TWI655436B - 量測水流系統及方法 - Google Patents

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Abstract

一種量測水流系統及方法。該方法包含：利用一溫水置放裝置，將溫水置入該水流中；利用一熱感應攝影機，拍攝一水流影像；及利用一計算裝置，計算出該水流影像中的溫水影像部分之移動速度，以及該水流之流速分佈。

Description

量測水流系統及方法
本發明是有關於一種量測系統及方法，特別是指一種量測水流系統及方法。
台灣目前河川流速量測方式包括有三種：(1)普萊氏或旋槳式流速儀；(2)浮標法；(3)手持式雷達波表面流速量測儀(或稱為雷達測速槍，簡稱SVR)。普萊氏或旋槳式流速儀通常以一點式(0.6水深)或二點式(0.2及0.8水深)方法測得之流速做為量測位置之平均流速。若是河川流速超過普萊氏或旋槳式流速儀之適用範圍 0.3~4 m/s，則採用浮標法。
為增加河川流速量測參考性， 台灣河川管理單位於2005 年起使用手持式雷達波表面流速量測儀輔助進行河川表面流速量測作業。以上述方式測得之平均流速將與水位配合斷面量測所推估之通水斷面積進行乘積而得流量。以上所規範之流量觀測方式皆需以人工方式進行觀測作業，因此需要大量人力。此外，目前規範之觀測頻率低，因此不容易掌握完整洪水流量變化歷程，因此也不利於防洪預警。再者，洪水通常發生於颱風期間，因此流量觀測作業人員常需暴露於風雨之中，對於人員安全產生極大威脅，因此人工流量觀測作業逐漸式微而需改以非接觸自動化儀器取代。
因此，目前亦有將保麗龍當成參考的質點放入要量測流速的河川內，再使用影像拍攝/錄影的方式，繼而從質點的位置變化算出河川的流速。此方法雖可算出河川的流速，但是要從戶外的河川回收做為參考質點的保麗龍不太容易，反而容易造成環境汙染。
所以，有必要尋求解決之道。
因此，本發明之目的，即在提供一種量測水流系統。
於是，本發明量測水流系統，適用於量測河川或海洋之水流，並包含一溫水置放裝置、一熱感應攝影機，及一計算裝置。該溫水置放裝置設置於該水流上方，並用以置放溫水於該水流中。該熱感應攝影機設置於該水流上方，並用以拍攝一水流影像。該計算裝置耦接至該熱感應攝影機，並用以計算出該水流影像中的溫水影像部分之移動速度，以及該水流之流速分佈。
本發明之另一目的，即在提供一種量測水流方法。
於是，本發明量測水流方法，適用於量測河川或海洋之水流，並包含下列步驟：(a)利用一溫水置放裝置，將溫水置入該水流中；(b)利用一熱感應攝影機，拍攝一水流影像；及(c)利用一計算裝置，計算出該水流影像中的溫水影像部分之移動速度，以及該水流之流速分佈。
本發明之功效在於：由於利用溫水置放裝置放置溫水質點於河川或海洋之水流中，故沒有使用保麗龍參考質點導致的環保、回收等問題；再者，不需使用高價位、高維護費用之雷達流速儀器，而僅需透過橫跨於整個河面跨距之溫水置放裝置、單一台熱感應攝影機，以及計算裝置之間的協同運作，即可達成河面跨距之流速量測；另外，觀測作業人員不需至洪水現場，即可利用本發明非接觸式自動化儀器遠端觀測水流流速，因而不會有因暴露於風雨之中而需面對的安全威脅。
參閱圖1、2、3，本發明量測水流系統之實施例，適用於量測河川或海洋之水流9，並包含一溫水置放裝置1、一熱感應攝影機2，以及一計算裝置3。
該溫水置放裝置1設置於該水流9上方，並用以置放溫水19於該水流9中。在本實施例中，該溫水置放裝置1包括一儲水單元11及一加熱單元12。
該儲水單元11具有一收集雨水的收集口111、一與該收集口111相連通並用以儲存雨水的保溫儲水容器112、數個與該儲水容器112相連通的放水口113，以及數個用以控制該儲水容器112中的雨水是否能分別從該等放水口113流出之開關114。
該加熱單元12設置於該儲水容器112，並用以將該儲水容器112中的雨水加熱成該溫水19，因而從該等放水口113流出的雨水為溫水19。在本實施例中，該加熱單元12為一電熱器121；或者，該加熱單元12也可以是一用以讓太陽光通過以將該儲水容器112中的雨水加熱成溫水19之透明玻璃122。
該熱感應攝影機2設置於該水流9上方，並用以拍攝該水流9之一水流影像20。在本實施例中，該熱感應攝影機2可以是例如一紅外線攝影機。
該計算裝置3耦接至該熱感應攝影機2，並用以計算出該水流影像20中的溫水影像部分201之移動速度，以及該水流9之流速分佈，且具有一用以顯示該水流影像20以及該水流9之流速分佈之顯示器31。在本實施例中，該計算裝置3與該熱感應攝影機2之間的耦接方式可以是有線或無線。
參閱圖1至6，本發明量測水流方法之實施例，適用於以如上所述的量測水流系統來量測河川或海洋之水流9，並包含下列步驟。首先，如圖6步驟41所示，利用該溫水置放裝置1，將溫水19置入該水流中。在本實施例中，該步驟41可進一步細分為以下子步驟：將收集的雨水儲存於該溫水置放裝置1之儲水容器112中；再利用該溫水置放裝置1之加熱單元12，將該儲水容器112中的雨水加熱成溫水19；繼而控制儲水容器112中的溫水19從放水口113流出。
接著，如步驟42所示，利用該熱感應攝影機2，拍攝在一時間區間內的該水流9之水流影像20。例如，圖3繪示顯示於該計算裝置3之顯示器31上的熱感應影像示意圖，其為該熱感應攝影機2在該時間區間之一第一時間(例如圖3上所示的22時23分57秒)拍攝的熱感應水流影像20，其中，該熱感應水流影像20包括一正移動至圖中所示位置的溫水影像部分201。然後，如圖4所示，當拍攝時間到達該時間區間之一第二時間(例如圖4上所示的22時24分56秒)時，該溫水影像部分201已移動至圖中所示位置。
接著，如步驟43所示，利用該計算裝置3，計算該水流影像20中的溫水影像部分201之移動速度，以及該水流之流速分佈。例如，圖5繪示位於沙灘29附近的海邊監視站之熱感應攝影機2拍攝到的熱感應影像，其中，海面水流影像20上的眾多箭頭即是代表該計算裝置3計算出的流速分佈，亦即表面流場變化。
然後，如步驟44所示，該計算裝置3之顯示器31顯示如圖3-5所示的水流影像20以及水流之流速分佈。
綜上所述，本發明量測水流系統及方法具有下列之功效及特點：(1)由於利用太陽光照或電熱器121將收集的雨水加熱成溫水質點，故沒有使用保麗龍參考質點所導致的環保、回收等問題；(2)本發明不需使用高價位、高維護費用之雷達流速儀器，而僅需透過橫跨於整個河面跨距之儲水單元11之數個放水口113、單一台熱感應攝影機2，以及計算裝置3之計算程式之間的軟硬體協同運作，即可達成河面跨距之流速量測；(3) 觀測作業人員不需至洪水現場，即可利用本發明非接觸式自動化儀器遠端觀測水流流速，因而不會有因暴露於風雨之中而需面對的安全威脅；(4)本發明量測水流系統及方法可進一步整合災情監測與通報系統，進行自動化處理與即時流速回報。所以，確實能達成本發明的目的。
惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。
1 溫水置放裝置 11···· 儲水單元 111·· 收集口 112·· 儲水容器 113·· 放水口 114·· 開關 12··· 加熱單元 121·· 電熱器 122·· 透明玻璃 19··· 溫水 2····· 熱感應攝影機 20··· 水流影像 201·· 溫水影像部分 29··· 沙灘 3····· 計算裝置 31··· 顯示器 41~44 步驟 9····· 水流
本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一架構示意圖，說明本發明量測水流系統之實施例； 圖2是一示意圖，說明該實施例中該量測水流系統之一溫水置放裝置； 圖3是一熱感應影像示意圖，說明該實施例中該量測水流系統之一熱感應攝影機在一第一時間所拍攝的熱感應影像； 圖4是一熱感應影像示意圖，說明該實施例中該量測水流系統之熱感應攝影機在一第二時間所拍攝的熱感應影像； 圖5是一流速分佈示意圖，說明該實施例中該量測水流系統之一計算裝置所計算並顯示的海面之流速分佈；及 圖6是一流程圖，說明本發明量測水流方法之實施例。

