水槽推移质床面形态实时测量试验系统以及方法

1.本发明涉及水利量测超声波领域，具体涉及一种水槽推移质床面形态实时测量试验系统


背景技术：

2.河床是承载河流水体的几何边界，通常由基岩、卵石及泥沙组成的沉积物构成，并在水流作用下处于不断的冲刷或淤积变化状态。河床的冲淤表现为河床高程的变化，这种变化可对堤坝、桥梁、取水口、航道和港口等涉水建筑物的安全以及可靠的产生运行产生严重的影响。因此，对河床高程的准确探测是水利工程中亟待实现的重要目标。
3.在对河床进行探测之前，都要进行多次试验探测。在现有试验测试技术中，通常是试验结束后，排出模型中的水体，对地形采用测针、超声波、激光等方法测量，简称为干测量法。
4.上述干测量法得到的地形数据虽较为精确，但只是试验的最终结果，无法获取不同时刻的地形变化。因模型排水，会对地形造成一定影响，且测量耗时长，给连续试验带来不便。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明实施例提供了一种水槽推移质床面形态实时测量试验系统以及方法，旨在解决现有技术中进行水槽推移质床面形态实时测量试验耗时长，且连续试验不方便的问题。
6.根据第一方面，本发明实施例提供了一种水槽推移质床面形态测量试验系统，系统包括：试验腔体、测量设备以及处理装置，测量设备设置在试验腔体的下方，测量设备与处理装置连接，其中：
7.测量设备，用于测量试验腔体中多个测量点的河床高程；
8.处理装置，用于对各测量点的河床高程进行插值处理，生成地形测量结果。
9.本技术实施例提供的水槽推移质床面形态测量试验系统，包括：试验腔体、测量设备以及处理装置，测量设备设置在试验腔体的下方，测量设备与处理装置连接。测量设备，用于测量试验腔体中多个测量点的河床高程；处理装置，用于对各测量点的河床高程进行插值处理，生成地形测量结果。上述水槽推移质床面形态测量试验系统，由于测量设备不需要透过悬沙水体，因此可以减少悬沙水体对测量结果的影响，保证了测量得到的各测量点的河床高程的准确性。此外，利用该水槽推移质床面形态测量试验系统不需要在试验结束后，排出试验腔体中的水体，因此可以获取不同时刻的地形变化，且不会对地形造成影响，保证了生成的地形测量结果的准确性，且测量便捷，节省了时间成本和人力成本。
10.结合第一方面，在第一方面第一实施方式中，测量设备包括：轨道及驱动装置和分布式测量装置，轨道及驱动装置安装在试验腔体的下方，分布式测量装置安装在轨道及驱动装置上。
11.本技术实施例提供的水槽推移质床面形态测量试验系统，测量设备包括：轨道及驱动装置和分布式测量装置，轨道及驱动装置安装在试验腔体的下方，分布式测量装置安装在轨道及驱动装置上。利用轨道及驱动装置可以实现分布式测量装置的往返运动，因此，不需要在试验腔体的下方全部安装分布式测量装置，从而节约了成本。
12.结合第一方面第一实施方式，在第一方面第二实施方式中，轨道及驱动装置包括：执行装置和驱动装置；分布式测量装置安装在执行装置上，其中：
13.执行装置，用于带动分布式测量装置运动；
14.驱动装置，用于驱动执行装置运动。
15.本技术实施例提供的水槽推移质床面形态测量试验系统，轨道及驱动装置包括：执行装置和驱动装置；分布式测量装置安装在执行装置上，其中：执行装置，用于带动分布式测量装置运动；驱动装置，用于驱动执行装置运动。从而使得分布式测量装置在执行装置的带动下，可以在试验腔体的底面进行往返运动，因此，不需要在试验腔体的下方全部安装分布式测量装置，从而节约了成本。
16.结合第一方面第二实施方式，在第一方面第三实施方式中，分布式测量装置包括多个超声换能器，各超声换能器等距安装在执行装置上。
17.本技术实施例提供的水槽推移质床面形态测量试验系统，分布式测量装置包括多个超声换能器，各超声换能器等距安装在执行装置上。从而可以保证测量测量得到的各测量点的河床高程的准确性。
18.根据第二方面，本发明实施例提供了一种水槽推移质床面形态测量试验方法，应用于上述第一方面或者第一方面的任意一种实施方式中的一种水槽推移质床面形态测量试验系统，该方法包括：
19.获取测量设备发出的超声波在试验腔体的底板传输的第一速度以及各超声波在试验腔体中的介质中传输的第二速度；
20.根据第一速度、第二速度以及测量设备发出的超声波传输的时间，计算试验腔体中多个测量点的河床高程；
21.对各测量点的河床高程进行插值处理，生成地形测量结果。
22.本技术实施例提供的水槽推移质床面形态测量试验方法，获取测量设备发出的超声波在试验腔体的底板传输的第一速度以及各超声波在试验腔体中的介质中传输的第二速度；根据第一速度、第二速度以及测量设备发出的超声波传输的时间，计算试验腔体中多个测量点的河床高程；对各测量点的河床高程进行插值处理，生成地形测量结果，从而可以保证计算得到的地形测量结果的准确性。且采用该水槽推移质床面形态测量试验方法不需要在试验结束后，排出试验腔体中的水体，因此可以获取不同时刻的地形变化，且不会对地形造成影响，保证了生成的地形测量结果的准确性，且测量便捷，节省了时间成本和人力成本。
