复杂光照条件下基于光流的水运航道流速检测算法

实时准确的河流表面流速数据是现代化水运调度和防洪的重要依据,但传统的仪器测速法大多需要人工实地参与,危险系数高且无法满足大规模系统部署的要求。相比之下,图像测速法不需要直接接触河流,可以依据摄相机获取的连续帧得到近乎实时的速度信息。然而,光流估计作为当前主流的图像测速法,是针对刚体运动提出的,没有考虑流体本身的性质,在河流表面等相似度高的场景中泛化能力较弱。为提高基于光流估计循环全对场变换(RAFT)模型的水流流速算法估算精度,提出一种改进的光流估计测速方法。在特征提取部分增加卷积块注意力模块(CBAM),增强其对河流表面波纹和示踪粒子运动的识别能力。通过优化光流迭代更新部分的损失函数,引入能体现流体运动特征的角误差损失和旋度散度平滑损失,并且为损失函数匹配随迭代次数呈指数增长的权重因子,突出高次迭代结果对于整体结果的显著影响。为验证改进方法的有效性,使用不同场景河流数据集对其进行性能评估,结果表明,该方法在复杂光学噪声场景下的平均相对误差为11.37%,具有较好的鲁棒性,能够生成更精准的表面速度空间分布图。

基于微动勘探技术的断裂带堆积层滑坡滑动面提取分析

选择舟曲县东山镇牙豁口滑坡作为研究对象,采集滑坡体的微动信号进行后期处理,通过与钻孔数据对比发现,单点反演获得的S波速度结构与视S波速度剖面均能清晰显示滑动面位置.微动探测结果显示新滑坡的滑动面埋深在10~35 m,平均埋深为9.1 m,钻孔揭露新滑动面平均埋深为10 m;微动探测结果显示老滑坡滑动面埋深在15~52 m,平均埋深为19.6 m,钻孔揭露新滑动面平均埋深为20 m.测试不同的采集时间、不同频率的检波器对探测深度和精度的影响,发现对该类滑坡应选取三重圆台阵, 4.5 Hz检波器, 90 min的采集时长.表明微动勘探方法是探测断层破碎带堆积层滑坡滑动面的一种有效方法,对于白龙江流域广泛分布的断层破碎带堆积层滑坡滑动面的探测,具有很好的技术优势以及应用前景.

基于山溪性河流水面流速系数分析

八宝河为典型的山溪性河流,多点法测速难度较大。通过对八宝河水量控制站祁连水文站(以下简称祁连站)流量测验断面测速垂线相对水深位置0.0、0.6的测点流速进行分析,计算出水面流速系数试验值范围,推导出一点法半经验公式试验系数,用实测试验数据定性水面流速公式,以应用于水文测站转子式流速仪、雷达波流速仪流量测验中。

基于河道自然示踪物的无人机自然河流表面流场测量

河道流场测量对于河流管理具有重要的意义。传统流速测量方式在实际应用中往往出现稳定性差、对测量环境要求高等问题,无人机遥感具有灵活、分辨率高等优点,为河道流速测量提供了新的思路和手段。通过利用无人机遥感获取河道表面影像数据,并对无人机所获取影像进行配准,采用基于多重网格迭代的PIV算法,计算得到河道表面流场,并与ADCP所测得的实际流速数据进行比较和分析误差。结果表明:无人机反演得到的河道表面流速数据与ADCP实测值的相对误差在10%的范围以内,可以应用于野外河道表面流场测量,为相关技术的应用提供参考。

祁连山冷龙岭宁缠河3号冰川表面流速特征分析

2009年9月对祁连山冷龙岭宁缠河3号冰川外围建立控制网,于冰川表面布设了13根标志杆,随后分别于2010年7月、2010年9月再次对设立在冰川表面的花杆点进行测量,获取2009/2010年度、2009年9月-2010年7月与2010年7-9月3个时段宁缠河3号冰川表面流速.结果显示:2009/2010年度宁缠河3号冰川最大流速出现在海拔4 430m附近,为3.76m·a-1;2009年9月-2010年7月表面流速最大值出现在海拔4 430m附近,为0.32m·月-1;2010年7-9月最大流速出现在海拔4 380m附近,为0.47m·月-1.总体来看,2009/2010年度宁缠河3号冰川纵剖面上流速变化较为缓和,显示出流速随海拔变化而变化的规律.但不同季节表面流速在纵剖面上的分布情况不同,横剖面上主流线附近流速最大,向冰川两边逐渐递减,各观测点均平行于主流线方向向冰川末端运动,表现出冰川运动一般规律.在冰川表面运动速度观测区域内东南边缘流速略大于西北边缘,同时与规模相近的冰川运动速度相比,宁缠河3号冰川运动速度较大.

