基于立體視覺與LSPIV的河流水動力過程近距遙感測量系統(tǒng).pdf

1、對山區(qū)流域來講，洪水是汛期普遍發(fā)生的自然災害，其現(xiàn)有的形成和演進機制都是在理論和常規(guī)試驗上獲知的，缺乏極端條件下的實測方法和數(shù)據(jù)。中小河流的長期監(jiān)測，特別是山區(qū)河流洪水事件的水位、流速和流量等核心水流信息的獲取，對于山洪的預測與防治均起著至關(guān)重要的作用，也是目前防洪減災工作中的難點，面臨著諸多挑戰(zhàn)需要克服。
　　本研究旨在以立體視覺和大尺度粒子圖像測速技術(shù)(LSPⅣ)為支撐，研發(fā)一種安裝便捷、功耗低、性價比高、適用范圍廣的近距遙感

2、測量系統(tǒng)，目標為解決原有設備無法勝任的水文測量，已成功應用于我國四川都江堰市的無測站流域。該系統(tǒng)硬件部分由成熟商用元件搭建，自動獲取連續(xù)的洪水影像，并結(jié)合軟件程序計算分析，對三維地形、實時水位、二維流場分布、斷面流量等進行非接觸式測量。本研究可為山區(qū)流域暴雨洪水的動力過程和災害形成機理等研究給予實地數(shù)據(jù)支持，為建立基于物理過程的山洪坡面流模型提供校驗和率定標準，也為將來擴展到全流域洪水流速、流量的遙感測量建立重要的技術(shù)基礎。
　　

3、本研究主要工作和成果如下:
　　(1)開展多學科交叉（水文、數(shù)字影像處理、測繪等），探究適用于偏遠無測站山區(qū)的徑流特征測量的理論與方法，從系統(tǒng)軟硬件等多方面開展整合優(yōu)化工作，自主研發(fā)“基于立體視覺與LSPIV的河流水動力過程近距遙感測量系統(tǒng)”，有效解決了偏遠無測站山區(qū)難以進行水文測量的關(guān)鍵問題。在國內(nèi)基本屬于首次應用，可極大彌補無測站地區(qū)的水文數(shù)據(jù)空白，有巨大的推廣應用價值;
　　(2)將雙目立體視覺應用至靜態(tài)河道地形、動態(tài)

4、水位和水面形態(tài)的三維計算，可針對不同需求選取適宜算法。建議波浪或河流表面形態(tài)計算應用點云法，對于特定斷面的計算則應用虛擬高程迭代法。同時，采用預校正圖像法進行前期修正，不僅可解決因基線過長造成的左右視角差異過大無法匹配的問題，而且有效提高極線搜索匹配的效率和成功率;
　　(3)將三維重建得到的實時水位和水面形態(tài)融入到LSPIV圖像正向校正這一步驟，突破了簡化水面為二維水平面或傾斜平面的做法，建立更為精確的物理坐標和圖像灰度值的對應

5、關(guān)系，提高表面二維流場的計算精度，并采用靈活的三角網(wǎng)格，適應彎曲河道，避免大量無效節(jié)點的運算;
　　(4)在LSPIV核心算法中加入魯棒的最小平方差(MQD)算法，進行天然表面模式的追蹤匹配。對于表面連續(xù)形態(tài)、多背景噪聲、光線不均勻等現(xiàn)場條件，MQD的適應能力更強。通過敏感性分析，認為LSPIV的計算時間和結(jié)果精度與示蹤粒子分布、計算窗口尺寸以及時間間隔等影響因子間存在復合關(guān)系;
　　(5)以龍溪河于2014年7月發(fā)生的一次