河工模型表面流場測量方法研究.pdf

1、針對傳統(tǒng)的河工模型表面流場測量方法存在的視頻采集設備設置流程復雜、測量精度低、示蹤粒子成本高等問題，本文提出了一種快速、簡易、精確的圖像粒子測速（PIV）方法來對表面流場進行測量。該方法對于視頻采集設備的位置和角度，示蹤粒子和照明光源的類型均無嚴格限制。該方法首先對畸變矯正后的前向視角圖進行視場校正和鳥瞰圖重建，得到待測流場的鳥瞰圖；其次，利用亞像素級特征點檢測算法來對粒子進行識別；再次，通過金字塔盧卡斯-卡內(nèi)得（LK）光流算法在固定時

2、間段內(nèi)的統(tǒng)計學累積來獲取流場的速度矢量；最后，對測得的流速數(shù)據(jù)進行可視化處理與分析。重慶市計量質(zhì)量檢測研究院的計量評估結(jié)果表明本文方法的測量精度達到如下指標：0.01~0.05m/s范圍內(nèi)相對誤差小于10％，0.05~1.5m/s范圍內(nèi)相對誤差小于5%，并且在整個測試范圍內(nèi)流速測量角度偏差均小于0.5。此外，該方法還具有測量點密、測量過程簡單易操作、測量時間短、測量范圍廣等優(yōu)點。
　　本文開展的研究工作主要可歸納為以下幾個方面：<

3、br>　?、僬{(diào)研與分析。通過對河工模型表面流場的各類測量方法進行調(diào)研和分析，發(fā)現(xiàn)基于 PIV技術(shù)的測量方法因其具有非接觸式、多點、無擾動測量等優(yōu)點受到了廣泛關注。因此，本文重點對 PIV技術(shù)的研究現(xiàn)狀進行系統(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)視頻采集設備設置流程復雜，應對外界光照影響的靈活性不足；2)多路數(shù)據(jù)分析速度慢，測量精度不夠高；3)示蹤粒子成本高。
　　②解決方法研究。針對視頻采集設備設置流程復雜的問題，采

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