水面蒸发及其影响因子的原位对比观测实验分析

蒸散发是大气和水文循环的重要环节之一。影响水面蒸发的因素以温度、风速为主,但三者之间的关系式尚未明确。在海河流域北京市大兴区境内,设计了一个风速对水面蒸发影响的原位对比观测实验,在2010年观测实验结果的基础上,进一步探究了温度与风速对水面蒸发影响的耦合效应机理。分析了研究区域试验期间,辐射、湿度、降雨、气温、风速、蒸发的特性和规律,利用SPSS软件推导了试验期间研究区域蒸发与温度、风速的关系式,对解释"蒸发悖反"具有实证意义,也为流域水文模拟提供了参数支持。

近红外成像的便携式大尺度粒子图像测速仪

开发了一种用于河流表面流速场测量的便携式大尺度粒子图像测速仪(large-scale particle image velocimeter,LSPIV)。该仪器基于一台以图像处理专用DSP为核心的智能相机,代替PC高效地完成图像采集和处理的任务。首先利用近红外波段下水流示踪物(弱小目标)和水体光强反射率的差异,在单色CMOS传感器前加装红外滤镜抑制水面光学噪声,增强弱小目标与背景间的对比度,提高了后续运动矢量估计中相关曲面的峰值信噪比。其次,提出了一种基于时空联合滤波的时均流场重建方法,利用河流流场中的先验和冗余信息识别并修正错误矢量,改善了天然河流中由于示踪物密度过低或分布不均造成的表面流速估值过低问题。最后,通过静水和动水条件下的2组现场实测验证了近红外成像系统及图像处理算法的有效性。

浙江省曹娥江大闸水力特性试验研究

通过整体水工模型和断面水工模型试验以及二维数学模型计算分析,对曹娥江大闸的排涝能力、水流流态、流速分布、闸下消能、闸下局部冲刷、导流堤方案等几个水力学问题进行了系统研究,验证和优化了设计。

机动管线水面浮运铺设牵引力计算及分析比较

机动管线和固定管线不同,是由一根根的管子用连接器或自身阴阳头连接而成。机动管线在水面浮运中所受牵引力的大小是铺设过程中的重要参数。用流速函数描述水面流速分布,得出牵引力的计算公式,并通过Matlab编程分析了任一参数变化时牵引力的变化情况,根据管线自身强度,得出了铺设时的临界点,并对各参数的影响进行了比较,对管线铺设有一定的借鉴意义。

感潮河段交汇区水流特性数值模拟——以宁波三江口为例

河流交汇为城市的发展提供了便利,对区域防洪、航运及河道演变影响重大。针对感潮河段交汇区域特有的非恒定往复流条件,以宁波三江口为例,运用Delft-3D建立二维水动力数学模型。基于实测水文和地形资料,引入四种评估参数对模型进行了率定与验证。重点分析了洪、枯两季涨、落急时刻,交汇区流速分布及水面形态等水流特性。结果表明:涨潮时,交汇区流场可类比分叉水流;落潮时,则为交汇水流;交汇区顶点及左支入汇侧下游存在两个低流速区,并可形成分离区;汇流区流速整体呈落潮大于涨潮的趋势,洪、枯季间最大流速相近。此外,涨、落急时刻典型特征断面水面呈单一横比降,且落急时刻比降明显大于涨急时刻;落急时,交汇口水面呈混合层附近高,两侧低的"马鞍形"分布。

长三角地区地壳P、S波速度结构模型

利用收集到的瑞利面波频散数据和区域地震台网震相数据,分别采用面波层析成像和体波走时层析成像方法反演了长三角地区地下速度异常分布,获得了该区地壳P、S波速度结构。层析成像结果表明速度结构模型与地质特征基本一致,研究结果有助于深化对长三角地区沉积盖层和地壳结构以及强震活动深部环境的认识。

无人机图像矫正方法在河流表面流速测量中的应用

使用无人机影像作为分析对象进行河流表面流速测量时,无人机的晃动会造成拍摄画面的晃动,导致测量结果出现较大误差。针对这一问题,利用无人机记录的飞行信息,通过开发使用参照点和不使用参照点的两种无人机影像矫正方法,便捷快速地实现了无人机影像的正射矫正,有效解决了无人机晃动对流速测量结果的影响,并结合优化后的图像测速分析手段,在试验河道和自然河流两种不同的环境中进行了现场流速测定,均获得了比较准确的河流表面流速测量结果。

滦河迁西县城段综合整治模型试验研究

为研究迁西县城段整治工程实施后滦河的水位、流速及河床冲淤情况进行了动床模型试验,并用数学模型计算结果来检验模型的合理性。通过对试验结果的分析,指出规划右堤应加高的位置、堤脚防护的位置,并对栖凤岛和1号堰的改进提出建议。

基于图像的河流表面测速研究综述

为了解决洪涝灾害环境下设备难布设、流速难测量、河流难监控等问题,结合河流管控领域近10年研究情况,基于非侵入式、低成本、高效的测量手段,概述从粒子图像测速技术(PIV)到深度学习方法的一系列图像测速技术.从图像采集、图像分析、图像后处理等方面探讨河流表面测速机理及存在的问题.通过比对与总结各方法差异性,提出对现有方法的改进需求,旨在提升河流流速的测量效率.