23.结合第二方面，在第二方面第一实施方式中，对各测量点的河床高程进行插值处理，生成地形测量结果，包括：
24.从各测量点的河床高程中，确定上游测量点对应的河床高程；
25.对上游测量点对应的河床高程进行插值处理，生成地形测量结果。
26.本技术实施例提供的水槽推移质床面形态测量试验方法，从各测量点的河床高程
中，确定上游测量点对应的河床高程；对上游测量点对应的河床高程进行插值处理，生成地形测量结果。由于上游测量点对应的河床高程数据较准确，且更加能够表征地形特点。因此，对上游测量点对应的河床高程进行插值处理，生成地形测量结果，可以保证生成的地形测量结果更加准确。
27.结合第二方面第一实施方式，在第二方面第二实施方式中，对上游测量点对应的河床高程进行插值处理，生成地形测量结果，包括：
28.对试验腔体中的待测区域进行栅格化处理，生成多个节点，对各节点进行编号；
29.根据获取到的各上游测量点对应的河床高程，将各节点分为实测节点和空白节点，并将各实测节点与河床高程进行一一对应，以确定各实测节点对应的河床高程；
30.根据实测节点对应的河床高程，对各空白节点对应的河床高程进行插值处理，生成地形测量结果。
31.本技术实施例提供的水槽推移质床面形态测量试验方法，对试验腔体中的待测区域进行栅格化处理，生成多个节点，对各节点进行编号；根据获取到的各上游测量点对应的河床高程，将各节点分为实测节点和空白节点，并将各实测节点与河床高程进行一一对应，以确定各实测节点对应的河床高程；根据实测节点对应的河床高程，对各空白节点对应的河床高程进行插值处理，生成地形测量结果。从而保证了对空白节点插值的准确性，进一步保证了生成的地形测量结果的准确性。
32.结合第二方面第二实施方式，在第二方面第三实施方式中，根据实测节点对应的河床高程，对各空白节点对应的河床高程进行插值处理，生成地形测量结果，包括：
33.针对各空白节点，确定处于空白节点下游，且距离空白节点最近的实测节点为基准点；
34.根据基准点的位置，确定基准点上游预设数量的目标实测节点；
35.获取基准点以及各目标实测节点对应的河床高程数据的时间序列；
36.根据基准点以及各目标实测节点对应的河床高程数据的时间序列，计算基准点与各目标实测节点之间的相关性系数以及时滞相位差；
37.根据基准点与各目标实测节点之间的相关性系数以及时滞相位差，对空白节点对应的河床高程进行插值，生成地形测量结果。
38.本技术实施例提供的水槽推移质床面形态测量试验方法，利用上述优化地形数据插值方法计算基准点与各目标实测节点之间的相关性系数以及时滞相位差，只考虑空白节点上游的目标实测节点对空白节点的影响，符合推移质床面形态的特点，因此，可以保证得到对空白节点插值的准确性，进而保证了生成的地形测量结果的准确性。
39.结合第二方面第三实施方式，在第二方面第四实施方式中，根据基准点与各目标实测节点之间的相关性系数以及时滞相位差，对空白节点对应的河床高程进行插值，包括：
40.获取空白节点与各目标实测节点之间的第一距离以及基准点与各目标实测节点之间的第二距离；
41.根据各第一距离以及各第二距离，修正时滞相位差，得到基准点与各目标实测节点之间的目标时滞相位差；
42.对基准点与各目标实测节点之间的相关性系数进行归一化处理，得到基准点与各目标实测节点之间的目标相关性系数；
43.根据各目标时滞相位差以及各目标相关性系数，对空白节点对应的河床高程进行插值。
44.本技术实施例提供的水槽推移质床面形态测量试验方法，根据各第一距离以及各第二距离，修正时滞相位差，得到基准点与各目标实测节点之间的目标时滞相位差，从而保证了修正后的目标时滞相位差的准确性，且考虑了推移质床面形态的特点。对基准点与各目标实测节点之间的相关性系数进行归一化处理，得到基准点与各目标实测节点之间的目标相关性系数，保证了得到的目标相关性系数的准确性。根据各目标时滞相位差以及各目标相关性系数，对空白节点对应的河床高程进行插值，保证了对空白节点插值的准确性。从而，保证了生成的地形测量结果的准确性。
45.结合第二方面第四实施方式，在第二方面第五实施方式中，上述方法还包括：
46.对各实测节点的河床高程数据和插值后空白节点的插值数据进行平滑处理，生成地形测量结果。
47.本技术实施例提供的水槽推移质床面形态测量试验方法，对各实测节点的河床高程数据和插值后空白节点的插值数据进行平滑处理，生成地形测量结果，保证了生成的地形测量结果的准确性。
48.根据第三方面，本发明实施例还提供了一种水槽推移质床面形态测量试验装置，包括：
49.获取模块，用于获取测量设备发出的超声波在试验腔体的底板传输的第一速度以及各超声波在试验腔体中的介质中传输的第二速度。
50.计算模块，用于根据第一速度、第二速度以及测量设备发出的超声波传输的时间，计算试验腔体中多个测量点的河床高程；
51.插值模块，用于对各测量点的河床高程进行插值处理，生成地形测量结果。
