河工模型表面流場(chǎng)測(cè)量方法研究.pdf

1、針對(duì)傳統(tǒng)的河工模型表面流場(chǎng)測(cè)量方法存在的視頻采集設(shè)備設(shè)置流程復(fù)雜、測(cè)量精度低、示蹤粒子成本高等問題，本文提出了一種快速、簡(jiǎn)易、精確的圖像粒子測(cè)速（PIV）方法來(lái)對(duì)表面流場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量。該方法對(duì)于視頻采集設(shè)備的位置和角度，示蹤粒子和照明光源的類型均無(wú)嚴(yán)格限制。該方法首先對(duì)畸變矯正后的前向視角圖進(jìn)行視場(chǎng)校正和鳥瞰圖重建，得到待測(cè)流場(chǎng)的鳥瞰圖；其次，利用亞像素級(jí)特征點(diǎn)檢測(cè)算法來(lái)對(duì)粒子進(jìn)行識(shí)別；再次，通過金字塔盧卡斯-卡內(nèi)得（LK）光流算法在固定時(shí)

2、間段內(nèi)的統(tǒng)計(jì)學(xué)累積來(lái)獲取流場(chǎng)的速度矢量；最后，對(duì)測(cè)得的流速數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化處理與分析。重慶市計(jì)量質(zhì)量檢測(cè)研究院的計(jì)量評(píng)估結(jié)果表明本文方法的測(cè)量精度達(dá)到如下指標(biāo)：0.01~0.05m/s范圍內(nèi)相對(duì)誤差小于10％，0.05~1.5m/s范圍內(nèi)相對(duì)誤差小于5%，并且在整個(gè)測(cè)試范圍內(nèi)流速測(cè)量角度偏差均小于0.5。此外，該方法還具有測(cè)量點(diǎn)密、測(cè)量過程簡(jiǎn)單易操作、測(cè)量時(shí)間短、測(cè)量范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。
　　本文開展的研究工作主要可歸納為以下幾個(gè)方面：<

3、br>　?、僬{(diào)研與分析。通過對(duì)河工模型表面流場(chǎng)的各類測(cè)量方法進(jìn)行調(diào)研和分析，發(fā)現(xiàn)基于 PIV技術(shù)的測(cè)量方法因其具有非接觸式、多點(diǎn)、無(wú)擾動(dòng)測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)受到了廣泛關(guān)注。因此，本文重點(diǎn)對(duì) PIV技術(shù)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)研，發(fā)現(xiàn)該類方法存在的問題主要是以下三方面：1)視頻采集設(shè)備設(shè)置流程復(fù)雜，應(yīng)對(duì)外界光照影響的靈活性不足；2)多路數(shù)據(jù)分析速度慢，測(cè)量精度不夠高；3)示蹤粒子成本高。
　　②解決方法研究。針對(duì)視頻采集設(shè)備設(shè)置流程復(fù)雜的問題，采

4、用了一種視頻采集設(shè)備視角自由的方法。從算法上對(duì)采集到的視頻進(jìn)行視場(chǎng)矯正和鳥瞰圖重建，免去人工安裝和調(diào)試。該方法對(duì)復(fù)雜地形和外界光照具有較好的魯棒性。針對(duì)測(cè)量精度低的問題，本文采用金字塔LK光流算法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的相關(guān)法來(lái)獲取流場(chǎng)的速度矢量。此外，針對(duì)示蹤粒子成本高的問題，本文突破現(xiàn)有測(cè)量方法對(duì)于示蹤粒子的限定，從算法出發(fā)提高測(cè)量精度，降低測(cè)量方法對(duì)示蹤粒子的依賴性。并且在實(shí)驗(yàn)過程中采用的是經(jīng)普通碎紙機(jī)粉碎后得到的碎紙屑作為示蹤粒子，利用自然光