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1、一、项目简介（200字左右）河工物理模型是研究水力学及河流动力学等相关问题的一种重要手段，地形的动态信息是河工模型特别是河道模型实验中评价河床动态变化的重要内容。开发一套用于河道模型三维地形信息的采集系统，对于推动河工物理模型量测技术的发展具有重要意义。目前，河工物理模型地形信息采集仪器可分为接触式和非接触式采集两种。随着河工模型模拟技术的发展，接触式地形采集系统已不能满足相关测量技术的要求。非接触式采集系统可采用激光、超声波等技术手段进行河道地形信息的采集。激光因其良好的准直性、高精度和对目标无干扰等特点，被广泛应用于空间距离非接触时测量中。开发这种河工物理模型地形信息采集系统，并在某一模型
2、下进行安装调试，通过试验，分析讨论其适应性和通用性。并提出相应的修改意见和措施，再进行调试，直至基本满足设计要求。后期可以在大尺度河工模型中加以推广运用，对推动河工物理模型量测技术的发展具有极其重要的作用。二、申请理由（1000字左右，包括自身/团队具备的知识、条件、特长、兴趣、前期准备、项目可行性分析等）一、目前河道地形信息采集系统发展概况河工物理模型是一种三维实体模型，目前的量测手段所获取的结果大部分是一维和二维的，比如水面线和河道大断面地形。目前用于河工模型地形测量仪器分为接触式和非接触式采集两种。接触式地形采集系统效率低、受人为影响误差大及扰动、破坏地形原貌等缺点。非接触式采集系统可采
3、用激光、超声波等技术手段进行河道地形信息的采集。虽然目前已经有学者对水下地形激光采集系统有一定的研究，也做了大量的工作，但对于悬移质泥沙的浑水模型就不适用了。且其最大的缺点就是系统较为复杂；轨道较笨重、采集系统上带有电源线、采集数据线等等，严重制约着测量设备的行走和测量，在大尺度合河工模型试验中很难得到推广。同时造价就相对较高，难以大范围推广。二、拟实现的目标据上述，开发一种河工物理模型地形采集系统，在保证技术要求前提下，采用轻便轨道、无线激光采集，既可以克服电源线、数据线等对测量设备行走的影响，同时也能降低设备本身的造价，能很好的在大尺度河工模型中加以推广，具有广阔的应用前景。三、研究团队概
4、况整个研究团队有7人组成，整个团队是敢于挑战、富有激情的团队，团队成员搭配较为合理，各个成员已经具备了一些专业知识，可以为整个系统开发的实现提供理论上的支持。成员各有特长，相得益彰。既不失创业的热情，又有一股初生牛犊不怕虎的冲劲和干劲。充分发挥每个成员的积极性使得我们团队有更强的综合实力和竞争力。指导老师王鹏涛：华北水利水电学院讲师，水力学及河流动力学专业，在专业知识上有其独到的见解，其以往指导的大学生创新大赛中获得过较好的名次，具有一定的指导经验。指导老师张立： 水力学及河流动力学实验室实验员，水力学及河流动力学专业，长期从事河工模型试验，参加河工物理模型试验约30多项，对相关设备仪器非常熟
5、悉，曾开发过河道浑水水下地形仪器等。其他成员有的动手能力较强，计算机知识也较为突出，这些都为系统开发的实现提供了良好的技术保证。 四、前期已准备的工作通过前期的沟通，整个团队目前已对整个系统有了全面的理解，并业已做了相关的工作：（a）通过对激光采集设备的学习了解，其所适用的器型号基本已经确定，并联系好厂家。（b）通过对专业老师的咨询和了解，电机型号也正在确定过程中，（c）简易河道模型制作材料正在筹备之中。总之：项目组成员分工明确，协调得力，工作积极性高，正按部就班对工作进行推进。三、项目方案（2000字左右，包括计划、技术路线、人员分工等） 整个采集系统分为四部分，分别是信息采集系统、轨道及单
6、机系统、后期数据处理软件系统以及河道模型制作四部分。其相关计划及技术要求等详细内容见下述：一、采集设备的确定及相关技术指标1.采集设备：采集系统拟选用X70C型测距传感器，采样频率快、采集精度高。设备相关参数如下：2.技术路线：以非接触的方式在垂直方向采集某一点的相对高度（Z方向的值），并记录保存在记忆卡中或无线实时传出。3.相关要求：（a）测量设备自带记忆卡（4G8G）；（另可考虑无线网络方式传出，通过接受设备终端实时接受数据）（b）测量设备采用蓄电池，蓄电池连续工作时间以不小于2个小时，更换电池后续上次停顿的地方继续测量及保存数据。这样就可省去电源及数据线对设备采集地形信息时的影响，增大了