Claims (6)

  1. 一種量測水流系統，適用於量測河川或海洋之水流，並包含：一溫水置放裝置，設置於該水流上方，並用以置放溫水於該水流中，且包括：一儲水單元，具有一收集雨水的收集口、一與該收集口相連通並用以儲存該雨水的儲水容器、數個與該儲水容器相連通的放水口，以及數個用以控制該儲水容器中的雨水是否能分別從該等放水口流出之開關；及一加熱單元，設置於該儲水容器，並用以將該儲水容器中的雨水加熱成該溫水，因而從該等放水口流出的雨水為該溫水，其中，該加熱單元為一用以讓太陽光通過以將該儲水容器中的雨水加熱成該溫水之透明玻璃；一熱感應攝影機，設置於該水流上方，並用以拍攝一水流影像；及一計算裝置，耦接至該熱感應攝影機，並用以計算出該水流影像中的溫水影像部分之移動速度，以及該水流之流速分佈。
  2. 如請求項1所述之量測水流系統，其中，該熱感應攝影機為一紅外線攝影機。
  3. 如請求項1所述之量測水流系統，其中，該計算裝置還用以顯示該水流影像以及該水流之流速分佈。
  4. 一種量測水流方法，適用於量測河川或海洋之水流，並包含下列步驟：(a)利用一溫水置放裝置，將溫水置入該水流中，其中，該(a)步驟包括下列子步驟：(a-1)將收集的雨水儲存於該溫水置放裝置之一儲水容器中；(a-2)利用該溫水置放裝置之一加熱單元，將該儲水容器中的雨水加熱成該溫水，其中，該加熱單元為一用以讓太陽光通過以將該儲水容器中的雨水加熱成該溫水之透明玻璃；及(a-3)控制該溫水從該溫水置放裝置之數個放水口流出；(b)利用一熱感應攝影機，拍攝一水流影像；及(c)利用一計算裝置，計算出該水流影像中的溫水影像部分之移動速度，以及該水流之流速分佈。
  5. 如請求項4所述之量測水流方法，其中，在該(b)步驟中，該熱感應攝影機為一紅外線攝影機。
  6. 如請求項4所述之量測水流方法，還包含一在該(c)步驟之後的(d)步驟：該計算裝置顯示該水流影像以及該水流之流速分佈。
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