本發(fā)明涉及坡面水文過程觀測(cè)試驗(yàn)領(lǐng)域，設(shè)計(jì)坡水文試驗(yàn)流量場(chǎng)計(jì)算技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種坡面水文試驗(yàn)流量場(chǎng)觀測(cè)系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

由于自然界的坡面形態(tài)復(fù)雜，且水流很薄，難以實(shí)現(xiàn)全坡面的產(chǎn)流過程觀測(cè)。相對(duì)于明渠或河流中的水流，薄層水流厚度非常小，受空氣、邊壁等接觸面的影響，使得流速變化規(guī)律非常復(fù)雜。而地面污染物運(yùn)移、泥沙顆粒的侵蝕與起動(dòng)等與薄層水流流速具有密切關(guān)系。特別在一些自然環(huán)境中，薄層水流甚至用肉眼無法直接觀察到，只有在染色劑之類的示蹤液的指示下才能看到。

對(duì)于薄層水流流速場(chǎng)以及薄層水流深度都很難計(jì)算出來，由于薄層水流流量場(chǎng)為流速場(chǎng)與深度的乘積，則對(duì)于薄層水流流速場(chǎng)以及薄層水流深度的計(jì)算尤為重要。

目前對(duì)薄層水流流速的測(cè)量廣泛采用的方法有“流量法”、“染色法”、“鹽溶液示蹤法”等?！傲髁糠ā敝荒苡糜谄骄魉俚臏y(cè)量，在流量較大且需要連續(xù)觀測(cè)時(shí)需要較多的人員，工作量較大。對(duì)于“染色法”和“鹽溶液示蹤法”，其測(cè)定的是徑流表面最大流速，要得到徑流平均流速必須進(jìn)行修正。但是，“染色法”雖然比較方便，但有時(shí)需要多人進(jìn)行配合測(cè)量，且由于測(cè)量均為人工測(cè)量，帶有一定的人為因素，距離和時(shí)間會(huì)有一定的測(cè)量誤差。特別是染色流體的形狀會(huì)隨著移動(dòng)距離在水流彌散作用下變化，有時(shí)很難把握，其造成的距離測(cè)量誤差十分嚴(yán)重，一般只能計(jì)量最大流速。

可見對(duì)坡面水流流速以及深度的測(cè)量一直是相關(guān)領(lǐng)域研究的難點(diǎn)，對(duì)于兩者的測(cè)量迫切需要一種更加科學(xué)和高效的測(cè)量方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種坡面水文試驗(yàn)流量場(chǎng)觀測(cè)系統(tǒng)及方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中由于對(duì)水流的流速場(chǎng)以及深度計(jì)算的困難性，導(dǎo)致對(duì)坡面流量場(chǎng)的計(jì)算和觀測(cè)不準(zhǔn)確的問題。

為了解決上述問題，本發(fā)明公開了一種坡面水文試驗(yàn)流量場(chǎng)觀測(cè)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：坡面搭建系統(tǒng)、人工降雨系統(tǒng)、示蹤液投放系統(tǒng)、數(shù)字地形采集處理系統(tǒng)、以及地理信息處理系統(tǒng)；所述坡面搭建系統(tǒng)搭建試驗(yàn)所觀測(cè)的坡面模型；所述人工降雨系統(tǒng)用于在指定的所述坡面模型上進(jìn)行降雨；所述示蹤液投放系統(tǒng)用于在指定所述坡面模型上投放示蹤液；所述數(shù)字地形采集系統(tǒng)包括相機(jī)陣列和同步器；所述相機(jī)陣列排布在所述坡面上方，用于在試驗(yàn)過程中拍攝所述坡面模型的地形圖像，所述同步器控制所述相機(jī)陣列中的各相機(jī)同步拍攝地形圖像，基于近景攝影測(cè)量原理和傾斜攝影測(cè)量原理對(duì)所述地形圖像進(jìn)行分析，生成所述坡面模型的數(shù)字高程模型；其中，每個(gè)數(shù)字高程模型對(duì)應(yīng)一個(gè)時(shí)間點(diǎn)；所述地理信息處理系統(tǒng)對(duì)各所述數(shù)字高程模型進(jìn)行分析計(jì)算，生成各數(shù)字高程模型對(duì)應(yīng)的第一參數(shù)組；確定所述坡面模型中各柵格對(duì)應(yīng)的第二參數(shù)組；依據(jù)各數(shù)字高程模型對(duì)應(yīng)的所述第一參數(shù)組以及所述第二參數(shù)組計(jì)算出每個(gè)時(shí)間點(diǎn)、每個(gè)柵格的坡面水流深度數(shù)據(jù)；對(duì)所述相機(jī)陣列同步拍攝的地形圖像進(jìn)行分析，計(jì)算出指定坡面模型位置的坡面流速場(chǎng)；針對(duì)每個(gè)柵格，依據(jù)水流深度以及坡面流速場(chǎng)計(jì)算得到單寬流量場(chǎng)。

優(yōu)選地，所述示蹤液投放系統(tǒng)包括：蠕動(dòng)泵和蠕動(dòng)泵控制器，所述蠕動(dòng)泵控制器控制所述蠕動(dòng)泵在所述坡面模型上，將示蹤液投放至指定位置處；所述地理信息處理系統(tǒng)還包括：校準(zhǔn)標(biāo)識(shí)；所述校準(zhǔn)標(biāo)識(shí)用于圖像校準(zhǔn)。

