河道安全巡检中的船舶可视化监测方法

针对河道安全巡检中的船舶可视化监测难题,基于高分辨率彩色图像识别技术,提出了一种河工模型试验中船模运动轨迹可视化测量方法和一种基于无人机的河道船舶轨迹跟踪方法。试验结果表明,船模运动轨迹可视化测量方法的测量值与实际值之间的最大相对误差为-3.284%,精度可以满足河工模型试验要求;船舶轨迹跟踪中采用加速稳健特征变换(SURF)方法对无人机图像进行配准,能有效地消除无人机位置飘移对船舶运动轨迹跟踪结果的影响,实现河道中多个船舶目标的运动轨迹同步可视化跟踪监测。     

一种改进SURF算法的无人机影像快速配准方法

无人机遥感系统应用领域较为广阔,为了解决无人机影像拼接过程中存在幅宽小、数量多、重叠度不规则等问题,研究提出一种以实际应用需要为导向的无人机遥感影像快速处理方法。在SURF(Speed Up Robust Feature)算法的基础上,先采用PROSAC(Progressive Sample Consensus)算法去除大量匹配点对提高遥感影像配准的精度,然后采用GPU(Graphic Processing Unit)并行运算提高改进SURF算法的计算速度,最后再使用PROSAC几何验证实现研究区影像精准拼接。结果表明:改进SURFGPU算法的准确率比SURF算法提高了7%,像元精度达到0.4个像元;改进的SURFGPU算法用于无人机遥感影像配准的运行时间比SURF算法约少16倍,计算时间达到毫秒级。改进SURF算法具有更好的匹配精度和更快的运行速度,能满足无人机遥感影像配准速度和精度的要求,尤其适用于应急救援等实时性要求较高的应用领域。     

基于Cult3D的大坝工程施工图像智能配准方法

传统配准方法对于大坝施工遥感图像的配准性能较差,因此提出一种基于Cult3D的大坝工程施工图像智能配准方法。首先创建基于Cult3D的三维模型,方便施工参照;设计Cult3D建模开发流程,完成模型的交互和拼接,明确图像中特征点标记要求并进行匹配;最后对图像进行变换,完成配准。实验结果表明,所设计的图像智能配准方法性能与原有方法相比有一定提高。     

水下结构物表面缺陷的仿生双目视觉测量

以水库大坝深水表面裂缝为检测对象,提出了一种基于双目视觉的水下结构物表面缺陷测量方法。该方法在水下环境中标定双目摄像头的参数矩阵,对双目摄像头采集的图像进行校准,利用仿生技术对图像增强,采用基于半全局匹配的立体测量方法得到稠密视差图,进而推算出缺陷的几何参数,最终实现对水下结构物表面缺陷的测量。试验结果表明,该基于双目视觉的水下结构物表面缺陷测量方法稳定性高,可靠性强,测量精度满足工程需要。     

基于场景视点建模的砂石运输量计量方法研究

通过分析现有的三维测量方法，并深入研究探讨应用双目视觉原理测量砂石体积的方法，设计一种基于图像三维建模的采砂计量方法，采砂车表面投射带有特殊信息的黑白网格，并在货车周围安装两台可以从不同方向拍摄车辆的摄像机，将摄像机采集的图像信息送入上位机，并依次进行图像的预处理、标定位置关系信息、提取并匹配特征点及数据的三维重建，便可计算系统采砂量体积信息。与传统的称重计量方法比较，误差不超过8%，是传统采砂计量方法的一种扩展。     

大型河工模型分布式表面流场测量系统研制及应用

在河工模型试验中, 粒子图像表面流场测量方法得到了广泛应用。研制了一种新型分布式表面流场测量系统,该系统采用局域网组网与光纤传输相结合,通过POE千兆交换机与高清智能一体化工业摄像机相连,显著降低了布线复杂度,具有系统传输距离远、布设简单、集成度高、可扩展性强等优点。系统具备可视化全自动采集、可视化错误矢量剔除、导出多种数据格式,生成流场等值线图、流线等功能。在系统研制基础上,提出了一种对粒子图像表面流场测量系统进行精度检测的新方法,通过精确控制匀速旋转平台模拟水流运动,将表面流场测量系统实测数据与旋转平台上各点精确数据进行对比检测,检测结果表明,研制的表面流场测量系统测量误差小于5%,已在长江河口模型等多个大型河工模型中得到成功应用。     

