。
[0024]本实施例的LED灯选用WPL200V5A型，功率1000W的大功率的LED灯，用于持续照亮待测范围的床面，便于高速摄像机CA1、CA2拍摄清晰的图像；如果水流浑浊，应适当降低框架平台的高度，增强床面的亮度，但框架不宜低于240_(推移质采样器口门的高度)，否则会影响卵石颗粒的运动特性。
[0025]本实施例的激光灯LA的功率为1W，闪光间隔时间由主控计算机控制，设为0.25秒。选用北京镭志威光电技术有限公司生产的新520nm-0EM-lW激光器，波长520nm，功率IWo在对两台摄像机CA1、CA2拍摄的同步图片进行坐标匹配时，需要确定各个相同位置的角点，由于两台摄像机CA1、CA2的拍摄角度不同，会影响角点的准确搜寻，采用激光灯LA间歇性地发射排列规则的打标点，在床面上LED灯照亮的区域叠加高亮度的标志点。
[0026]LED灯和激光灯LA的正下方的仪器仓设有钢化玻璃密封窗，使光线向下照亮床面。
[0027]3、本实施例的摄像机仓3-1和3-2用铝合金加工，形状为椭球形封闭壳体，顺水流方向的长轴300mm、垂直水流方向的短轴120mm，分别架设在横梁2的两端。两个摄像机仓3-1、3-2内各安装一台摄像机CA1、CA2，两台摄像机倾斜相向安装，使两者拍摄的床面范围基本相同，以观测床面推移质颗粒P的运动，摄像机镜头前的壳体设有钢化玻璃密封窗。
[0028]本实施例的摄像机CAl、CA2采用IDT-NX3S3型摄像机CAl和CA2，CMOS芯片分辨率1280 X 1024像素，全画幅采样频率2500Hz，感光度6000IS0，外形尺寸63.5X63.5X68.6mm，该摄像机自带同步控制接口，将两台摄像机的同步接口连接，即可实现同步采样。配佳能FEF-S 22mm f/2.0STM镜头，外形尺寸Φ60.9.2X 23.7mm。摄像机储存卡的容量32G，一帧图像占1.28M，一次采样可储存25000幅图像，设采样频率为200Hz，一个样本能持续采集125S，在一个测点采集10个样本，有效采样历时约20分钟。
[0029]本装置可根据视场的大小和距离远近选配相应的大光圈镜头，同步高频连续拍摄床面的图像，包括LED灯照亮的连续图像和间隔一定时间激光灯LA照亮的高亮度标志点的瞬态图像。采集的图像暂存在摄像机CAl、CA2的储存卡中，在存满储存卡后停止拍摄，将图像传输至测量船上主机大容量的储存设备、清空摄像机CA1、CA2的内存，再次采样。根据检测条件和水文泥沙情况，采样的持续时间为10?30分钟。两台摄像机图像覆盖的床面范围与测架离床面的高度、选配的镜头有关。对应本实施例的设置，图像覆盖的范围大致为沿水流方向400mm、平行于横梁方向300mm。
[0030]本发明装置的使用过程说明如下:
[0031]主控计算机放在测量船上，通过数据传输线对各类仪器设备实现测量和控制。当测量船到达选定测点停靠平稳后，用卷扬机将测架单元沉放到河床上，上游面的门形框架在尾翼10的引导下与水流方向9垂直，保证运动卵石顺水流方向通过测量区域。
[0032]全系统构建完成后精确测定两台摄像机CA1、CA2的几何位置，如摄像机的焦距、倾斜角度、中心距离等参数。将测架放在水中，在被测区域放置标定棋盘格，测定两台摄像机的耦合参数，如相互间的夹角、像平面与CMOS芯片尺寸的比例关系等，建立两台摄像机图像坐标与实测地形三维坐标的参数矩阵，即可用于河床上推移质运动颗粒的测量。
[0033]根据陀螺仪BE显示的偏斜程度分别开启水下电机5-1、5_2或5_3，升降调节杆7-1、7-2或7-3的长度，使测架单元水平，关闭水下电机5，并由水下电机5的自锁功能稳定调节杆7。打开水深仪，测量框架平台距水面的深度，根据测量位置的水位计算河床高程。开启LED灯和激光灯LA，LED灯持续照明，激光灯LA间隔0.25秒瞬时照亮一次。两台摄像机CA1、CA2同步连续拍摄图像，根据储存卡容量、图像大小和采样频率计算采样时间长度，由测量船上的主控计算机控制采样时间，一次采集满储存卡后停止拍摄，将摄像机内存的图像通过数据线传输到主控计算机，并储存在预先设定好的样本文件名中；清空摄像机内存，继续采样。在一个测量点根据实际需求采集多个样本，完成采集后进行图像处理，得出床面形态、运动速度、卵石级配和输沙率等数据。