優(yōu)選地，所述地理信息處理系統(tǒng)包括：識(shí)別模塊、數(shù)據(jù)獲取模塊以及計(jì)算模塊；所述識(shí)別模塊分別識(shí)別各所述地形圖像中的示蹤液位置；針對(duì)各地形圖像，將所述地形圖像與對(duì)應(yīng)的所述數(shù)字高程模型進(jìn)行精確配準(zhǔn)，并建立二者之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系；依據(jù)各地形圖像的排序以及各地形圖像中示蹤液的位置確定所述示蹤液指示的水流位置與時(shí)間的關(guān)系；所述數(shù)據(jù)獲取模塊分別各所述數(shù)字高程模型進(jìn)行分析，獲取所述坡面模型的各柵格對(duì)應(yīng)的第一參數(shù)組，所述第一參數(shù)組包括：坡度、坡面曲率以及匯流累計(jì)數(shù)，所述數(shù)據(jù)獲取模塊依據(jù)降雨強(qiáng)度、所述坡面模型的物質(zhì)組成、土壤質(zhì)地確定所述坡面模型中各柵格對(duì)應(yīng)的第二參數(shù)組，其中所述第二參數(shù)組包括：降雨強(qiáng)度、坡面糙率以及坡面穩(wěn)定入滲率；所述計(jì)算模塊依據(jù)所述示蹤液指示的水流位置與時(shí)間的關(guān)系，計(jì)算水流方向；提取各所述數(shù)字高程模型中示蹤液終點(diǎn)處的坡度信息，依據(jù)各坡度信息計(jì)算水流流速；依據(jù)所述水流方向以及所述水流流速輸出水流的坡面流速場(chǎng)；依據(jù)各數(shù)字高程模型對(duì)應(yīng)的所述第一參數(shù)組以及所述第二參數(shù)組計(jì)算出每個(gè)時(shí)間點(diǎn)、每個(gè)柵格的坡面水流深度數(shù)據(jù)；依據(jù)所述坡面流速場(chǎng)以及每個(gè)時(shí)間點(diǎn)、每個(gè)柵格的坡面水流深度數(shù)據(jù)計(jì)算所述坡面模型的坡面模型的各流量場(chǎng)數(shù)據(jù)。

優(yōu)選地，所述地理信息處理系統(tǒng)通過以下公式對(duì)各數(shù)字高程模型對(duì)應(yīng)的所述第一參數(shù)組以及所述第二參數(shù)組計(jì)算出所述數(shù)字高程模型中每個(gè)柵格的坡面水流深度數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算：h＝β*i^a*n^b*acc^c/(k^d*ss^e)；其中，h為坡面水流深度，i為降雨強(qiáng)度，n為坡面糙率，acc為匯流累計(jì)數(shù)，k為坡面穩(wěn)定入滲率，ss為地表剖面曲率，β為系數(shù)，a、b、c、d、e為參數(shù)。

為了解決上述問題，本發(fā)明還公開了一種坡面水文試驗(yàn)流量場(chǎng)觀測(cè)方法，所述方法包括：搭建坡面模型；啟動(dòng)示蹤液投放系統(tǒng)將所述示蹤液投放在指定的所述坡面模型上；啟動(dòng)人工降雨系統(tǒng)，其中，所述人工降雨系統(tǒng)在指定的所述坡面模型上進(jìn)行降雨；啟動(dòng)數(shù)字地形采集處理系統(tǒng)對(duì)所述坡面模型的地形數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，其中所述數(shù)字地形采集處理系統(tǒng)包括相機(jī)陣列和同步器，所述相機(jī)陣列排布在所述坡面上方，用于在試驗(yàn)過程中拍攝所述坡面模型的地形圖像，所述同步器控制所述相機(jī)陣列中的各相機(jī)同步拍攝地形圖像；利用近景攝影測(cè)量原理和傾斜攝影測(cè)量原理對(duì)圖像進(jìn)行分析得到坡面模型數(shù)字高程模型；其中，每個(gè)數(shù)字高程模型對(duì)應(yīng)一個(gè)時(shí)間點(diǎn)；啟動(dòng)地理信息處理系統(tǒng)將所述相機(jī)陣列同步拍攝的地形圖像進(jìn)行分析，計(jì)算出指定坡面模型位置的坡面流速場(chǎng)；對(duì)各所述數(shù)字高程模型進(jìn)行分析計(jì)算，生成各數(shù)字高程模型對(duì)應(yīng)的第一參數(shù)組，確定所述坡面模型中各柵格對(duì)應(yīng)的第二參數(shù)組；依據(jù)各數(shù)字高程模型對(duì)應(yīng)的所述第一參數(shù)組以及所述第二參數(shù)組計(jì)算出每個(gè)時(shí)間點(diǎn)、每個(gè)柵格的坡面水流深度數(shù)據(jù)；針對(duì)每個(gè)柵格，依據(jù)水流深度以及坡面流速場(chǎng)計(jì)算得到單寬流量場(chǎng)。

優(yōu)選地，所述示蹤液投放系統(tǒng)包括：蠕動(dòng)泵和蠕動(dòng)泵控制器，所述啟動(dòng)示蹤液投放系統(tǒng)將所述示蹤液投放在指定的所述坡面模型上的步驟，包括：所述蠕動(dòng)泵控制器控制所述蠕動(dòng)泵在所述坡面模型上，將示蹤液投放至指定位置處。

優(yōu)選地，所述對(duì)各所述數(shù)字高程模型進(jìn)行分析計(jì)算，生成各數(shù)字高程模型對(duì)應(yīng)的第一參數(shù)組，確定所述坡面模型中各柵格對(duì)應(yīng)的第二參數(shù)組的步驟包括：分別對(duì)各所述數(shù)字高程模型進(jìn)行分析，獲取所述坡面模型的各柵格對(duì)應(yīng)的第一參數(shù)組，所述第一參數(shù)組包括：坡度、坡面曲率以及匯流累計(jì)數(shù)；依據(jù)降雨強(qiáng)度、所述坡面模型的物質(zhì)組成、土壤質(zhì)地確定所述坡面模型中各柵格對(duì)應(yīng)的第二參數(shù)組，其中所述第二參數(shù)組包括：降雨強(qiáng)度、坡面糙率以及坡面穩(wěn)定入滲率。

優(yōu)選地，通過以下公式對(duì)各數(shù)字高程模型對(duì)應(yīng)的所述第一參數(shù)組以及所述第二參數(shù)組計(jì)算出所述數(shù)字高程模型中每個(gè)柵格的坡面水流深度數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算：h＝β*i^a*n^b*acc^c/(k^d*ss^e)；其中，h為坡面水流深度，i為降雨強(qiáng)度，n為坡面糙率，acc為匯流累計(jì)數(shù)，k為坡面穩(wěn)定入滲率，ss為地表剖面曲率，β為系數(shù)，a、b、c、d、e為參數(shù)。

