技术在地质力学模型试验中的应用研究

目前地质力学模型试验的量测方法主要为电子量测、光纤光栅量测等接触式量测方式,而接触式量测设备在布置过程中都会对模型结构造成一定影响。为探究从能量角度分析地质力学模型试验的可能性,实现试验过程中非接触、具象化量测的目的,在胶凝砂砾石坝地质力学模型试验中,采用红外热成像实时量测技术对模型超载破坏试验进行量测研究。研究结果表明：(1)模型地基中结构面在外荷载作用下发生挤压、错动时,会导致其局部温度上升。因此模型热成像的对比度及材料温度变化值,可作为判别大坝失稳的依据。(2)在模型材料破坏试验中,通过热成像仪得到材料破坏的温度变化值ΔT在1.2~1.8℃范围内,破坏区域出现明显温度变化,从试验现场和红外图像上均可发现明显异常,并以此提出基于热成像试验的破坏判据。(3)当模型试验超载至超载安全系数K_p=6.6时,其热像图中地基各结构面贯通区域温度变化值均达到破坏阈值,此时试验大坝发生滑移翻转的失稳破坏。利用红外热成像技术可以对模型结构的表面温度开展有效、实时且准确的监测,为后续的地质力学模型试验开展提供新的量测手段和分析角度。     

水电站洞群模型试验中位移量测方法的应用研究

岩土工程物理模型试验是一种重要的工程稳定研究的模拟方法，与数值分析方法相比，除了能较好地模拟施工过程和对洞群稳定性的影响之外，更重要的是能够模拟出围岩破裂的形态和过程。但是许多制约因素使得这类试验难以达到预期效果，其中包括试验过程中物理量的量测问题。本文以双江口水电站洞群大型三维模型试验为研究对象，为解决洞周围岩和边墙关键点微小位移的量测问题，在试验开挖过程中采用了数字照相变形量测技术和基于光纤布拉格光栅(FBG)的特殊棒式位移传感器，并研制了以高精度光栅尺为传感器的微型多点位移计监测做记录。经计算分析后，可获得洞室在加载与开挖过程中的洞室围岩和边墙关键点位移的变化过程与规律曲线。研究结果表明：多种量测方法在洞周围岩和边墙关键点位移量测方面的应用和研究取得了令人满意的效果。     

智能水表在河工模型中的应用

 深圳河口河工模型因占地面积较大,干、支流进口较多且位置分散,不仅给供水系统的布置带来很大困难,而且使得模型设备投资较大。为了解决经费不足带来的压力,要求模型所用流量计既要满足测量精度又要价格低廉。为此,在模型试验研究中首次采用了水表流量计（简称水表）。该水表是一种速度式仪表,具有起动流速低、测量范围宽、重复性好、结构简单、使用操作及维修方便且价格低廉等优点,并具有很好的性价比。水表安装使用时采取了相应的完善措施,经过试验运行表明,该水表满足河工模型试验中的测量要求,并取得了较好的应用效果。