一种水槽试验中漂石二维运动轨迹的量测设备及量测方法

本发明涉及实验设备技术领域，更具体地说，涉及一种水槽试验中漂石二维运动轨迹的量测设备，以及一种水槽试验中漂石二维运动轨迹的量测方法。

背景技术：

洪水具有突周期性、流速快，流量大和破坏力强等特点。洪水的发生往往会带动水中的物体同时运动，这些物体大小不一，都会对建筑物造成不同程度的破坏。

现有技术中，关于如何有效治理洪水的研究，主要是通过开展水模型槽试验，掌握洪水的运动规律，提出有针对性的治理措施。

但是，洪水发生过程中，固相物质的运动轨迹是试验的重点观测对象，如果仅通过水槽的玻璃侧墙对固相物质进行拍照观测，受到液相和临近固相物质的影响无法对具体的漂石进行准确追踪。此外，玻璃侧墙的摩擦也会使得观测数据受到影响。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种水槽试验中漂石二维运动轨迹的量测设备，以及一种水槽试验中漂石二维运动轨迹的量测方法，可实现从物质内部观测漂石运动轨迹，有助于建立洪水的有效治理方法。

本发明的技术方案如下：

一种水槽试验中漂石二维运动轨迹的量测设备，包括热源发射装置、热源接收装置、数据监测分析系统；将热源发射装置埋设于漂石模型内，通过热量标记漂石模型的位置；热源接收装置设置于模型槽之外，探测热源发射装置发出的热量，并形成探测数据；数据监测分析系统包括数据获取装置、数据分析装置，数据获取装置获取热源接收装置形成的探测数据，数据分析装置对探测数据进行分析，获得漂石模型在水槽内的二维运动轨迹。

作为优选，漂石模型的表面温度与环境温度的差值适配预设的温度阈值范围。

作为优选，实时监测环境温度与漂石模型的表面温度，当漂石模型的表面温度与环境温度的差值不适配预设的温度阈值范围，则自动调整热源发射装置的工作温度，直至漂石模型的表面温度与环境温度的差值适配预设的温度阈值范围。

作为优选，热源发射装置埋设于漂石模型的几何中心。

作为优选，热源接收装置为红外热成像仪，数据获取装置为图像获取设备；红外热成像仪正对模型槽的观测面，图像获取设备用于获取红外热成像仪的红外热成像图像。

作为优选，红外热成像仪的观测轴线与模型槽的观测面垂直。

作为优选，图像获取设备对准红外热成像仪，用于拍摄红外热成像仪显示的红外热成像图像；或者，图像获取设备与红外热成像仪连接，用于获取红外热成像图像。

作为优选，数据分析装置根据红外热成像图像中各区域的成像程度，确定漂石模型在平面坐标中的坐标位置。

作为优选，基于按时间序列排列的红外热成像图像，确定漂石模型在平面坐标中的坐标位置变化，获得漂石模型的二维运动轨迹。

一种水槽试验中漂石二维运动轨迹的量测方法，基于所述的量测设备，步骤如下：

1)将热源发射装置埋设于漂石模型中，将漂石模型放置于模型槽的水槽内；

2)在漂石模型沿水槽下落的过程中，热源接收装置探测热源发射装置发出的热量，形成探测数据；

3)数据监测分析系统获取探测数据，基于探测数据，分析获得漂石模型的二维运动轨迹。

本发明的有益效果如下：

本发明所述的水槽试验中漂石二维运动轨迹的量测设备及量测方法，在漂石模型中埋入热源发射装置，进行水槽试验时，漂石模型在模型槽的水槽内沿水槽下落；将热源接收装置布置于模型槽附件，用于探测热源发射装置发出的热量；数据获取装置获取热源接收装置形成的探测数据，基于探测数据即可分析获得漂石模型在模型槽内的二维运动轨迹。

本发明的实施，能够准确量测漂石的二维运动轨迹，且原理清晰、构筑简单，施工操作易于实现。

附图说明

图1是本发明的结构示意图(数据获取装置未示出)；

图2是本发明的工作示意图(漂石模型与热源发射装置为透视状态)；

图中：10是模型槽，11是水槽，20是漂石模型，21是热源发射装置，30是热源接收装置，40是数据监测分析系统。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明进行进一步的详细说明。