優(yōu)選地，所述啟動(dòng)地理信息處理系統(tǒng)將所述相機(jī)陣列同步拍攝的地形圖像進(jìn)行分析，計(jì)算出指定坡面模型位置的坡面流速場(chǎng)的步驟包括：分別識(shí)別各所述地形圖像中的示蹤液位置；針對(duì)各地形圖像，將所述地形圖像與對(duì)應(yīng)的所述數(shù)字高程模型進(jìn)行精確配準(zhǔn)，并建立二者之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系；依據(jù)各地形圖像的排序以及各地形圖像中示蹤液的位置確定所述示蹤液指示的水流位置與時(shí)間的關(guān)系；依據(jù)所述示蹤液指示的水流位置與時(shí)間的關(guān)系，計(jì)算水流方向；提取各所述三維數(shù)字地形圖中示蹤液位移距離和時(shí)間間隔，計(jì)算水流流速；依據(jù)所述水流方向、位移距離、時(shí)間間隔以及所述水流流速輸出水流的坡面流速場(chǎng)。

優(yōu)選地，通過以下公式對(duì)坡面模型中的每個(gè)柵格的單寬流量場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算：?jiǎn)螌捔髁浚剑剿魃疃?流速場(chǎng)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種坡面水文試驗(yàn)流量場(chǎng)觀測(cè)系統(tǒng)方案，所述系統(tǒng)包括：坡面搭建系統(tǒng)、人工降雨系統(tǒng)、示蹤液投放系統(tǒng)、數(shù)字地形采集處理系統(tǒng)、以及地理信息處理系統(tǒng)；利用示蹤液的計(jì)算分析，得到指定坡面模型位置的坡面流速場(chǎng)，并對(duì)各數(shù)字高程模型進(jìn)行分析計(jì)算出每個(gè)時(shí)間點(diǎn)、每個(gè)柵格的坡面水流深度數(shù)據(jù)，通過計(jì)算出的每個(gè)時(shí)間點(diǎn)、每個(gè)柵格的坡面水流深度數(shù)據(jù)以及坡面流速場(chǎng)計(jì)算坡面模型的各流量場(chǎng)數(shù)據(jù)?？梢?，本發(fā)明實(shí)施例提供的坡面水文試驗(yàn)流量場(chǎng)觀測(cè)方案，數(shù)字圖像分析系統(tǒng)可以通過示蹤液的變化以及地形圖像數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)快速的計(jì)算出指定坡面模型的坡面流速場(chǎng)，通過實(shí)時(shí)采集坡面地形數(shù)據(jù)并構(gòu)造坡面模型的數(shù)字高程模型，能夠?qū)ζ旅姹铀鬟M(jìn)行全方位觀察、并實(shí)時(shí)計(jì)算全坡面的坡面水流深度，相比現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)流量場(chǎng)的試驗(yàn)方法，準(zhǔn)確率更高。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例一的一種坡面水文試驗(yàn)流量場(chǎng)觀測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例二的一種坡面水文試驗(yàn)流量場(chǎng)觀測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例三的一種坡面水文試驗(yàn)流量場(chǎng)觀測(cè)方法的步驟流程圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例四的一種坡面水文試驗(yàn)流量場(chǎng)觀測(cè)方法的步驟流程圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

實(shí)施例一

參照?qǐng)D1，示出了本發(fā)明一種坡面水文試驗(yàn)流量場(chǎng)觀測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。

本發(fā)明實(shí)施例提供的坡面水文試驗(yàn)流量場(chǎng)觀測(cè)系統(tǒng)包括：坡面搭建系統(tǒng)101(圖中未示出)、人工降雨系統(tǒng)102、示蹤液投放系統(tǒng)103(圖中未示出)、數(shù)字地形采集處理系統(tǒng)104、以及地理信息處理系統(tǒng)105。

坡面搭建系統(tǒng)101搭建試驗(yàn)所觀測(cè)的坡面模型1011。人工降雨系統(tǒng)102用于在指定的坡面模型上進(jìn)行降雨。

示蹤液投放系統(tǒng)103用于在指定坡面模型1011上投放示蹤液1031。

示蹤液是指那些能隨注入流體一起流動(dòng)，指示流體在多孔介質(zhì)中的存在、流動(dòng)方向和滲流速度的物質(zhì)。示蹤液的種類較多，按其化學(xué)性質(zhì)可分為化學(xué)示蹤液和放射性示蹤液；按其溶解性質(zhì)可分為分配性示蹤液和非分配性示蹤液?；瘜W(xué)示蹤液常見的有:離子型，如scn-、no3-、br-、i-等；有機(jī)類，如甲醛、乙醇、異丙醇等；染料類和惰性氣體；放射性示蹤液常見的有:氚水、氚化正丁醇、氚化乙醇等。非分配性示蹤液只溶于水；而分配性示蹤液既溶于水，又溶于油，但在油、水中的分配比例不同。

需要說明的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)需要對(duì)示蹤液進(jìn)行選擇，本發(fā)明實(shí)施例中對(duì)此不作具體限制。

數(shù)字地形采集系統(tǒng)104包括相機(jī)陣列1041和同步器1042；相機(jī)陣列1041排布在坡面模型1011上方，用于在試驗(yàn)過程中拍攝坡面模型1011的地形圖像，同步器1042控制相機(jī)陣列1041中的各相機(jī)同步拍攝地形圖像，基于近景攝影測(cè)量原理和傾斜攝影測(cè)量原理對(duì)地形圖像進(jìn)行分析，生成坡面模型的數(shù)字高程模型；其中，每個(gè)數(shù)字高程模型對(duì)應(yīng)一個(gè)時(shí)間點(diǎn)。

地理信息處理系統(tǒng)105對(duì)所述相機(jī)陣列拍攝的圖像進(jìn)行分析，通過正射糾正、數(shù)字圖像拼接獲得坡面模型正射影像；利用圖斑邊緣檢測(cè)技術(shù)，識(shí)別示蹤圖斑，結(jié)合坡面模型數(shù)字高程模型和前后兩張照片中示蹤圖斑位移情況計(jì)算出指定坡面模型位置的坡面流速場(chǎng)。