中国东北诺敏河火山群地区面波层析成像研究

本文利用诺敏河火山群地区的43个宽频带流动地震台在2015年6月至2017年5月记录到的垂直向连续数据,采用基于连续小波变换的频率-时间分析技术采集了6475条高质量的基阶相速度频散曲线,用面波成像方法反演研究区地壳和上地幔三维S波速度结构.结果表明:诺敏河火山20~30 km深度的中、下地壳范围内观测到一个小尺度低速异常,推测为诺敏河火山群地壳岩浆房,其与五大连池火山群地壳岩浆房在横向上不相通;研究区上地幔40~150 km深度范围内存在多个局部高速异常,且这些高速异常之上均出现明显的低速异常,这种结构模式暗示了这些区域可能发生了岩石圈拆沉作用,推测不同深度的高速异常可能是不同地质时期拆沉的岩石圈地幔及其残留;诺敏河火山群东南侧存在上下连通的低速异常,其从研究区东南部150 km深度左右向北连通研究区地壳减薄区域以及诺敏河火山群在地表的出露位置,表明这些位置可能存在上升的软流圈物质,且上升方向和小古里河—科洛—五大连池—二克山火山带延展方向基本一致,结合前人的研究结果分析,暗示存在诺敏河和五大连池火山群深部同源的可能性.

河工模型表面流场的局部特征测量方法

为了解决当前河工模型表面流场的计算机视觉测量方法中摄像机安装过程繁琐、测量精度低、测量成本高等问题,提出了一种利用局部特征来实现表面流场测量的新方法。该方法以自由视角安装摄像机,无需垂直向下。在测量时,首先在流场表面布撒碎纸屑示踪粒子,然后对获取到的视频进行校正和鸟瞰图重建,得到待测流场的俯视图,再利用局部特征的图像匹配方法来得到流场的稠密速度矢量,最后对表面流场进行优化输出。根据测试,该方法在模型流速0.01～0.5m/s时,流速误差低于10%;在模型流速0.5～1.5m/s时,流速误差低于5%。综上所述,提出的方法在测量精度、测量成本和易用性方面均优于现有的测量方案,目前已经在向家坝长河段等大型河工模型分析测量中得到应用。

乌江岩崩堵江航道整治方案试验研究

根据乌江岩崩堵江航道特点 ,采用河工模型与船模试验相结合方式进行整治方案研究 ,取得了良好效果 .本文简要介绍了模型设计、验证及方案试验情况 .该工程现已完成 ,岩崩航道的通航条件大为改善 ,整治效果显著 .

糙条新体型水力特性数值模拟与试验研究

以往的溢洪道弯段消能导流措施多适用于宽深比(溢洪道宽度与平均水深之比)较小的弯道,对于宽深比较大的弯段溢洪道消能导流问题研究较少。结合新疆"635"溢洪道整治工程,在一般工程措施解决弯段溢洪道横向环流的基础上,提出糙条辅助消能工的新体型。为深入探究糙条的水力特性及导流机理,通过模型试验结合数值模拟的研究方法;基于RNG k-ε湍流模型对弯段溢洪道7种工况进行数值模拟计算,并与试验结果对比研究。结果表明:针对大宽深比弯段溢洪道的消能导流问题,糙条新体型有传统辅助消能工无法取代的优势,且在解决弯道环流、降低水面横比降、缩短下游调整段距离的同时,水面流态依然较传统型消能工优越。

内陆河流域河流水面流速系数比测试验研究

水面流速系数是流量测验中经常使用的参数。目前，大部分水文站使用水面流速系数均选用经验值．为提高流量测验精度，2003-2007年间，在内陆河流域代表站莺落峡、高崖、正义峡、祁连、肃南水文站开展了对水面流速系数的比测试验工作，取得大量比测试验资料。通过分析得出试验分析成果．并对试验分析计算方法和比测试验方法进行了探讨。水面流速系数分析计算方法采用算术平均法、回归分析法。两种分析方法得出的结论基本一致，算术平均法是对回归分析成果的校核，因此均采用回归分析法比测试验分析成果。以莺落峡站为例对垂线比测法和断面流量比测法两种不同比测试验方法进行对比分析和比测试验方法优选。垂线比测法和断面流量比测法均能得到比较满意的结果，相关系数均达0．95以上，分析成果比较接近。断面流量比测法理论比较严密．得到的水面流速系数适合全断面应用。这些试验分析成果为提高流量测验精度提供理论依据。

电波流速仪测流应用及系数分析

应用电波流速仪测量水面流速，通过水面流速系数的计算，可以得到某河流的流量。通过LD15—1型电波流速仪的实测应用，证实了这种仪器在实践中性能稳定，精度可以满足目前相关的技术规范要求。电波流速仪测流时间短，速度快，质量可靠，因此完全可以用来代替均匀浮标。通过对“04．8”洪水中电波流速仪得到的资料分析，应用0．9为水面流速系数是合理的。