PIV技术在冰盖下复式断面渠道流速测量中的运用

在测定冰盖下复式断面流场、流速的模型试验中,水体中的运动粒子是重点研究对象。粒子图像测速(Particle Image Velocimetry,PIV)技术已在水力学研究领域得到普遍应用,但该技术在冰盖下复式断面渠道模型试验的应用为国内首次。基于试验特点,设计砖砌混凝土的循环水箱,采用变频器配合水泵、流量计实现对流量的定量控制,对不同流量下不同断面的流场、流速进行测定,采用PIV技术对水体中运动的粒子的位移场进行具体分析。试验结果表明,PIV分析结果能够直观反映流场中的状态,且可以避免测量盲区,其所测的流速与多普勒超声测速仪测得值吻合较好,并给出了横向流速分布图,弥补了传统方法无法获得冰盖下的流场分布的难题。     

LSPIV流场测量系统在大坝溢洪洞水力学原型观测中的应用

依托贵州省黔中水利枢纽工程,采用无人机、高速摄影和表面流场测量系统LSPIV等设备,对溢洪洞泄洪时进出水口的流速分布及挑流水舌形态进行了测量分析,得到了溢洪洞进出水口表面流场的流速分布、挑流水舌形态和泄流量等一般水力特性,为实际工程运行中水力学特性数据的获取提供了一种新的思路和方法。     

基于无地面控制测量校正影像的无人机航测应用

以四川省北川县陈家坝乡太洪村唐家湾滑坡为例,介绍了无人机航测在滑坡地质灾害应急调查中的优势与作业流程,并阐述了无人机航测获取灾区正射影像图(DOM),制作数字高程模型(DEM)等一系列数字产品和进行灾害解译分析的方法。由于灾情紧急,没有充足时间在调查区域内做地面控制测量,存在一定的精度误差。为了验证无人机航测成果是否能满足此次应急调查的需求,使用地面三维激光扫描仪采集滑坡重点区域数据制作数字高程模型,并且引用滑坡发生前已通过地面控制测量校正的前期影像,将这2次数据分别与此次无人机航测获取的数据进行叠加配准对比以验证精度,从而证明了无人机航测应用于滑坡地质灾害应急调查的可行性和可靠性。     

数码相机与GNSS集成的河道陡岸船载测量方法研究

针对无人机遥感及船载LiDAR技术在河道陡岸地形测量中存在的作业风险大、成本高等问题，提出了一种消费级数码相机与GNSS集成的船载摄影测量方法。该方法通过传感器与PC机组网、Socket编程，实现持久续航能力的全自动数据采集；通过研究自检校光束法与传感器标定模型，实现数码影像与GNSS数据融合，解决了移动摄影测量对控制点或高精度惯导的依赖问题；通过研究船载影像数据处理中的自由度消除方法，实现了河道陡岸实景三维重建。在长江典型河段的实例验证结果表明：该方法精度可靠，数据采集高效，数据处理自动化程度高，可实现水陆一体化测绘，并具有低成本、易操作等显著优势。     

基于无人机倾斜摄影的白格堰塞区三维重建

为研究倾斜摄影技术在堰塞灾害现场的适用性,在介绍倾斜摄影的建模原理的基础上,阐述了无人机倾斜摄影的步骤要点,并在白格堰塞现场进行了无人机飞行作业。以无人机所采集的POS数据、图像数据为基础,进行了图像筛选、空中三角测量计算、点云稠密重建及点云三角化,完成了白格堰塞区三维数字模型重建。以数字高程模型、数字地表模型、正射影像等形式展示了白格堰塞区地貌,并测算了白格堰塞体形态、结构等方面的特征信息。结果表明,无人机倾斜摄影可以适应堰塞现场的复杂环境,具备快速进入目标区域、高效完成测绘任务的能力。     