地理信息處理系統(tǒng)105對(duì)生成的各數(shù)字高程模型進(jìn)行分析計(jì)算，生成各數(shù)字高程模型對(duì)應(yīng)的第一參數(shù)組，根據(jù)第一組參數(shù)的柵格結(jié)構(gòu)確定坡面模型中各柵格對(duì)應(yīng)的第二參數(shù)組。

依據(jù)各數(shù)字高程模型對(duì)應(yīng)的第一參數(shù)組以及第二參數(shù)組計(jì)算出每個(gè)時(shí)間點(diǎn)、每個(gè)柵格的坡面水流深度數(shù)據(jù)。

柵格數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)又稱為網(wǎng)格數(shù)據(jù)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只有行列，對(duì)應(yīng)像元的值，屬性明顯，表達(dá)直觀。柵格在一種特殊的影像格式，一般影像格式有jpg、bmp、tif、png等。數(shù)字高程模型屬于一種連續(xù)表面的柵格圖，是描述地表起伏形態(tài)特征的空間數(shù)據(jù)模型，由底面規(guī)則格網(wǎng)點(diǎn)的高程值構(gòu)成的矩形，形成柵格結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)集，通過將地理信息數(shù)據(jù)、遙感影響結(jié)合，進(jìn)行矢量化處理，從而構(gòu)建數(shù)字高程模型。單流向法假定一個(gè)柵格中的水流只從一個(gè)方向流出，在基于2*2的柵格內(nèi)，根據(jù)柵格間的最大距離權(quán)落值，即高程落差，判斷水流的方向。根據(jù)柵格的水流方向，可以統(tǒng)計(jì)流經(jīng)此柵格的上游的柵格數(shù)量，進(jìn)而計(jì)算出流入此柵格的上游柵格數(shù)，即反映了該柵格的匯流范圍。匯流累計(jì)數(shù)的計(jì)算在arcgis、mapgis等軟件中均有成熟的計(jì)算模塊和算法。

針對(duì)每個(gè)柵格，依據(jù)水流深度以及坡面流速場(chǎng)計(jì)算得到單寬流量場(chǎng)。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種坡面水文試驗(yàn)流量場(chǎng)觀測(cè)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：坡面搭建系統(tǒng)、人工降雨系統(tǒng)、示蹤液投放系統(tǒng)、數(shù)字地形采集處理系統(tǒng)、以及地理信息處理系統(tǒng)；利用示蹤液的計(jì)算分析，得到指定坡面模型位置的坡面流速場(chǎng)，并對(duì)各數(shù)字高程模型進(jìn)行分析計(jì)算出每個(gè)時(shí)間點(diǎn)、每個(gè)柵格的坡面水流深度數(shù)據(jù)，通過計(jì)算出的每個(gè)時(shí)間點(diǎn)、每個(gè)柵格的坡面水流深度數(shù)據(jù)以及坡面流速場(chǎng)，并依據(jù)上述數(shù)據(jù)計(jì)算出單寬流量場(chǎng)?？梢?，本發(fā)明實(shí)施例提供的坡面水文試驗(yàn)流量場(chǎng)觀測(cè)系統(tǒng)，數(shù)字圖像分析系統(tǒng)可以通過示蹤液的變化以及地形圖像數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)快速的計(jì)算出指定坡面模型的坡面流速場(chǎng)，通過實(shí)時(shí)采集坡面地形數(shù)據(jù)并構(gòu)造坡面模型的數(shù)字高程模型，能夠?qū)ζ旅姹铀鬟M(jìn)行全方位觀察、并實(shí)時(shí)計(jì)算全坡面的坡面水流深度，相比現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)流量場(chǎng)的試驗(yàn)方法，準(zhǔn)確率更高。

實(shí)施例二

參照?qǐng)D1，示出了本發(fā)明一種坡面水文試驗(yàn)流量場(chǎng)觀測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。

本發(fā)明實(shí)施例提供的坡面水文試驗(yàn)流量場(chǎng)觀測(cè)系統(tǒng)包括：

坡面搭建系統(tǒng)201(圖中未示出)、人工降雨系統(tǒng)202、示蹤液投放系統(tǒng)203數(shù)字地形采集處理系統(tǒng)204以及地理信息處理系統(tǒng)205。

坡面搭建系統(tǒng)201搭建試驗(yàn)所觀測(cè)的坡面模型2011；人工降雨系統(tǒng)202用于在指定的坡面模型上進(jìn)行降雨。

人工降雨系統(tǒng)主要是為試驗(yàn)區(qū)模擬降雨條件，其降雨強(qiáng)度10-200m/h可調(diào)，降雨均勻度大于0.8。

示蹤液投放系統(tǒng)203用于在指定坡面模型上投放示蹤液。示蹤液投放系統(tǒng)203包括：蠕動(dòng)泵2032和蠕動(dòng)泵控制器2033，蠕動(dòng)泵控制器2033控制蠕動(dòng)泵2032在坡面模型2011上，將示蹤液投放至指定位置處。

示蹤液是指那些能隨注入流體一起流動(dòng)，指示流體在多孔介質(zhì)中的存在、流動(dòng)方向和滲流速度的物質(zhì)。示蹤液的種類較多，按其化學(xué)性質(zhì)可分為化學(xué)示蹤液和放射性示蹤液；按其溶解性質(zhì)可分為分配性示蹤液和非分配性示蹤液?；瘜W(xué)示蹤液常見的有:離子型，如scn-、no3-、br-、i-等；有機(jī)類，如甲醛、乙醇、異丙醇等；染料類和惰性氣體；放射性示蹤液常見的有:氚水、氚化正丁醇、氚化乙醇等。非分配性示蹤液只溶于水；而分配性示蹤液既溶于水，又溶于油，但在油、水中的分配比例不同。

需要說明的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)需要對(duì)示蹤液進(jìn)行選擇，對(duì)此不作具體限制，并且示蹤液的顏色與所述坡面模型不同。