52.本技术实施例提供的水槽推移质床面形态测量试验装置，获取测量设备发出的超声波在试验腔体的底板传输的第一速度以及各超声波在试验腔体中的介质中传输的第二速度；根据第一速度、第二速度以及测量设备发出的超声波传输的时间，计算试验腔体中多个测量点的河床高程；对各测量点的河床高程进行插值处理，生成地形测量结果，从而可以保证计算得到的地形测量结果的准确性。且采用该水槽推移质床面形态测量试验方法不需要在试验结束后，排出试验腔体中的水体，因此可以获取不同时刻的地形变化，且不会对地形造成影响，保证了生成的地形测量结果的准确性，且测量便捷，节省了时间成本和人力成本。
53.根据第四方面，本发明实施例提供了一种处理装置，包括存储器和处理器，存储器和处理器之间互相通信连接，存储器中存储有计算机指令，处理器通过执行计算机指令，从而执行第二方面或者第二方面的任意一种实施方式中的水槽推移质床面形态测量试验方法。
54.根据第五方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储计算机指令，计算机指令用于使计算机执行第二方面或者第二方面的任意一种实施方式中的水槽推移质床面形态测量试验方法。
附图说明
55.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
56.图1是应用本发明实施例提供的水槽推移质床面形态测量试验系统的结构示意图；
57.图2是应用本发明另一实施例提供的水槽推移质床面形态测量试验系统的结构示意图；
58.图3是应用本发明另一实施例提供的水槽推移质床面形态测量试验系统的结构示意图；
59.图4是应用本发明另一实施例提供的水槽推移质床面形态测量试验系统的结构示意图；
60.图5是应用本发明另一实施例提供的水槽推移质床面形态测量试验方法的流程图；
61.图6是应用本发明另一实施例提供的水槽推移质床面形态测量试验方法的流程图；
62.图7是应用本发明另一实施例提供的水槽推移质床面形态测量试验方法的流程图；
63.图8是应用本发明另一实施例提供的水槽推移质床面形态测量试验方法的流程图；
64.图9是应用本发明另一实施例提供的水槽推移质床面形态测量试验方法中对空白节点进行插值的示意图；
65.图10是应用本发明另一实施例提供的水槽推移质床面形态测量试验方法的流程图；
66.图11是应用本发明另一实施例提供的水槽推移质床面形态测量试验方法中插值前后地形分布示意图；
67.图12是应用本发明另一实施例提供的水槽推移质床面形态测量试验装置的功能结构示意图；
68.图13是应用本发明实施例提供的处理装置的硬件结构示意图。
具体实施方式
69.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
70.本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本技术所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
71.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
72.在本技术一个实施例中，提供了一种水槽推移质床面形态测量试验系统，如图1所示。系统包括：试验腔体1、测量设备2以及处理装置3，测量设备2设置在试验腔体1的下方，测量设备2与处理装置3连接，其中：
73.测量设备2，用于测量试验腔体1中多个测量点的河床高程；
74.处理装置3，用于对各测量点的河床高程进行插值处理，生成地形测量结果。
75.具体地，试验腔体1用于盛放进行水槽推移质床面形态测量试验需要的介质，该介质可以是泥沙，也可以是木屑，还可以是其他物质，对此本技术实施例不做具体限定。其中，试验腔体1的底板可由玻璃、有机玻璃和钢板等材料制作，试验腔体1的底板的厚度可以为2.5cm，也可以是3cm或者4cm，本技术实施例对试验腔体1的底板的厚度不做具体限定。试验腔体1两侧面板可选择透明钢化玻璃制作，也可以是透明塑料材料制作，本技术实施例对试验腔体1的制作材料不做具体限定。此外，试验腔体1的尺寸可以为长度6m-15，宽度为1m-5m，高度为1m-8m，试验腔体1的尺寸还可以是其他尺寸，本技术实施例对试验腔体1的尺寸不做具体限定。
76.测量设备2设置在试验腔体1的下方，且与试验腔体1的底面贴合，用于从试验腔体1的底面测量试验腔体1中多个测量点的河床高程。其中，测量设备2可以包括至少一个测量工具。可选的，各个测量工具可以固定在试验腔体1的下方，从而实现测量试验腔体1中多个测量点的河床高程。可选的，各个测量工具也可以在试验腔体1的下方移动，从而实现测量试验腔体1中多个测量点的河床高程。
77.处理装置3与测量设备2连接，测量设备2将测量得到的试验腔体1中多个测量点的河床高程传输至处理装置3。
78.在一种可选的实施方式中，处理装置3可以包括数据发射端、数据接收端和数据处理装置组成。其中，数据发射端安装在测量设备2上，通过无线通讯的方式实时将测量试验腔体1中多个测量点的河床高程传输至数据处理装置的数据接收端上，数据处理装置对各测量点的河床高程进行插值处理，生成地形测量结果。