模型槽10、漂石模型20、

本发明所述的一种水槽试验中漂石二维运动轨迹的量测设备，如图1、图2所示，包括热源发射装置21、热源接收装置30、数据监测分析系统，热源发射装置21埋设于漂石模型20内，通过热量标记漂石模型20的位置；热源接收装置30设置于模型槽10之外，探测热源发射装置21发出的热量，并形成探测数据；数据监测分析系统40包括数据获取装置、数据分析装置，数据获取装置获取热源接收装置形成的探测数据，数据分析装置对探测数据进行分析，获得漂石模型20在水槽11内的二维运动轨迹。

进行水槽试验时，将漂石模型20放置于模型槽10的水槽11内，用于模拟固相物质的在洪水中的运动状态；其中，模型槽10的水槽11为倾斜设置，以使模拟结果接近自然洪水。具体实施时，可将模型槽10实施为规则的管结构，使用时，放置斜面上；也可将模型槽10实施为可水平放置于地面上的结构，水槽11在模型槽10内，相对于模型槽10的底面呈倾斜设置。

本实施例中，热源发射装置21埋设于漂石模型20的几何中心，以使热源发射装置21产生的热量能够均匀地扩散至漂石模型20的表面，进而通过热源接收装置30进行探测时，无论漂石模型20处于任何角度，探测数据均能够准确反映漂石模型20，实现能够准确地对漂石模型20进行判断。并且，为了保证热源发射装置21在任意时刻均能够准确、稳定地反映漂石模型20，则具体实施时，应当保证热源发射装置21能够稳定发射热源。同时，为了使漂石模型20能够更明显地被探测，热源发射装置21产生的温度应当与周围环境的温度有显著差异。

由于本发明是基于热量标记的方式，利用热量发射装置21反映漂石模型20的位置，为了在探测数据中准确地确定漂石模型20的位置，则需要控制漂石模型的表面温度与环境温度的差值适配预设的温度阈值范围，以便于对探测数据进行识别与分析时，能够将漂石模型20与周围环境进行明显地区分。本实施例中，实时监测环境温度与漂石模型20的表面温度，当漂石模型20的表面温度与环境温度的差值不适配预设的温度阈值范围，则自动调整热源发射装置21的工作温度，直至漂石模型20的表面温度与环境温度的差值适配预设的温度阈值范围。

为了便于与热源发射装置21进行配合使用，本实施例中，热源接收装置30为红外热成像仪，数据获取装置为图像获取设备；红外热成像仪正对模型槽10的观测面，图像获取设备用于获取红外热成像仪的红外热成像图像。图像获取设备将获取的红外热成像图像发送至数据分析装置，如分析电脑和图像分析软件，数据分析装置根据红外热成像图像中各区域的成像程度，确定漂石模型20在平面坐标中的坐标位置。

具体地，数据分析装置分析红外热成像图像的热成像程度的分布，即可识别热源发射装置21的位置，即为漂石模型20的位置，基于足够数量且按时间序列排列的红外热成像图像，确定漂石模型20在平面坐标中的坐标位置变化，即可完整记录漂石模型20的运动轨迹，进而获得漂石模型20的二维运动轨迹。

为了更准确地获得漂石模型20的二维运动轨迹，红外热成像仪的观测轴线与模型槽10的观测面垂直，以使红外热成像仪与模型槽10在任意位置的探测距离一致，进而获得更准确的探测数据。同时，可基于模型槽10的观测面所在的平面建立平面坐标，进而，漂石模型20在模型槽10的水槽11中的位置，即可作为漂石模型20在平面坐标中的坐标位置。

对于红外热成像图像的获取，本实施例中，一种方式为：图像获取设备对准红外热成像仪，如高速相机，用于拍摄红外热成像仪显示的红外热成像图像；另一种方式为：图像获取设备与红外热成像仪连接，用于通过数据交互的方式直接获取红外热成像图像。

基于所述的量测设备，本发明还提供一种水槽试验中漂石二维运动轨迹的量测方法，步骤如下：

1)将热源发射装置21埋设于漂石模型20中，将漂石模型20放置于模型槽10的水槽11内。

2)在漂石模型20沿水槽11下落的过程中，热源接收装置30探测热源发射装置21发出的热量，形成探测数据。本实施例中，利用红外热成像仪检测不同区域的热成像程度。

3)数据监测分析系统40获取探测数据，基于探测数据，分析获得漂石模型20的二维运动轨迹。本实施例中，数据获取装置基于红外热成像仪的检测结果，即探测数据，获取红外热成像图像；数据分析装置基于红外热成像图像，识别并分析漂石模型20的定时位置，最终获得漂石模型20的二维运动轨迹。

上述实施例仅是用来说明本发明，而并非用作对本发明的限定。只要是依据本发明的技术实质，对上述实施例进行变化、变型等都将落在本发明的权利要求的范围内。