地理信息處理系統(tǒng)205還包括：校準(zhǔn)標(biāo)識(shí)；校準(zhǔn)標(biāo)識(shí)用于圖像校準(zhǔn)。

數(shù)字地形采集系統(tǒng)204包括相機(jī)陣列2041和同步器2042；相機(jī)陣列2041排布在坡面上方，用于在試驗(yàn)過程中拍攝坡面模型2011的地形圖像，同步器2042控制相機(jī)陣列2041中的各相機(jī)同步拍攝地形圖像，基于近景攝影測(cè)量原理和傾斜攝影測(cè)量原理對(duì)地形圖像進(jìn)行分析，生成坡面模型的數(shù)字高程模型，其中，每個(gè)數(shù)字高程模型對(duì)應(yīng)一個(gè)時(shí)間點(diǎn)。

具體地，相機(jī)陣列包括6個(gè)高速攝影器；各高速攝影器的焦點(diǎn)均為坡面模型的中心，以方便拍攝。

地理信息處理系統(tǒng)205對(duì)各數(shù)字高程模型進(jìn)行分析計(jì)算，生成各數(shù)字高程模型對(duì)應(yīng)的第一參數(shù)組；確定坡面模型中各柵格對(duì)應(yīng)的第二參數(shù)組；依據(jù)各數(shù)字高程模型對(duì)應(yīng)的第一參數(shù)組以及第二參數(shù)組計(jì)算出每個(gè)時(shí)間點(diǎn)、每個(gè)柵格的坡面水流深度數(shù)據(jù)；對(duì)相機(jī)陣列同步拍攝的地形圖像進(jìn)行分析，計(jì)算出指定坡面模型位置的坡面流速場(chǎng)；依據(jù)每個(gè)柵格的坡面水流深度數(shù)據(jù)以及坡面流速場(chǎng)計(jì)算得到坡面模型的各流量場(chǎng)數(shù)據(jù)。地理信息處理系統(tǒng)包括：識(shí)別模塊2051、數(shù)據(jù)獲取模塊2052以及計(jì)算模塊2053。

識(shí)別模塊2051分別識(shí)別各地形圖像中的示蹤液位置；針對(duì)各地形圖像，將地形圖像與對(duì)應(yīng)的數(shù)字高程模型進(jìn)行精確配準(zhǔn)，并建立二者之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系；依據(jù)各地形圖像的排序以及各地形圖像中示蹤液的位置確定示蹤液指示的水流位置與時(shí)間的關(guān)系；

數(shù)據(jù)獲取模塊2052分別各數(shù)字高程模型進(jìn)行分析，獲取坡面模型的各柵格對(duì)應(yīng)的第一參數(shù)組，第一參數(shù)組包括：坡度、坡面曲率以及匯流累計(jì)數(shù)，數(shù)據(jù)獲取模塊依據(jù)降雨強(qiáng)度、坡面模型的物質(zhì)組成、土壤質(zhì)地確定坡面模型中各柵格對(duì)應(yīng)的第二參數(shù)組，其中第二參數(shù)組包括：降雨強(qiáng)度、坡面糙率以及坡面穩(wěn)定入滲率。

計(jì)算模塊2053依據(jù)示蹤液指示的水流位置與時(shí)間的關(guān)系，計(jì)算水流方向；提取各數(shù)字高程模型中示蹤液終點(diǎn)處的坡度信息，依據(jù)各坡度信息計(jì)算水流流速；依據(jù)水流方向以及水流流速輸出水流的坡面流速場(chǎng)；依據(jù)各數(shù)字高程模型對(duì)應(yīng)的第一參數(shù)組以及第二參數(shù)組計(jì)算出每個(gè)時(shí)間點(diǎn)、每個(gè)柵格的坡面水流深度數(shù)據(jù)；依據(jù)坡面流速場(chǎng)以及每個(gè)時(shí)間點(diǎn)、每個(gè)柵格的坡面水流深度數(shù)據(jù)計(jì)算坡面模型的單寬流量場(chǎng)。

具體地，針對(duì)每個(gè)柵格，通過以下公式對(duì)坡面模型中的每個(gè)柵格的單寬流量場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算：

單寬流量＝＝水流深度*流速場(chǎng)。

柵格數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)又稱為網(wǎng)格數(shù)據(jù)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只有行列，對(duì)應(yīng)像元的值，屬性明顯，表達(dá)直觀。柵格在一種特殊的影像格式，一般影像格式有jpg、bmp、tif、png等。數(shù)字高程模型屬于一種連續(xù)表面的柵格圖，是描述地表起伏形態(tài)特征的空間數(shù)據(jù)模型，由底面規(guī)則格網(wǎng)點(diǎn)的高程值構(gòu)成的矩形，形成柵格結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)集，通過將地理信息數(shù)據(jù)、遙感影響結(jié)合，進(jìn)行矢量化處理，從而構(gòu)建數(shù)字高程模型。單流向法假定一個(gè)柵格中的水流只從一個(gè)方向流出，在基于2*2的柵格內(nèi)，根據(jù)柵格間的最大距離權(quán)落值，即高程落差，判斷水流的方向。根據(jù)柵格的水流方向，可以統(tǒng)計(jì)流經(jīng)此柵格的上游的柵格數(shù)量，進(jìn)而計(jì)算出此柵格的匯流累計(jì)量反應(yīng)了柵格的積水深度和范圍，也反應(yīng)了該柵格形成地表匯流的難易程度。

對(duì)各數(shù)字高程模型對(duì)應(yīng)的第一參數(shù)組以及第二參數(shù)組計(jì)算出數(shù)字高程模型中每個(gè)柵格的坡面水流深度數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算：