79.本技术实施例提供的水槽推移质床面形态测量试验系统包括：试验腔体1、测量设备2以及处理装置3，测量设备2设置在试验腔体1的下方，测量设备2与处理装置3连接。测量设备2，用于测量试验腔体1中多个测量点的河床高程；处理装置3，用于对各测量点的河床高程进行插值处理，生成地形测量结果。从而可以准确快速测量试验腔体1中多个测量点的河床高程，由于测量设备2不需要透过悬沙水体，因此可以减少悬沙水体对测量结果的影响，保证了测量得到的各测量点的河床高程的准确性。此外，利用该水槽推移质床面形态测
量试验系统不需要在试验结束后，排出试验腔体1中的水体，因此可以获取不同时刻的地形变化，且不会对地形造成影响，保证了生成的地形测量结果的准确性，且测量便捷，节省了时间成本和人力成本。
80.在本技术一个实施方式中，如图2所示。测量设备2包括：轨道及驱动装置21和分布式测量装置22，轨道及驱动装置21安装在试验腔体1的下方，分布式测量装置22安装在轨道及驱动装置21上。
81.具体地，轨道及驱动装置21安装在试验腔体1的下方，用于实现分布式测量装置22的往返运动。
82.分布式测量装置22，用于测量试验腔体1中多个测量点的河床高程。
83.本技术实施例提供的水槽推移质床面形态测量试验系统，测量设备2包括：轨道及驱动装置21和分布式测量装置22，轨道及驱动装置21安装在试验腔体1的下方，分布式测量装置22安装在轨道及驱动装置21上。利用轨道及驱动装置21可以实现分布式测量装置22的往返运动，因此，不需要在试验腔体1的下方全部安装分布式测量装置22，从而节约了成本。
84.在本技术一个实施方式中，如图3所示，轨道及驱动装置21包括：执行装置211和驱动装置212；分布式测量装置22安装在执行装置211上，其中：
85.执行装置211，用于带动分布式测量装置22运动；
86.驱动装置212，用于驱动执行装置211运动。
87.具体地，执行装置211可以包括导轨、支架、轴承。其中，导轨布置在试验腔体1的待测区域的首尾两端，方向与试验腔体1中水流运动方向垂直，用于为支架提供运动轨迹。支架安装在导轨上，与水流方向平行，用于搭载分布式测量设备2，带动分布式测量装置22运动并分布式测量设备2供电。轴承安装在导轨上，用于带动支架在导轨上往返运动。驱动装置212可以是变频步进电机，用于提供带动轴承转动，进而带动移动支架在横向导轨上往返运动，并控制滑动轴承的运动方式、运动速度以及运动时间。
88.在一种可选的实施方式中，驱动装置212根据分布式测量装置22单次采样时间和采样测线间的间距，采用运行(在相邻测线间平移)-暂停(进行采样)-运动的工作模式，驱动移动支架在横向导轨上往复间歇式运动，以使分布式测量装置22获取多个测量点在不同时刻的河床高程。
89.在本技术一个可选的实施方式中，分布式测量装置22包括多个超声换能器221，各超声换能器221等距安装在执行装置211上。
90.具体地，多个超声换能器221按照线性排列组成等距安装在执行装置211上。可选的，超声换能器221可以等距安装在执行装置211的支架上。超声换能器221探头紧贴试验腔体1底板，使用前需在发射面涂抹超声耦合剂，用于测量试验水槽中各测量点底部推移质物体的厚度，即各测量点的河床高程。
91.本技术实施例提供的水槽推移质床面形态测量试验系统，轨道及驱动装置21包括：执行装置211和驱动装置212；分布式测量装置22安装在执行装置211上，其中：执行装置211，用于带动分布式测量装置22运动；驱动装置212，用于驱动执行装置211运动。从而使得分布式测量装置22在执行装置211的带动下，可以在试验腔体1的底面进行往返运动，因此，不需要在试验腔体1的下方全部安装分布式测量装置22，从而节约了成本。
92.示例性的，如图4所示，提供了一种水槽推移质床面形态测量试验系统的具体实现
方式。其中，1表示试验水槽；2表示轨道及驱动装置；3表示分布式测量装置；4表示处理装置；5表示试验水槽的底板；6表示轨道及驱动装置中的导轨；7表示轨道及驱动装置中的支架；8表示轨道及驱动装置中的轴承；9表示轨道及驱动装置中的电机；10表示分布式测量装置中的超声换能器。
93.基于上述水槽推移质床面形态测量试验系统，本技术实施例提供了一种水槽推移质床面形态测量试验方法。需要说明的是，本技术实施例提供的水槽推移质床面形态测量试验的方法，其执行主体可以是水槽推移质床面形态测量试验的装置，该水槽推移质床面形态测量试验的装置可以通过软件、硬件或者软硬件结合的方式实现成为水槽推移质床面形态测量试验系统中的处理装置的部分或者全部，其中，该处理装置可以是服务器或者终端，其中，本技术实施例中的服务器可以为一台服务器，也可以为由多台服务器组成的服务器集群，本技术实施例中的终端可以是智能手机、个人电脑、平板电脑、可穿戴设备以及智能机器人等其他智能硬件设备。下述方法实施例中，均以执行主体是处理装置为例来进行说明。
