CN101000233A - 水下三维地形测量系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及了一种水下三维地形测量系统，它包括：计算机、支架、传送带、轮子、电机、发光装置和摄像机，其中：支架是架在被测量的水槽上端的支架，它的上端装有传送带，传送带由电机带动，轮子在传送带上滚动，轮子上装有发光装置，摄像机安装在垂直于发光装置发射出来的光面的水槽的相应侧面，计算机分别与发光装置、轮子、电机和摄像机电连接，本发明的水下三维地形测量系统基于数字图像识别原理，本发明充分结合数字摄像、激光和图像识别等先进技术，采用CCD摄像机摄取水下地形，应用三维数字重构水下三维沙波的模型，测量水下地形的实时变化，对开展水流和沙波的相关研究具有决定性的作用。

Description

水下三维地形测量系统
技术领域
本发明涉及了一种水下三维地形测量系统，特别是涉及了一种测量沙波形态的水下三维地形测量系统。
背景技术
目前，在水槽的浑水实验中，最困难的是测量床面的沙波形态，而沙波的形态又对水流的结构有重要的影响，水流与沙波的相关研究已经进行了约半个世纪，因测量手段的限制，理论上一直没有突破性的进展。
发明内容
本发明的发明目的是解决测量沙波形态的难题，而提供一种测量沙波形态的水下三维地形测量系统。
为了完成本发明的发明目的，本发明的一种水下三维地形测量系统包括：计算机、支架、传送带、轮子、电机、发光装置和摄像机，其中：支架是架在被测量的水槽上端的支架，它的上端装有传送带，传送带由电机带动，轮子在传送带上滚动，轮子上装有发光装置，摄像机安装在垂直于发光装置发射出来的光面的水槽的相应侧面，计算机分别与发光装置、轮子、电机和摄像机电连接；
本发明的一种水下三维地形测量系统，其中：所述发光装置包括：片光源、聚光镜和光导纤维，片光源装在发光装置的上端，聚光镜装在片光源的下端，光导纤维装在聚光镜的下端，从片光源发射出来的光线经过聚光镜的聚焦，导入光导纤维；
本发明的一种水下三维地形测量系统，其中：所述聚光镜包括：棱镜或凸透镜；
本发明的一种水下三维地形测量系统，其中：所述发光装置通过绳索装在轮子的转轴上；
本发明的一种水下三维地形测量系统，其中：所述计算机与发光装置的片光源电连接；
本发明的一种水下三维地形测量系统，其中：所述传送带是带有齿条的传送带，轮子是带有齿的轮子，轮子在传送带上滚动；
本发明的一种水下三维地形测量系统，其中：所述电机为变速电机：
本发明的一种水下三维地形测量系统，其中：所述摄像机是CCD摄像机；
本发明的一种水下三维地形测量素统，其中：所述片光源是激光片光源。
本发明的水下三维地形测量系统基于数字图像识别原理，本发明充分结合数字摄像、激光和图像识别等先进技术，采用CCD摄像机摄取水下地形，应用三维数字重构水下三维沙波的模型，测量水下地形的实时变化，对开展水流和沙波的相关研究具有决定性的作用。
附图说明
图1是本发明水下三维地形测量系统的立体示意图；
图2是图1中A向所示的传送带和轮子的连接关系的局部示意图；
图3是图1中B向所示的发光装置内的各部件、和计算机连接关系的示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明水下三维地形测量系统包括：计算机5、支架8、传送带2、轮子1、变速电机3、发光装置6和CCD摄像机7，支架8是架在被测量的水槽4上端的支架，它的上端装有传送带2，传送带2由变速电机3带动，传送带2是带有齿条的传送带，轮子1是带有齿的轮子，轮子1在传送带2上滚动(参见图2)。发光装置6通过绳索装在轮子1的转轴12上。摄像机7安装在垂直于发光装置6发射出来的光面的水槽4的相应侧面，计算机5分别与发光装置6、轮子1、变速电机3和CCD摄像机7电连接。
如图3所示，发光装置6包括：激光片光源9、聚光镜1和光导纤维11，激光片光源9装在发光装置6的上端，聚光镜1装在片光源9的下端，光导纤维11装在聚光镜10的下端，从片光源9发射出来的光线经过聚光镜10如：三棱镜的聚焦，进入光导纤维11后，导入要测量的水槽4的水中。聚光镜10也可以为凸透镜，计算机5与发光装置6的片光源9电连接。
工作原理：
在水槽的浑水实验中，水中的泥沙根据水流条件悬浮在水中或沉降到床面，沉降到床面的泥沙形成了一定的形状，即沙波。研究沙波的形状变化特征，并结合水流的紊动结构特性，才有助于更深地完善水沙相干理论。将本发明的水下三维地形测量系统安装于水槽4的测量断面，例如：在离水槽4进水口四分之三处，水流和泥沙基本稳定的断面。在水槽4的测量断面上方安装发光装置6，发光装置6中的激光片光源9发射出来的激光通过聚光装置10，进入光导纤维11，光导纤维11把激光片光源9发射出来的激光导入水中，在水中形成顺水流方向的一束片光源，在垂直于片光源的水槽4相应侧面安装高速CCD摄像机7，实时记录激光片光源11照射下的床面形状，水槽4的上方安装传送带2，它由变速电机3控制，带动激光片光源11沿水槽4横断面方向移动，使激光片光源11扫描水槽4断面的横截面，CCD摄像机7同步记录激光片光源11照射下床面的形状，即横断面每个光源照射下床面剖面，片激光光源11、传送带2和CCD摄像机7是由计算机5完全进行同步控制的，激光扫描整个横断面后，系统应用数学三维重构模型重建沙波的三维形状，重复测量，得到床面沙波的实时三维变化过程。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在不违背本发明的精神的情况下，本发明可以作任何形式的修改。