h＝β*i^a*n^b*acc^c/(k^d*ss^e)；

其中，h為坡面水流深度，i為降雨強(qiáng)度，n為坡面糙率，acc為匯流累計(jì)數(shù)，k為坡面穩(wěn)定入滲率，ss為地表剖面曲率，β為系數(shù)，a、b、c、d、e為參數(shù)。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種坡面水文試驗(yàn)流量場(chǎng)觀測(cè)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：坡面搭建系統(tǒng)、人工降雨系統(tǒng)、示蹤液投放系統(tǒng)、數(shù)字地形采集處理系統(tǒng)、以及地理信息處理系統(tǒng)；利用示蹤液的計(jì)算分析，得到指定坡面模型位置的坡面流速場(chǎng)，并對(duì)各數(shù)字高程模型進(jìn)行分析計(jì)算出每個(gè)時(shí)間點(diǎn)、每個(gè)柵格的坡面水流深度數(shù)據(jù)，通過計(jì)算出的每個(gè)時(shí)間點(diǎn)、每個(gè)柵格的坡面水流深度數(shù)據(jù)以及坡面流速場(chǎng)，并依據(jù)上述數(shù)據(jù)計(jì)算出單寬流量場(chǎng)?？梢姡景l(fā)明實(shí)施例提供的坡面水文試驗(yàn)流量場(chǎng)觀測(cè)系統(tǒng)，數(shù)字圖像分析系統(tǒng)可以通過示蹤液的變化以及地形圖像數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)快速的計(jì)算出指定坡面模型的坡面流速場(chǎng)，通過實(shí)時(shí)采集坡面地形數(shù)據(jù)并構(gòu)造坡面模型的數(shù)字高程模型，能夠?qū)ζ旅姹铀鬟M(jìn)行全方位觀察、并實(shí)時(shí)計(jì)算全坡面的坡面水流深度，相比現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)流量場(chǎng)的試驗(yàn)方法，準(zhǔn)確率更高。

實(shí)施例三參照?qǐng)D3，示出了本發(fā)明一種坡面水文試驗(yàn)流量場(chǎng)觀測(cè)方法的步驟流程圖。

本發(fā)明實(shí)施例提供的坡面水文試驗(yàn)流量場(chǎng)觀測(cè)方法包括以下步驟：

步驟301：搭建坡面模型。

坡面搭建系統(tǒng)搭建試驗(yàn)所觀測(cè)的坡面模型。

步驟302：?jiǎn)?dòng)示蹤液投放系統(tǒng)將示蹤液投放在指定的坡面模型上。

示蹤液是指那些能隨注入流體一起流動(dòng)，指示流體在多孔介質(zhì)中的存在、流動(dòng)方向和滲流速度的物質(zhì)。示蹤液的種類較多，按其化學(xué)性質(zhì)可分為化學(xué)示蹤液和放射性示蹤液；按其溶解性質(zhì)可分為分配性示蹤液和非分配性示蹤液。化學(xué)示蹤液常見的有:離子型，如scn-、no3-、br-、i-等；有機(jī)類，如甲醛、乙醇、異丙醇等；染料類和惰性氣體；放射性示蹤液常見的有:氚水、氚化正丁醇、氚化乙醇等。非分配性示蹤液只溶于水；而分配性示蹤液既溶于水，又溶于油，但在油、水中的分配比例不同。

需要說明的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)需要對(duì)示蹤液進(jìn)行選擇，本發(fā)明實(shí)施例中對(duì)此不作具體限制。

步驟303：?jiǎn)?dòng)人工降雨系統(tǒng)。

人工降雨系統(tǒng)主要是為試驗(yàn)區(qū)模擬降雨條件，其降雨強(qiáng)度10-200m/h可調(diào)，降雨均勻度大于0.8。

其中，人工降雨系統(tǒng)在指定的坡面模型上進(jìn)行降雨。

步驟304：?jiǎn)?dòng)數(shù)字地形采集處理對(duì)坡面模型的地形數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。

其中數(shù)字地形采集處理系統(tǒng)包括相機(jī)陣列和同步器，相機(jī)陣列排布在坡面上方，用于在試驗(yàn)過程中拍攝坡面模型的地形圖像，同步器控制相機(jī)陣列中的各相機(jī)同步拍攝地形圖像。

步驟305：利用近景攝影測(cè)量原理和傾斜攝影測(cè)量原理對(duì)圖像進(jìn)行分析得到坡面模型數(shù)字高程模型。

其中，每個(gè)數(shù)字高程模型對(duì)應(yīng)一個(gè)時(shí)間點(diǎn)

步驟306；啟動(dòng)地理信息處理系統(tǒng)將相機(jī)陣列同步拍攝的地形圖像進(jìn)行分析，計(jì)算出指定坡面模型位置的坡面流速場(chǎng)。

地理信息處理系統(tǒng)對(duì)上述相機(jī)整列圖像進(jìn)行分析，通過正射糾正、數(shù)字圖像拼接獲得坡面模型正射影像；利用圖斑邊緣檢測(cè)技術(shù)，識(shí)別示蹤圖斑，結(jié)合坡面模型數(shù)字高程模型和前后兩張照片中示蹤圖斑位移情況計(jì)算出指定坡面模型位置的坡面流速場(chǎng)。

步驟307：對(duì)各數(shù)字高程模型進(jìn)行分析計(jì)算，生成各數(shù)字高程模型對(duì)應(yīng)的第一參數(shù)組，確定坡面模型中各柵格對(duì)應(yīng)的第二參數(shù)組。

步驟308：依據(jù)各數(shù)字高程模型對(duì)應(yīng)的第一參數(shù)組以及第二參數(shù)組計(jì)算出每個(gè)時(shí)間點(diǎn)、每個(gè)柵格的坡面水流深度數(shù)據(jù)。

柵格數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)又稱為網(wǎng)格數(shù)據(jù)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只有行列，對(duì)應(yīng)像元的值，屬性明顯，表達(dá)直觀。柵格在一種特殊的影像格式，一般影像格式有jpg、bmp、tif、png等。數(shù)字高程模型屬于一種連續(xù)表面的柵格圖，是描述地表起伏形態(tài)特征的空間數(shù)據(jù)模型，由底面規(guī)則格網(wǎng)點(diǎn)的高程值構(gòu)成的矩形，形成柵格結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)集，通過將地理信息數(shù)據(jù)、遙感影響結(jié)合，進(jìn)行矢量化處理，從而構(gòu)建數(shù)字高程模型。單流向法假定一個(gè)柵格中的水流只從一個(gè)方向流出，在基于2*2的柵格內(nèi)，根據(jù)柵格間的最大距離權(quán)落值，即高程落差，判斷水流的方向。根據(jù)柵格的水流方向，可以統(tǒng)計(jì)流經(jīng)此柵格的上游的柵格數(shù)量，進(jìn)而計(jì)算出此柵格的匯流累計(jì)兩反應(yīng)了柵格的積水深度和范圍，也反應(yīng)了該柵格形成地表匯流的難易程度。