94.在本技术一个实施例中，如图5所示，提供了一种水槽推移质床面形态测量试验方法，以该方法应用于上述实施方式中的水槽推移质床面形态测量试验系统中的处理装置为例进行说明，包括以下步骤：
95.s11、获取测量设备发出的超声波在试验腔体的底板传输的第一速度以及各超声波在试验腔体中的介质中传输的第二速度。
96.具体地，处理装置可以获取试验腔体的底面的厚度以及初始状态下试验腔体中的介质的厚度，然后根据测量设备发出的超声波前两次回声与发射时刻的时间间隔，计算得到测量设备发出的超声波在试验腔体的底板传输的第一速度以及各超声波在试验腔体中的介质中传输的第二速度。
97.示例性的，假设初始状态下在试验腔体布设厚度为hm的试验泥沙层及一定厚度的上覆水层，试验腔体底板介质(玻璃、有机玻璃、钢材等)厚度为hx；单波束超声换能器开始工作发射超声信号，记录超声前两次回声与发射时刻的时间间隔t1和t2，其中第一次为超声信号在试验腔体底板与泥沙交接层间的反射，计算超声信号在试验腔体底板的传输的第一速度vx＝2hx/t1，第二次为超声信号在泥沙与水交界层间的反射，计算超声信号在泥沙中的传播的第二速度vm＝2hm/(t2-t1)。(第三次为超声在水和空气交接层的反射，较为微弱)。
98.s12、根据第一速度、第二速度以及测量设备发出的超声波传输的时间，计算试验腔体中多个测量点的河床高程。
99.具体地，在计算得到第一速度以及第二速度之后，处理装置获取测量设备发出的超声波前两次回声与发射时刻的时间间隔，然后测量试验腔体中多个测量点的河床高程。
100.s13、对各测量点的河床高程进行插值处理，生成地形测量结果。
101.具体地，处理装置在计算得到的试验腔体中多个测量点的河床高程之后，对各测量点的河床高程进行插值处理，生成地形测量结果。
102.关于该步骤将在下文进行详细介绍。
103.本技术实施例提供的水槽推移质床面形态测量试验方法，获取测量设备发出的超声波在试验腔体的底板传输的第一速度以及各超声波在试验腔体中的介质中传输的第二
速度；根据第一速度、第二速度以及测量设备发出的超声波传输的时间，计算试验腔体中多个测量点的河床高程；对各测量点的河床高程进行插值处理，生成地形测量结果，从而可以保证计算得到的地形测量结果的准确性。且采用该水槽推移质床面形态测量试验方法不需要在试验结束后，排出试验腔体中的水体，因此可以获取不同时刻的地形变化，且不会对地形造成影响，保证了生成的地形测量结果的准确性，且测量便捷，节省了时间成本和人力成本。
104.在本技术一个可选的实施例中，如图6所示，上述s13中的“对各测量点的河床高程进行插值处理，生成地形测量结果”，可以包括以下步骤：
105.s21、从各测量点的河床高程中，确定上游测量点对应的河床高程。
106.具体地，处理装置可以对各测量点的河床高程进行识别，并根据各测量点的位置信息，从各测量点的河床高程中，确定上游测量点对应的河床高程。
107.s22、对上游测量点对应的河床高程进行插值处理，生成地形测量结果。
108.具体地，处理装置可以对上游测量点对应的河床高程进行插值处理，生成地形测量结果。
109.关于该步骤将在下文进行详细介绍。
110.本技术实施例提供的水槽推移质床面形态测量试验方法，从各测量点的河床高程中，确定上游测量点对应的河床高程；对上游测量点对应的河床高程进行插值处理，生成地形测量结果。由于上游测量点对应的河床高程数据较准确，且更加能够表征地形特点。因此，对上游测量点对应的河床高程进行插值处理，生成地形测量结果，可以保证生成的地形测量结果更加准确。
111.在本技术一个可选的实施例中，如图7所示，上述s22中的“对上游测量点对应的河床高程进行插值处理，生成地形测量结果”，可以包括以下步骤：
112.s31、对试验腔体中的待测区域进行栅格化处理，生成多个节点，对各节点进行编号。
113.具体地，处理装置可以根据试验腔体中的待测区域的面积大小，对试验腔体中的待测区域进行栅格化处理，生成多个节点，并对各节点进行编号。示例性的，m为水流流向节点编号，n为垂直水流流向节点编号。
114.s32、根据获取到的各上游测量点对应的河床高程，将各节点分为实测节点和空白节点，并将各实测节点与河床高程进行一一对应，以确定各实测节点对应的河床高程。
115.具体地，处理装置可以根据获取到的各河床高程对应的上游测量点的位置信息将各节点分为实测节点和空白节点。处理装置将各实测节点与河床高程进行一一对应。其中，实测节点使用各上游测量点推移质河床高程数据测量数据z(m,n,t)赋值，其中z表示河床高程，(m,n)表示实测节点的编号，t表示测得河床高程的时间。
116.s33、根据实测节点对应的河床高程，对各空白节点对应的河床高程进行插值处理，生成地形测量结果。
117.具体地，处理装置根据各个实测节点对应的河床高程，对各空包节点对应的河床高程进行插值处理，生成地形测量结果。
118.关于该步骤将在下文进行详细介绍。
119.本技术实施例提供的水槽推移质床面形态测量试验方法，对试验腔体中的待测区
