CN103669279A - 一种大水深河床泥沙运动观测系统 - Google Patents

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杨胜发
李文杰
胡江
付旭辉
陈阳
肖毅
王洁
邓懿
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Abstract

本发明公开了一种大水深河床泥沙运动观测系统，包括：摄像头、光源、图像处理系统、超声波流速仪、测量架；摄像头和光源配合捕捉粗颗粒卵石的运动和河床细颗粒泥沙的起悬运动，图像处理系统，接收摄像头和光源的信号，用于对信号进行处理、分析，超声波流速仪与摄像头和光源配合，用于测量不同泥沙运动状态下的流速，测量架与所有仪器配合，用于大水深条件下仪器的升降。本发明有效的观测大水深河床泥沙运动系统，有效观测了大水深条件下，粗颗粒卵石的运动规律，河床细颗粒泥沙的起悬运动，河床组成成分，为大水深下河床泥沙运动机理的研究提供支撑数据，为河床演变分析提供必要保证，为大水深河流的航道整治提供重要的参考，提高了观测效果。

Description

一种大水深河床泥沙运动观测系统
技术领域
本发明属于泥沙研究技术领域，尤其涉及一种大水深河床泥沙运动观测系统。
背景技术
河流航道的整治以及航运条件的的改善极大的依赖于对水沙运动机理的掌握。
关于卵石推移质和细颗粒泥沙的运动规律，国内外学者已进行了大量研究，但由于原型观测资料有限和测量手段的限制，仍有不少问题需进一步研究。
研究卵石推移质运动，除考虑水文因素以外，卵石河床本身的构成、卵石的粒径和比重等物理因素，也是研究的基础资料，而目前在某些理论和工程计算中，往往因对这些基础资料观测不多而造成应用上的缺陷.部分原型观测资料表明：卵石河床的河床质和推移质不仅在粒径上有很大差异而且比重也不同，掌握了两者的粒径和比重的差异对于计算卵石的起动流速和断面输沙率以及分析河床演变，都可较为切合天然实际。
在河床床面形态的研究中，卵石沙波形态变化较为复杂，到目前还没有被充分地认识，从表观现象看，卵石沙波的波长在100m的量级，波高1-3m，滩面由大于80mm的粗卵石组成，有一定的二维特征，其与传统的沙垄形态的异同仍需进一步原型观测资料来分析。
在悬移泥沙的输移计算中，无论是通过求解积分非守恒型悬沙扩散方程得到悬移泥沙含沙量；亦或是通过求解床演变方程，得到河床变形量.我们都可以看出其中最为关键的问题是：如何来描述悬沙在其底部边界所发生的质量交换现象，即如何确定悬沙的起悬与沉降量，尽管许多学者给出了很多的经验公式，但是与实际情况均有一定的出入，这很大一部分原因是由于缺乏原型泥沙起悬资料，进而对细颗粒泥沙的起悬规律认识不够。
上述情况在大水深条件，更是缺乏系统的观测，使人们对于河流航道的整治以及航运条件的的改善方面很难取得突破进展。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种大水深河床泥沙运动观测系统，旨在解决现有技术在大水深条件存在的缺乏系统的观测，使人们对于河流航道的整治以及航运条件的的改善方面很难取得突破进展的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种大水深河床泥沙运动观测系统，所述大水深河床泥沙运动观测系统包括：摄像头、光源、图像处理系统、超声波流速仪、测量架；
所述摄像头和光源配合捕捉粗颗粒卵石的运动和河床细颗粒泥沙的起悬运动，所述图像处理系统，与所述摄像头和光源连接，接收所述摄像头和光源的信号，用于对信号进行处理、分析，所述超声波流速仪与所述摄像头和光源配合，用于测量不同泥沙运动状态下的流速，所述测量架与所述所有仪器配合，用于大水深条件下仪器的升降。
进一步、所述摄像头和光源通过防水数据线连接图像处理系统。
进一步、所述摄像头采用高强度的防撞外壳和高强度、高透明度的玻璃罩，通过图像处理系统可控制其旋转。
进一步、所述光源采用了多个光源安装在摄像头周围。
进一步、所述超声波流速仪具有无线和防水功能，安装位置与摄像头平行，在水下测量对应泥沙运动的流速。
进一步、所述测量架通过自重保持稳定，下方设置抓手抓靠河床，控制所述摄像头、光源和超声波流速仪的升降。
本发明的大水深河床泥沙运动观测系统，有效的观测大水深河床泥沙运动的系统，有效的观测了大水深条件下，粗颗粒卵石的运动规律，河床细颗粒泥沙的起悬运动，河床组成成分等，为大水深下河床泥沙运动机理的研究提供支撑数据，为河床演变分析提供必要保证，同时为大水深河流的航道整治提供重要的参考，在保证设备正常运行的同时，使观测效果达到最佳，在使用中可以得到广泛的推广。