步驟309：針對(duì)每個(gè)柵格，依據(jù)水流深度以及坡面流速場(chǎng)計(jì)算得到單寬流量場(chǎng)。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種坡面水文試驗(yàn)流量場(chǎng)觀測(cè)方法，所述系統(tǒng)包括：坡面搭建系統(tǒng)、人工降雨系統(tǒng)、示蹤液投放系統(tǒng)、數(shù)字地形采集處理系統(tǒng)、以及地理信息處理系統(tǒng)；利用示蹤液的計(jì)算分析，得到指定坡面模型位置的坡面流速場(chǎng)，并對(duì)各數(shù)字高程模型進(jìn)行分析計(jì)算出每個(gè)時(shí)間點(diǎn)、每個(gè)柵格的坡面水流深度數(shù)據(jù)，通過計(jì)算出的每個(gè)時(shí)間點(diǎn)、每個(gè)柵格的坡面水流深度數(shù)據(jù)以及坡面流速場(chǎng)，并依據(jù)上述數(shù)據(jù)計(jì)算出單寬流量場(chǎng)。可見，本發(fā)明實(shí)施例提供的坡面水文試驗(yàn)流量場(chǎng)觀測(cè)方法，數(shù)字圖像分析系統(tǒng)可以通過示蹤液的變化以及地形圖像數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)快速的計(jì)算出指定坡面模型的坡面流速場(chǎng)，通過實(shí)時(shí)采集坡面地形數(shù)據(jù)并構(gòu)造坡面模型的數(shù)字高程模型，能夠?qū)ζ旅姹铀鬟M(jìn)行全方位觀察、并實(shí)時(shí)計(jì)算全坡面的坡面水流深度，相比現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)流量場(chǎng)的試驗(yàn)方法，準(zhǔn)確率更高。

實(shí)施例四

參照?qǐng)D4，示出了本發(fā)明實(shí)施例四的一種坡面水文試驗(yàn)流量場(chǎng)觀測(cè)方法的步驟流程圖。

本發(fā)明實(shí)施例提供的坡面水文試驗(yàn)流量場(chǎng)觀測(cè)方法包括以下步驟：

步驟401：搭建坡面模型。

坡面搭建系統(tǒng)搭建試驗(yàn)所觀測(cè)的坡面模型。

步驟402：?jiǎn)?dòng)示蹤液投放系統(tǒng)將示蹤液投放在指定的坡面模型上。

示蹤液是指那些能隨注入流體一起流動(dòng)，指示流體在多孔介質(zhì)中的存在、流動(dòng)方向和滲流速度的物質(zhì)。示蹤液的種類較多，按其化學(xué)性質(zhì)可分為化學(xué)示蹤液和放射性示蹤液；按其溶解性質(zhì)可分為分配性示蹤液和非分配性示蹤液?；瘜W(xué)示蹤液常見的有:離子型，如scn-、no3-、br-、i-等；有機(jī)類，如甲醛、乙醇、異丙醇等；染料類和惰性氣體；放射性示蹤液常見的有:氚水、氚化正丁醇、氚化乙醇等。非分配性示蹤液只溶于水；而分配性示蹤液既溶于水，又溶于油，但在油、水中的分配比例不同。

需要說明的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)需要對(duì)示蹤液進(jìn)行選擇，本發(fā)明實(shí)施例中對(duì)此不作具體限制。

步驟403：?jiǎn)?dòng)人工降雨系統(tǒng)。

其中，人工降雨系統(tǒng)在指定的坡面模型上進(jìn)行降雨。

人工降雨系統(tǒng)主要是為試驗(yàn)區(qū)模擬降雨條件，其降雨強(qiáng)度10-200m/h可調(diào)，降雨均勻度大于0.8。

步驟404：?jiǎn)?dòng)數(shù)字地形采集處理對(duì)坡面模型的地形數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。

其中數(shù)字地形采集處理系統(tǒng)包括相機(jī)陣列和同步器，相機(jī)陣列排布在坡面上方，用于在試驗(yàn)過程中拍攝坡面模型的地形圖像，同步器控制相機(jī)陣列中的各相機(jī)同步拍攝地形圖像。

步驟405：利用近景攝影測(cè)量原理和傾斜攝影測(cè)量原理對(duì)圖像進(jìn)行分析得到坡面模型數(shù)字高程模型。

其中，每個(gè)數(shù)字高程模型對(duì)應(yīng)一個(gè)時(shí)間點(diǎn)。

將相機(jī)陣列中的各相機(jī)同步拍攝地形圖像按照拍攝時(shí)間先后進(jìn)行排序，對(duì)排序后的各地形圖像進(jìn)行分析得到各坡面模型的數(shù)字高程模型。

在數(shù)字地形采集系統(tǒng)建立需要建立一個(gè)索引數(shù)據(jù)庫，提高后續(xù)數(shù)據(jù)處理的工作效率，減少查詢復(fù)雜度。索引數(shù)據(jù)庫的兩個(gè)關(guān)鍵檢索項(xiàng)是相機(jī)號(hào)和拍攝時(shí)間，其中相機(jī)號(hào)與相機(jī)的真實(shí)位置一一對(duì)應(yīng)，拍攝時(shí)間步長可通過用戶設(shè)置。用戶可基于索引數(shù)據(jù)庫利用交互界面查詢每一臺(tái)相機(jī)在某個(gè)特定時(shí)間段拍攝的相片。

步驟406：分別識(shí)別各地形圖像中的示蹤液位置。

針對(duì)各地形圖像，將地形圖像與對(duì)應(yīng)的數(shù)字高程模型進(jìn)行精確配準(zhǔn)，并建立二者之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

由于場(chǎng)景數(shù)字高程模型建立的時(shí)間與水流模擬的時(shí)間不一致，相片的相機(jī)坐標(biāo)系與數(shù)字高程模型可能存在匹配誤差，因此需要將相片的位置與數(shù)字高程模型進(jìn)行重新匹配。選擇在起始拍攝時(shí)間相鄰相機(jī)獲取的相片，利用空中三角測(cè)量技術(shù)，建立相片坐標(biāo)系與數(shù)字高程模型的對(duì)應(yīng)關(guān)系，起始時(shí)間的相片坐標(biāo)系匹配后，后續(xù)相片即可使用該轉(zhuǎn)換模型進(jìn)行精確配準(zhǔn)，使得相片上任意一點(diǎn)都能從數(shù)字高程模型中提取三維信息。