域进行栅格化处理，生成多个节点，对各节点进行编号；根据获取到的各上游测量点对应的河床高程，将各节点分为实测节点和空白节点，并将各实测节点与河床高程进行一一对应，以确定各实测节点对应的河床高程；根据实测节点对应的河床高程，对各空白节点对应的河床高程进行插值处理，生成地形测量结果。从而保证了对空白节点插值的准确性，进一步保证了生成的地形测量结果的准确性。
120.在本技术一个可选的实施例中，如图8所示，上述s33中的“根据实测节点对应的河床高程，对各空白节点对应的河床高程进行插值处理，生成地形测量结果”，可以包括以下步骤：
121.s41、针对各空白节点，确定处于空白节点下游，且距离空白节点最近的实测节点为基准点。
122.在一种可选的实施方式中，处理装置可以按照从下游到上游的顺序，对各空白节点进行插值。
123.具体地，如图9所示，针对各个待插值的空白节点，处理装置根据空白节点在试验腔体中的待测区域中的位置，确定处于空白节点下游，且距离空白节点最近的实测节点为基准点。
124.s42、根据基准点的位置，确定基准点上游预设数量的目标实测节点。
125.具体地，处理装置根据基准点的位置，确定基准点上游，且距离基准点较近的预设数量的目标实测节点。
126.示例性的，如图9所示，处理装置确定基准点上游，且距离基准点较近的15个实测节点为目标实测节点。
127.s43、获取基准点以及各目标实测节点对应的河床高程数据的时间序列。
128.具体地，处理装置根据采集到的基准点以及各目标实测节点对应的不同时刻的河床高程，生成基准点以及各目标实测节点对应的河床高程数据的时间序列。
129.s44、根据基准点以及各目标实测节点对应的河床高程数据的时间序列，计算基准点与各目标实测节点之间的相关性系数以及时滞相位差。
130.具体的，处理装置可以根据基准点以及各目标实测节点对应的河床高程数据的时间序列，基于时间滞后互相关(tlcc)算法逐一对基准节点的河床高程数据与目标实测节点的河床高程数据进行相关性分析，计算基准点与各目标实测节点之间的相关性系数以及时滞相位差。
131.s45、根据基准点与各目标实测节点之间的相关性系数以及时滞相位差，对空白节点对应的河床高程进行插值，生成地形测量结果。
132.具体地，在计算得到基准点与各目标实测节点之间的相关性系数以及时滞相位差之后，处理装置根据基准点与各目标实测节点之间的相关性系数以及时滞相位差，对空白节点对应的河床高程进行插值，生成地形测量结果。
133.本技术实施例提供的水槽推移质床面形态测量试验方法，利用上述优化地形数据插值方法计算基准点与各目标实测节点之间的相关性系数以及时滞相位差，只考虑空白节点上游的目标实测节点对空白节点的影响，符合推移质床面形态的特点，因此，可以保证得到对空白节点插值的准确性，进而保证了生成的地形测量结果的准确性。
134.在本技术一个可选的实施例中，如图10所示，上述s45中的“根据基准点与各目标
实测节点之间的相关性系数以及时滞相位差，对空白节点对应的河床高程进行插值，生成地形测量结果”，可以包括以下步骤：
135.s51、获取空白节点与各目标实测节点之间的第一距离以及基准点与各目标实测节点之间的第二距离。
136.具体地，处理装置可以获取空白节点、基准点以及各目标实测节点的位置信息，然后根据空白节点、基准点以及各目标实测节点的位置信息计算空白节点与各目标实测节点之间的第一距离以及基准点与各目标实测节点之间的第二距离。
137.s52、根据各第一距离以及各第二距离，修正时滞相位差，得到基准点与各目标实测节点之间的目标时滞相位差。
138.具体地，处理装置可以根据各第一距离以及各第二距离，修正时滞相位差，得到基准点与各目标实测节点之间的目标时滞相位差。
139.示例性的，假设空白节点与各目标实测节点的距离(d1、d2、
…
、dn)，基准节点与各目标实测节点的距离(l1、l2、
…
、ln)，修正时滞相位差τi，得到基准点与各目标实测节点之间的目标时滞相位差为
140.s53、对基准点与各目标实测节点之间的相关性系数进行归一化处理，得到基准点与各目标实测节点之间的目标相关性系数。
141.具体地，处理装置获取到基准点与各目标实测节点之间的相关性系数之后，对基准点与各目标实测节点之间的相关性系数进行归一化处理，得到基准点与各目标实测节点之间的目标相关性系数。
142.示例性的，基准点与各目标实测节点之间的相关性系数为ai，对基准点与各目标实测节点之间的相关性系数进行归一化处理，得到基准点与各目标实测节点之间的目标相关性系数为
143.s54、根据各目标时滞相位差以及各目标相关性系数，对空白节点对应的河床高程进行插值。
144.具体地，在计算得到各目标时滞相位差以及各目标相关性系数之后，处理装置根据各目标时滞相位差以及各目标相关性系数，对空白节点对应的河床高程进行插值。
145.示例性的，处理装置可以根据如下公式对空白节点对应的河床高程进行插值：
[0146][0147]
