河流水面成像测速中的时均流场重建方法研究

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1、基于序贯矢量平均的河流水面时均流场重建方法张振1，陈红2，刘海韵1，石爱业1（1.河海大学计算机与信息学院，江苏南京211100；2.河海大学水利水电学院，江苏南京210098）摘要：大尺度粒子图像测速（LSPIV）是一种新兴的瞬时全场流速测量技术。针对其在天然河流中由于示踪物密度低、时空分布不均及水面光学噪声干扰造成的流场估计精度过低问题，通过分析三种时均流场重建策略的敏感性，提出了一种基于序贯矢量平均的时均流场重建方法。方法利用断面流速方向一致性分布的特点，采用基于非线性统计的全局角度直方图方法检测流动主方向，较好地解决了区域性错误矢量的识别问题，

2、改善了河流水面流场的估计精度。此外，利用示踪物时空分布的冗余信息，以时均流场的矢量正确率为依据控制求平均的进程，有效提高了流场测量的时间分辨率。关键词：大尺度粒子图像测速；河流水面；时均流场；平均策略中图分类号：TH815文献标识码：A国家标准学科分类代码：510.40ASequentialVectorAveragingMethodforreconstructingtime-averagedflowfieldofRiverSurfaceZhangZhen1,ChenHong2,LiuHaiyun1,ShiAiye1（1.CollegeofCompute

3、randInformationEngineering,HohaiUniversity,Nanjing211100,Nanjing;2.CollegeofWaterConservancyandHydropowerEngineering,HohaiUniversity,Nanjing210098,Nanjing）Abstract：LargeScaleImageVelocimetry(LSPIV)isapromisingtechniqueformeasuringwhole-fieldvelocitiesinstantaneously.Howeveritsuf

4、ferslowflowfieldestimationprecisionintheapplicationofnaturalriversduetolowseedingdensity,non-uniformtracerdistributionandfree-surfaceopticalnoises.Byanalyzingsensitivityofthreetime-averagedflowfieldreconstructionstrategies,amethodbasedonsequentialvectoraveragingisproposed.Ituses

5、anonlinearstatistic-basedglobalanglehistogrammethodtodetectthemainflowdirectionaccordingtotheconsistentdistributionofcross-sectionvelocitydirections.Experimentresultsshowthatitiswellsuitedforregionalerrorvectoridentificationininstantaneousflowfieldwithlowcorrectrate.Makeuseofthe

6、temporal-spatialredundancyinformationofflowtracers,theaveragingprocessiscontrolledaccordingtothecorrectrateoftime-averagedflowfield,whichefficientlyimprovesthetemporalresolutionofflowfield.Keywords：LargeScaleImageVelocimetry;riversurface;time-averagedflowfield;averagingstrategy1

7、　引言天然河流的水文测验，特别是高洪期流速、流场及流量等信息的获取是洪水预报与防治的重要措施，以及河流水文学、河流动力学等研究的科学基础[1]。然而，天然河流中的水体在河槽中运动时受到断面形状、坡度、糙率、水深、弯道、风、气压、潮汐等因素的影响而产生紊流。紊流内部水质点的瞬时流速在大小和方向上均随时间变化，呈现出脉动现象，但在足够长的时段内其均值保持稳定[2]。因此，对于河流断面流量监测等应用而言，时均流场的重建比瞬时流场的获取更为重要。作者简介：张振（1985-），男，江苏武进人，讲师，博士，主要从事光电成像与多传感器系统、大尺度粒子图像测速研究。大

8、尺度粒子图像测速（LSPIV）作为一种新兴的瞬时全场流速测量技术，不仅可用于常规条件下明渠紊动