7、系统的适用性。4.此模块拟有吴默溪、韩正国二人共同承担。二、轨道设备及相关技术指标激光测量设备架设在轨道上，轨道包括传动装置和电机装置，为激光测量提供准确定位和触发信号。1.工作原理示意图：其中：黑色线框表示轨道及测量设备，黑色虚线及曲线表示所测量的河道模型（自制简易模型），长方体表示激光测量设备,箭头表示测量设备运动方向。其工作设想为：激光采集设备沿着y方向（面对读者方向）对某一个断面进行高度（z的值）测量，整个断面测量完成后；移动到下个需要测量的断面（蓝线所在位置），同样在蓝线上沿y方向进行上述测量，以此类推，循环工作。2.具体技术要求：（a）沿Y方向，激光采集系统通过电机传动装置进行自动
8、测量，测量点间隔距离约为25cm；后期对测量点数进行累加，则可统计出Y的值；（b）沿x方向先考虑采用人工挪动的方式，调整到所需要的测量断面位置，并记录下来距上一次测量或坐标了原点的移动距离，此值作为所测量断面的x值，一个测量断面x值是不变的。3.其他相关注意问题：（a）为了避免测量设备在运动过程中震动带来的采集误差，拟在Y轴上实现测量一次运行停顿测量再运行的采集模式；（b）Y方向的坐标值，可通过运行的速度及时间可计算出运行的距离，通过累加上、下次运行的距离可得到y的坐标值。4.每一次激光系统采集个Z值，并有对应的Y值，而对于一个断面其X值又是不变的。因此通过对一块区域的数据采集后，可得到整区域
9、的（X，Y，Z）三维坐标。5.此部分拟有宋永华、马智涛二人承担。三、数据后期处理采集到的三维数据，按照各种需要，通过编写特定的处理程序，经过处理可需要的结果。此部分拟有付惠蛟负责四、简易河道模型制作简易河道模型主要用于检验检测整个采集系统的稳定性、适应性以及精度等相关指标的检测。此项根据项目组人员实际情况灵活配置人员。四、项目进度安排（500字左右，包括详细的计划安排）按照上述系统开发计划及相关要求，拟制定如下工作安排：2012.092012.12确定激光采集器型号等技术指标，并完成测量设备自带记忆卡（4G8G）或无线网络传出数据的方式。确定测量设备所用蓄电池，蓄电池工作时间以不小于2个小时为
10、宜，且满足体积价格等方面的要求。对采集设备在进行运行调试，改进不足。2012.122013.02相关成员了解轨道、电机设备相关知识，并制作简易河道模型等。2013.032013.04在前期对电机、轨道设备了解的基础上，完成轨道、 传动装置和电机装置等设备型号的确定。并完成各个分部之间的组装调试。2013.042013.05在不架设激光测量设备的前提下，对轨道和电机系统进行运行调试，改进不足。同时，数据处理人员开始进行相关程序的了解、编写等工作。2013.052013.07激光测量设备于轨道电机系统进行联动调试，并在河道模型上进行应用，完成对简易河道模型的测量，进行数据处理等。2013.07 产
11、品优化设计、专利申请、论文发表等其他后期事宜。五、项目完成预期成果（1000字左右，论文级别、专利、设计、产品、服务、公司规模、营业额等）本项目拟完成如下预期成果：（a）进一步对整个采集系统进行优化，简化轨道系统等，在河道模型中运行调试，达到一定的设计效果后推广至大尺度河工模型试验中；（b）在大尺度河工模型中进一步调试运用，发现问题及时解决，保证在后期推广中的的适用性和运行稳定性；（c）上述两项完成后，开发成一套完整的产品，并成立或委托相关科技公司在国内各相关的研究所、高校实验室进行推广，预计可实现的营业额约50万元；（d）拟完成论文两篇；（e）后期专利申请。六、项目责任人承诺在获得立项后，本人将与项目组成员团结一致，努力做好该项目的研究工作，实现制定的目标。如果因主观原因导致项目执行不力，未达到预期目标，本人与项目组成员愿意承担相应损失。负责人签名： 年 月 日经费预算支出项目支出（元）设备费（激光设备、电机等）9200材料（轨道、有机玻璃等）800交通费300论文版面1200其他1500总计（元）：13000校内导师意见： 签名： 年 月 日校外导师意见： 签名： 年 月 日学院意见：签名： 盖章 年 月 日学校专家评审意见： 负责人签名： 盖章 年 月 日学校意见： 签名： 盖章 年 月 日8
河工物理模型地形信息采集系统开发张立