其中，z表示目标实测节点的河床高程，(x，y)表示目标实测节点的位置信息。αi表示基准点与各目标实测节点之间的目标相关性系数，t表示时间。
[0148]
s55、对各实测节点的河床高程数据和插值后空白节点的插值数据进行平滑处理，生成地形测量结果。
[0149]
具体地，处理装置可以利用预设的算法对各实测节点的河床高程数据和插值后空白节点的插值数据进行平滑处理，生成地形测量结果。其中，预设的算法可以是克里金法算法，还可以是其他算法，本技术实施例对预设的算法不做具体限定。
[0150]
本技术实施例提供的水槽推移质床面形态测量试验方法，根据各第一距离以及各第二距离，修正时滞相位差，得到基准点与各目标实测节点之间的目标时滞相位差，从而保证了修正后的目标时滞相位差的准确性，且考虑了推移质床面形态的特点。对基准点与各目标实测节点之间的相关性系数进行归一化处理，得到基准点与各目标实测节点之间的目标相关性系数，保证了得到的目标相关性系数的准确性。根据各目标时滞相位差以及各目标相关性系数，对空白节点对应的河床高程进行插值，保证了对空白节点插值的准确性。然后，对各实测节点的河床高程数据和插值后空白节点的插值数据进行平滑处理，生成地形测量结果，保证了生成的地形测量结果的准确性。
[0151]
为了更好的理解本技术实施例提供的水槽推移质床面形态测量试验方法，本技术结合具体实施方式进行介绍。
[0152]
假设进行水槽推移质床面形态测量试验系统中的试验腔体待测区域的长度4.5m，宽度为0.8m，试验腔体底板的材料为有机玻璃，厚度为2.5cm；在试验腔体下方安装轨道及驱动装置和分布式测量装置，分布式测量装置共有16个单波束超声换能器，水流流向间距为0.3m，垂直于水流流向测线间距设定为0.1m。试验开始前，在试验腔体底板涂抹超声耦合剂，在试验腔体中均匀铺设厚度为5cm的试验用泥沙，并注入实验用水至20cm水位。使用分布式测量装置进行测量，单次测量时长为2秒，取多次测量平均反射时间t1和t2为21.29微秒和78.86微秒，率定得到超声波在有机玻璃和含水泥沙中的传播速度分别为2348.79m/s和1739.24m/s。
[0153]
清理试验腔体中率定使用的泥沙，进行泥沙试验，7分钟后待测区域形成稳定的推移质泥沙分布。调整轨道及驱动装置中的移动支架在垂直于水流流向测线间的运动速度为5cm/s，则区间行进时间为2秒，调整步进电机工作模式，使滑动轴承带动移动支架形成重复的滑动4秒-暂停2秒，达到两侧时改变垂直于水流流向滑动方向的工作模式；采集测量回声时间数据t1和t2，计算实测节点的推移质床沙高程z＝0.5
×
vs
×
(t2-t1)，并记录采样时间，并将数据通过由数据发射端和数据接收端传输至处理装置。
[0154]
处理装置使用网格尺寸为0.1m的均匀栅格对待测区域进行处理，表1给出了图中空白节点插值计算参数，插值得到该点的高程为5.76cm。插值前的地形分布如图11(a)所示，插值后的地形分布如图11(b)所示，采用克里金法对插值后的地形数据进行平滑处理，如图11(c)所示。
[0155]
表1某空白节点的对应节点插值计算参数
[0156]
对应节点d1l1aατ(s)τ'(s)10.2240.3160.3866.69％40.328.520.2000.3000.73912.80％40.126.730.2240.3160.4397.60％42.129.740.5390.6320.3235.59％84.672.050.5100.6080.3215.55％83.069.660.5000.6000.63010.91％75.863.270.5100.6080.3175.48％80.167.280.5390.6320.2975.14％81.869.690.8540.9490.1923.32％122.3110.1
100.8250.9220.2103.65％118.6106.1110.8060.9060.5269.11％120.3107.1120.8000.9000.4708.14％114.8102.1130.8060.9060.4107.10％124.1110.5140.8250.9220.3295.69％115.8103.5150.8540.9490.1863.22％127.1114.5
[0157]
应该理解的是，虽然图5-8以及图9的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图5-8以及图9中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
[0158]
如图12所示，本实施例提供一种水槽推移质床面形态测量试验装置，包括：
[0159]
获取模块61，用于获取测量设备发出的超声波在试验腔体的底板传输的第一速度以及各超声波在试验腔体中的介质中传输的第二速度。
[0160]
计算模块62，用于根据第一速度、第二速度以及测量设备发出的超声波传输的时间，计算试验腔体中多个测量点的河床高程；
[0161]
插值模块63，用于对各测量点的河床高程进行插值处理，生成地形测量结果。