步驟407：依據(jù)各地形圖像的排序以及各地形圖像中示蹤液的位置確定示蹤液指示的水流位置與時(shí)間的關(guān)系。

步驟408：依據(jù)示蹤液指示的水流位置與時(shí)間的關(guān)系，計(jì)算水流方向；提取各數(shù)字高程模型中示蹤液位移距離和時(shí)間間隔，計(jì)算水流流速。

步驟409：依據(jù)水流方向、位移距離、時(shí)間間隔以及水流流速輸出水流的坡面流速場(chǎng)。

從時(shí)間序列相片中提取示蹤液的變化信息，確定每個(gè)時(shí)間的水流方向；同時(shí)根據(jù)示蹤液變化位置對(duì)應(yīng)的坡度信息，計(jì)算示蹤液流淌的真實(shí)距離，獲得水流流速，從而形成一個(gè)時(shí)空連續(xù)的三維水流流速場(chǎng)(流速、方向)，以三維矢量文件的格式進(jìn)行輸出。

步驟410：分別對(duì)各數(shù)字高程模型進(jìn)行分析，獲取坡面模型的各柵格對(duì)應(yīng)的第一參數(shù)組。

第一參數(shù)組包括：坡度、坡面曲率以及匯流累計(jì)數(shù)。

步驟411：依據(jù)降雨強(qiáng)度、坡面模型的物質(zhì)組成、土壤質(zhì)地確定坡面模型中各柵格對(duì)應(yīng)的第二參數(shù)組。

其中第二參數(shù)組包括：降雨強(qiáng)度、坡面糙率以及坡面穩(wěn)定入滲率。

步驟412：依據(jù)各數(shù)字高程模型對(duì)應(yīng)的第一參數(shù)組以及第二參數(shù)組計(jì)算出每個(gè)時(shí)間點(diǎn)、每個(gè)柵格的坡面水流深度數(shù)據(jù)。

第二參數(shù)組包括：降雨強(qiáng)度、坡面糙率以及坡面穩(wěn)定入滲率。

柵格數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)又稱為網(wǎng)格數(shù)據(jù)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只有行列，對(duì)應(yīng)像元的值，屬性明顯，表達(dá)直觀。柵格在一種特殊的影像格式，一般影像格式有jpg、bmp、tif、png等。數(shù)字高程模型屬于一種連續(xù)表面的柵格圖，是描述地表起伏形態(tài)特征的空間數(shù)據(jù)模型，由底面規(guī)則格網(wǎng)點(diǎn)的高程值構(gòu)成的矩形，形成柵格結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)集，通過將地理信息數(shù)據(jù)、遙感影響結(jié)合，進(jìn)行矢量化處理，從而構(gòu)建數(shù)字高程模型。單流向法假定一個(gè)柵格中的水流只從一個(gè)方向流出，在基于2*2的柵格內(nèi)，根據(jù)柵格間的最大距離權(quán)落值，即高程落差，判斷水流的方向。根據(jù)柵格的水流方向，可以統(tǒng)計(jì)流經(jīng)此柵格的上游的柵格數(shù)量，進(jìn)而計(jì)算出此柵格的匯流累計(jì)兩反應(yīng)了柵格的積水深度和范圍，也反應(yīng)了該柵格形成地表匯流的難易程度。

通過以下公式對(duì)各數(shù)字高程模型對(duì)應(yīng)的第一參數(shù)組以及第二參數(shù)組計(jì)算出數(shù)字高程模型中每個(gè)柵格的坡面水流深度數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算：

h＝β*i^a*n^b*acc^c/(k^d*ss^e)；

其中，h為坡面水流深度，i為降雨強(qiáng)度，n為坡面糙率，acc為匯流累計(jì)數(shù)，k為坡面穩(wěn)定入滲率，ss為地表剖面曲率，β為系數(shù)，a、b、c、d、e為參數(shù)。

步驟413：針對(duì)每個(gè)柵格，依據(jù)水流深度以及坡面流速場(chǎng)計(jì)算得到單寬流量場(chǎng)。

通過以下公式對(duì)坡面模型中的每個(gè)柵格的單寬流量場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算：

單寬流量＝＝水流深度*流速場(chǎng)。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種坡面水文試驗(yàn)流量場(chǎng)觀測(cè)方法，所述系統(tǒng)包括：坡面搭建系統(tǒng)、人工降雨系統(tǒng)、示蹤液投放系統(tǒng)、數(shù)字地形采集處理系統(tǒng)、以及地理信息處理系統(tǒng)；利用示蹤液的計(jì)算分析，得到指定坡面模型位置的坡面流速場(chǎng)，并對(duì)各數(shù)字高程模型進(jìn)行分析計(jì)算出每個(gè)時(shí)間點(diǎn)、每個(gè)柵格的坡面水流深度數(shù)據(jù)，通過計(jì)算出的每個(gè)時(shí)間點(diǎn)、每個(gè)柵格的坡面水流深度數(shù)據(jù)以及坡面流速場(chǎng)，并依據(jù)上述數(shù)據(jù)計(jì)算出單寬流量場(chǎng)。可見，本發(fā)明實(shí)施例提供的坡面水文試驗(yàn)流量場(chǎng)觀測(cè)方法，數(shù)字圖像分析系統(tǒng)可以通過示蹤液的變化以及地形圖像數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)快速的計(jì)算出指定坡面模型的坡面流速場(chǎng)，通過實(shí)時(shí)采集坡面地形數(shù)據(jù)并構(gòu)造坡面模型的數(shù)字高程模型，能夠?qū)ζ旅姹铀鬟M(jìn)行全方位觀察、并實(shí)時(shí)計(jì)算全坡面的坡面水流深度，相比現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)流量場(chǎng)的試驗(yàn)方法，準(zhǔn)確率更高。

以上對(duì)本發(fā)明所提供的一種坡面水文試驗(yàn)流量場(chǎng)觀測(cè)系統(tǒng)及方法裝置，進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。