【主权项】
1.一种在试验模型或天然河流中原位实时测量卵石运动的装置，其特征在于，该装置包括测架、安装在测架上的仪器仓、两个摄像机仓，安装在该仪器仓内的供电模块，以及分别与供电模块相连的陀螺仪、超声水深仪、LED灯和激光灯；安装在每个摄像机仓内的一台摄像机；其中，测架为一个由横梁框和支撑柱体组成的门字形框架，仪器仓设置在测架的横梁框内，两个摄像机仓安装在测架横梁框的两端。
2.如权利要求1所述装置，其特征在于，所述测架主要包括横梁框、纵梁和支撑柱体，整体外形为一个门字形框架；横梁的横截面为长条形，上、下游侧面为流线型，以减少水流的影响；支撑柱体包括三个中空支撑腿，设置在每个腿内的调节杆和水下电机；支撑腿的横截面为顺水流方向的长条形，上、下游面呈流线型；调节杆上部插入支撑腿内，水下电机设置在调节杆上部与调节相连，以驱动调节支撑腿的高度，保证测架单元水平；其中，第一、第二支撑腿垂直于水流方向布置，上部承载横梁框，三者形成一个门形框架；第二、第三支撑腿顺水流方向布置，支撑纵梁，纵梁尾部还设置尾翼，以保持门形框架垂直于水流方向；3个支撑腿的上部还设置安装与悬挂钢缆连接的吊环。
3.如权利要求1所述装置，其特征在于，所述仪器仓固定在横梁框内，仪器仓体为具有良好的密封性的封闭壳体，LED灯和激光灯LA的正下方的仪器仓设有钢化玻璃密封窗，使光线向下照亮床面；仪器仓内供电模块通过电源电缆与测量船上的电源相连，供电模块DV输出直流电压6?48伏多路可调，为各仪器供电。
4.如权利要求1所述装置，其特征在于，所述LED灯选用WPL200V5A型的大功率的LED灯，用于持续照亮待测范围的床面，便于高速摄像机CA1、CA2拍摄清晰的图像。
5.如权利要求1所述装置，其特征在于，所述激光灯的功率为1W，闪光间隔时间为0.25秒，间歇性地发射排列规则的打标点，在床面上LED灯照亮的区域叠加高亮度的标志点。
6.如权利要求1、2、3、4或5所述装置，其特征在于，所述LED灯和激光灯LA的正下方的仪器仓设有钢化玻璃密封窗，使光线向下照亮床面。
7.如权利要求1所述装置，其特征在于，所述的两个摄像机仓形状为椭球形封闭壳体，顺水流方向为长轴，垂直水流方向为短轴，分别架设在横梁框2的两端；两个摄像机仓内各安装一台摄像机，两台摄像机倾斜相向安装，使两者拍摄的床面范围基本相同，以观测床面推移质颗粒P的运动，摄像机镜头前的壳体设有钢化玻璃密封窗。
8.如权利要求1所述装置，其特征在于，所述的的摄像机采用IDT-NX3S3型摄像机，CMOS芯片分辨率1280 X 1024像素，全画幅采样频率2500Hz，感光度6000 ISO，将两台摄像机自带的同步接口连接，实现同步采样。
【专利摘要】本发明涉及一种在试验模型或天然河流中原位实时测量卵石运动的装置，属于水利量测的技术领域。该装置包括测架、安装在测架上的仪器仓、两个摄像机仓，安装在该仪器仓内的供电模块，以及分别与供电模块相连的陀螺仪、超声水深仪、LED灯和激光灯；安装在每个摄像机仓的一台摄像机；其中，测架为一个由横梁框和支撑柱体组成的门字形框架，仪器仓设置在测架的横梁框内，两个摄像机仓安装在测架横梁框的两端。本发明的装置可用于卵石推移质的原位实时测量，具有重要的生产应用和推广价值。
【IPC分类】G01D21-02
【公开号】CN104596584
【申请号】CN201510033804
【发明人】王兴奎, 陈启刚, 苗蔚, 钟强, 李丹勋
【申请人】清华大学
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2015年1月23日