Claims (9)

1.一种水下三维地形测量系统，其特征在于：它包括：计算机(5)、支架(8)、传送带(2)、轮子(1)、电机(3)、发光装置(6)和摄像机(7)，其中：支架(8)是架在被测量的水槽(4)上端的支架，它的上端装有传送带(2)，传送带(2)由电机(3)带动，轮子(1)在传送带(2)上滚动，轮子(1)上装有发光装置(6)，摄像机(7)安装在垂直于发光装置(6)发射出来的光面的水槽(4)的相应侧面，计算机(5)分别与发光装置(6)、轮子(1)、电机(3)和摄像机(7)电连接。
2.如权利要求1所述的一种水下三维地形测量系统，其特征在于：所述发光装置(6)包括：片光源(9)、聚光镜(10)和光导纤维(11)，片光源(9)装在发光装置(6)的上端，聚光镜(10)装在片光源(9)的下端，光导纤维(11)装在聚光镜(10)的下端，从片光源(9)发射出来的光线经过聚光镜(10)的聚焦，导入光导纤维(11)。
3.如权利要求2所述的一种水下三维地形测量系统，其特征在于：所述聚光镜(10)包括：棱镜或凸透镜。
4.如权利要3所述的一种水下三维地形测量系统，其特征在于：所述发光装置(6)通过绳索装在轮子(1)的转轴(12)上。
5.如权利要求4所述的一种水下三维地形测量系统，其特征在于：所述计算机(5)与发光装置(6)的片光源(9)电连接。
6.如权利要求5所述的一种水下三维地形测量系统，其特征在于：所述传送带(2)是带有齿条的传送带，轮子(1)是带有齿的轮子，轮子(1)在传送带(2)上滚动。
7.如权利要求6所述的一种水下三维地形测量系统，其特征在于：所述电机(3)为变速电机。
8.如权利要求7所述的一种水下三维地形测量系统，其特征在于：所述摄像机(7)是CCD摄像机。
9.如权利要求8所述的一种水下三维地形测量系统，其特征在于：所述片光源(9)是激光片光源。
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