附图说明
图1是本发明实施例提供的大水深河床泥沙运动观测系统的结构示意图。
图中：1、摄像头；2、光源；3、图像处理系统；4、超声波流速仪；5、测量架
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1示出了本发明提供的大水深河床泥沙运动观测系统结构。为了便于说明，仅仅示出了与本发明相关的部分。
本发明的大水深河床泥沙运动观测系统，该大水深河床泥沙运动观测系统包括：摄像头、光源、图像处理系统、超声波流速仪、测量架；
摄像头和光源配合捕捉粗颗粒卵石的运动和河床细颗粒泥沙的起悬运动，图像处理系统，与摄像头和光源连接，接收摄像头和光源的信号，用于对信号进行处理、分析，所述超声波流速仪与所述摄像头和光源配合，用于测量不同泥沙运动状态下的流速，所述测量架与所述所有仪器配合，用于大水深条件下仪器的升降。
作为本发明实施例的一优化方案，摄像头和光源通过防水数据线连接图像处理系统。
作为本发明实施例的一优化方案，摄像头采用高强度的防撞外壳和高强度、高透明度的玻璃罩，通过图像处理系统控制摄像头旋转。
作为本发明实施例的一优化方案，光源采用了多个光源安装在摄像头周围。
作为本发明实施例的一优化方案，无线防水超声波流速仪安装位置与摄像头平行，测量对应泥沙运动的流速。
作为本发明实施例的一优化方案，测量架通过自重保持稳定，下方设置抓手抓靠河床，控制所述摄像头、光源和超声波流速仪的升降。
下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。
如图1所示，本发明实施例的大水深河床泥沙运动观测系统包括：摄像头1、光源2、图像处理系统3、超声波流速仪4、测量架5；由摄像头1和光源2配合捕捉粗颗粒卵石的运动和河床细颗粒泥沙的起悬运动，通过数据线将与水上图像处理系统3相连；
摄像头1采用了高强度的防撞外壳和高强度、高透明度的玻璃罩，光源2采用了4个光源，数据连接线为150m。超声波流速仪4具有无线防水功能；测量架5采用1立方米的方形，自重200斤。
本发明的具体实施例为：
本发明通过水下光源2和摄像头1捕捉粗颗粒卵石的运动和河床细颗粒泥沙的起悬运动，考虑到大水深条件下水流条件复杂，流速变化大等因素，对摄像头1采用了高强度的防撞外壳和高强度、高透明度的玻璃罩，在保证设备正常运行的同时，使观测效果达到最佳，数据线将观测结果传递到水上图像处理系统3，经处理后得到水下的运动图像，分析得到运动规律。超声波流速仪4无线防水，与摄像头平行，测量数据记录在内存中，测量完毕后取出，通过与图像的时间校订得到对应泥沙运动的流速。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种大水深河床泥沙运动观测系统，其特征在于，所述大水深河床泥沙运动观测系统包括：摄像头、光源、图像处理系统、超声波流速仪、测量架；
所述摄像头和光源配合捕捉粗颗粒卵石的运动和河床细颗粒泥沙的起悬运动，所述图像处理系统，与所述摄像头和光源连接，接收所述摄像头和光源的信号，用于对信号进行处理、分析，所述超声波流速仪与所述摄像头和光源配合，用于测量不同泥沙运动状态下的流速，所述测量架与所述所有仪器配合，用于大水深条件下仪器的升降。
2.如权利要求1所述的大水深河床泥沙运动观测系统，其特征在于，所述摄像头和光源通过防水数据线连接图像处理系统。
3.如权利要求1所述的大水深河床泥沙运动观测系统，其特征在于，所述摄像头采用高强度的防撞外壳和高强度、高透明度的玻璃罩，摄像头可旋转以便在大水深条件下仪器发生倾斜时调整最佳摄像角度。
4.如权利要求1所述的大水深河床泥沙运动观测系统，其特征在于，所述光源采用了多个光源围绕在摄像头周围，以便摄像头旋转时可提供多角度的光源。
5.如权利要求1所述的大水深河床泥沙运动观测系统，其特征在于，所述图像处理系统，可控制摄像头旋转，拍摄泥沙运动录像，录像中内置时间记录。
6.如权利要求1所述的大水深河床泥沙运动观测系统，其特征在于，所述超声波流速仪安装位置与摄像头平行，内置时间记录，通过与图像处理系统的时间校对来测量对应泥沙运动的流速。
7.如权利要求1所述的大水深河床泥沙运动观测系统，其特征在于，所述测量架通过自重保持大水深条件下的稳定，测量架下方设置抓手以抓靠河床，所述光源、摄像头和超声波流速仪固定于测量架上进行升降，图像处理系统在水面外摄像。
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