[0162]
关于水槽推移质床面形态测量试验装置的具体限定以及有益效果可以参见上文中对于水槽推移质床面形态测量试验方法的限定，在此不再赘述。上述水槽推移质床面形态测量试验装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于处理装置中的处理器中，也可以以软件形式存储于处理装置中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
[0163]
本发明实施例还提供一种处理装置，具有上述图12所示的水槽推移质床面形态测量试验装置。
[0164]
如图13所示，图13是本发明可选实施例提供的一种处理装置的结构示意图，如图13所示，该处理装置可以包括：至少一个处理器71，例如cpu(central processing unit，中央处理器)，至少一个通信接口73，存储器74，至少一个通信总线72。其中，通信总线72用于实现这些组件之间的连接通信。其中，通信接口73可以包括显示屏(display)、键盘(keyboard)，可选通信接口73还可以包括标准的有线接口、无线接口。存储器74可以是高速ram存储器(random access memory，易挥发性随机存取存储器)，也可以是非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。存储器74可选的还可以是至少一个位于远离前述处理器71的存储装置。其中处理器71可以结合图12所描述的装置，存储器74中存储应用程序，且处理器71调用存储器74中存储的程序代码，以用于执行上述任一方法步骤。
[0165]
其中，通信总线72可以是外设部件互连标准(peripheral component interconnect，简称pci)总线或扩展工业标准结构(extended industry standard architecture，简称eisa)总线等。通信总线72可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。
为便于表示，图13中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
[0166]
其中，存储器74可以包括易失性存储器(英文：volatile memory)，例如随机存取存储器(英文：random-access memory，缩写：ram)；存储器也可以包括非易失性存储器(英文：non-volatile memory)，例如快闪存储器(英文：flash memory)，硬盘(英文：hard disk drive，缩写：hdd)或固态硬盘(英文：solid-state drive，缩写：ssd)；存储器74还可以包括上述种类的存储器的组合。
[0167]
其中，处理器71可以是中央处理器(英文：central processing unit，缩写：cpu)，网络处理器(英文：network processor，缩写：np)或者cpu和np的组合。
[0168]
其中，处理器71还可以进一步包括硬件芯片。上述硬件芯片可以是专用集成电路(英文：application-specific integrated circuit，缩写：asic)，可编程逻辑器件(英文：programmable logic device，缩写：pld)或其组合。上述pld可以是复杂可编程逻辑器件(英文：complex programmable logic device，缩写：cpld)，现场可编程逻辑门阵列(英文：field-programmable gate array，缩写：fpga)，通用阵列逻辑(英文：generic array logic,缩写：gal)或其任意组合。
[0169]
可选地，存储器74还用于存储程序指令。处理器71可以调用程序指令，实现如本技术图1至8以及图10实施例中所示的水槽推移质床面形态测量试验方法。
[0170]
本发明实施例还提供了一种非暂态计算机存储介质，计算机存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令可执行上述任意方法实施例中的水槽推移质床面形态测量试验方法。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-only memory，rom)、随机存储记忆体(random access memory，ram)、快闪存储器(flash memory)、硬盘(hard disk drive，缩写：hdd)或固态硬盘(solid-state drive，ssd)等；存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
[0171]
虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。