河流水面成像测速方法的比测试验研究

大尺度粒子图像测速（LSPIV）是一种新兴的非接触式瞬时全场流速测量技术。以LSPIV为基本原理,针对现场条件下特有的水流示踪物、复杂的光学成像环境及受限的测点布设方式,通过对流场图像采集、水面背景抑制、运动矢量估计、时均流场重建、水面流场定标及断面流量估计等技术方法的集成创新,建立一套完整的河流水面成像测速（RSIV）工作模式。为评价RSIV的性能并提出研究需求,在现场开展与流速仪法和雷达法的比测试验。结果表明,RSIV法的时均流速测量精度可以达到0.5 mm/s以内,相比流速仪法具有更高的时空分辨率。当流速系数和断面划分方式选择合适时,流量估计值和雷达法的一致性较好。试验初步验证河流水面成像测速方法用于河流流速、流量测量的可行性。     

河工模型试验量测新技术的开发及应用

量测技术水平是决定河工模型试验成果质量的关键因素之一。为此,介绍了近期在河工模型断面板制作、河势与流场观测、动床地形三维测量方面的研发成果,包括:提出了基于文本编辑的自动断面板脚本绘制方法,同时结合激光切割机的应用,解决了人工绘制断面板费时费力、数控雕刻机成本高和一般科研人员难以使用等问题;将无人机航拍技术应用于实验室河工模型试验流态、河势和流场观测,与常规固定式摄像机相结合,为试验成果的进一步分析提供了独特视角和丰富、可靠的参考信息;将运动结构恢复三维地形重建技术应用于河工模型冲淤地形测量中,并结合河工模型试验冲淤地形的特点提出具体应用方法。     

基于四旋翼无人机的桥梁裂缝检测系统设计

为解决高墩大跨桥梁裂缝检测困难的问题, 设计了四旋翼无人机桥梁裂缝检测系统, 包括无人机系统、摄像系统、数字图像处理系统。通过对桥梁检测特性及无人机动力特征的分析, 以STM32F427为主控板搭建满足飞行动力、控制、安全要求的硬件平台。在摄像系统中, 借助相机矫正提高图像精度, 采用像素物理尺寸标定、物距测量的方法, 为裂缝图像自动测量提供辅助信息, 并设计一种图像实时远程传输方案。在数字图像处理中, 针对桥梁裂缝的噪声特点, 经由中值滤波、边缘强化、阈值分割、形态学处理等获得裂缝二值图像, 结合框选法实现裂缝宽度自动测量。所设计的无人机桥梁检测系统为解决高墩大跨桥梁裂缝检测困难的问题提供了一种可行方案, 也为提高桥梁检测效率和精度提供了技术支持。     

基于成像的表面位移分析系统关键技术研究及应用

非接触式表面位移测量是一种无损测量技术,在诸多工程领域有着广泛的用途。针对混凝土应力应变测试和河道瞬时全流场测量的应用,详细地描述了数字散斑测量和粒子成像测速这2个典型的基于成像的表面位移分析系统的研发,指出了具有共性的一些关键技术和难点,并提供了对应的解决方法。试验结果证明了本方法的有效性。然而,该方法仍存在较多技术缺失,包括多视角CCD相机的三维测速、多目标全轨迹追踪、不同场景测量数据高精度融合等,需要进行进一步研究。     

突发性危险化学品水污染扩散过程的模拟

将突发性危险化学品水污染迁移扩散过程与自由水面流动联系起来,利用两相流理论建立三维瞬态自由水面流动的VOF压缩性模型。建立危化品迁移扩散的浓度压缩性模型,该模型能体现自由水面上水和空气相对速度对危化品迁移的作用。在VOF和危化品界面重构方法上采用高分辨率格式。数值模拟非淹没丁坝附近三维水流、岸边排放危化品和弯曲水槽中危化品扩散,模拟结果与试验结果及其它数值结果作了比较,表明本文建立的数学模型能准确地模拟水流三维特性突出的自由面、流场和危化品迁移扩散过程。     

基于数字图像处理的掺气水流 气泡分布研究

通过试验室研究,借助高速数码摄像机,结合VC高级编程技术,开发掺气水流气泡分析 软件,提出一种自动识别水气两相流中气泡的数字图像处理方法,为图像处理技术与水气两相流 实测研究相结合的尝试和探索。研究成果将提高对高速水流掺气机理的认识,为今后进一步深入 研究图像处理技术在水流流场特别是高速水气两相流流场测量中的应用打下良好的基础,对提高 掺气浓度的测量水平和精度,进而提高水力模型试验水平、满足工程设计要求等都具有较高的学 术意义和实用价值。