張 振，徐立中，樊棠懷，王吉星

（1.河海大學(xué)計算機與信息學(xué)院，江蘇 南京 211100；

2.南昌工程學(xué)院信息工程學(xué)院，江西 南昌 330099；

3.水利部南京水利水文自動化研究所，江蘇 南京 210012）

河流水面成像測速方法的比測試驗研究

張 振1，徐立中1，樊棠懷2，王吉星3

（1.河海大學(xué)計算機與信息學(xué)院，江蘇 南京 211100；

2.南昌工程學(xué)院信息工程學(xué)院，江西 南昌 330099；

3.水利部南京水利水文自動化研究所，江蘇 南京 210012）

大尺度粒子圖像測速（LSPIV）是一種新興的非接觸式瞬時全場流速測量技術(shù)。以 LSPIV 為基本原理，針對現(xiàn)場條件下特有的水流示蹤物、復(fù)雜的光學(xué)成像環(huán)境及受限的測點布設(shè)方式，通過對流場圖像采集、水面背景抑制、運動矢量估計、時均流場重建、水面流場定標(biāo)及斷面流量估計等技術(shù)方法的集成創(chuàng)新，建立一套完整的河流水面成像測速（RSIV）工作模式。為評價 RSIV 的性能并提出研究需求，在現(xiàn)場開展與流速儀法和雷達法的比測試驗。結(jié)果表明，RSIV 法的時均流速測量精度可以達到 0.5 mm/s 以內(nèi)，相比流速儀法具有更高的時空分辨率。當(dāng)流速系數(shù)和斷面劃分方式選擇合適時，流量估計值和雷達法的一致性較好。試驗初步驗證河流水面成像測速方法用于河流流速、流量測量的可行性。

水文測驗；RSIV；流速儀法；雷達法；比測試驗

0 引言

隨著傳感器及嵌入式技術(shù)的快速發(fā)展，實時的明渠水流監(jiān)測技術(shù)取得了長足進步，特別是基于聲學(xué)、光學(xué)、電波及圖像的非接觸式測流儀器，顯著提高了水文測驗及水利量測的效率及安全性[1]。大尺度粒子圖像測速（LSPIV）是一種新興的非接觸式瞬時全場流速測量技術(shù)，是實驗室流體力學(xué)研究中的粒子圖像測速（PIV）技術(shù)針對天然河流等大尺度水體應(yīng)用的擴展[2]。它以植物碎片、泡沫、細小波紋等天然漂浮物及水面模式為水流示蹤物[3]，以自然光為主要光源，以數(shù)碼相機或視頻攝像機為圖像采集設(shè)備，通過匹配跟隨表面水流運動的示蹤物圖像獲得流速場[4]。

自 LSPIV 方法提出以來，以日本神戶大學(xué)和美國愛荷華大學(xué)為代表的國外各研究團隊不斷對其進行改進，并通過現(xiàn)場比測初步驗證了此方法在河流流速、流量監(jiān)測方面的可行性[5-8]。而在國內(nèi)，盡管在 21 世紀(jì)初就有相關(guān)文獻引入圖像法測流的概念[9]，但并未給出具體的實施方案。目前研究多集中于實驗室環(huán)境下的水槽及模型實驗[10]，而現(xiàn)場環(huán)境下系統(tǒng)化的流速、流量比測試驗研究尚未見報道。原因主要在于不同測量方法在實驗設(shè)置和數(shù)據(jù)同化上的難點，涉及到斷面選取、時間同步、空間平均和深度平均等關(guān)鍵步驟，需要精心地籌劃和部署。

近年來，河海大學(xué)課題組以 LSPIV 為基本原理，針對現(xiàn)場條件下特有的水流示蹤物、測點布設(shè)方式和測流工作流程，通過對水面目標(biāo)增強、水面背景抑制、運動矢量估計、時均流場重建、水面流場定標(biāo)及斷面流量估計等技術(shù)方法的集成創(chuàng)新，建立了一套較為完整的河流水面成像測速（RSIV）工作模式及評價體系。為了評價 RSIV 的性能并提出研究需求， 2013 年 10 月 15 日在江西省遂川縣的坳下坪（二）水文站采用 RSIV 與轉(zhuǎn)子式流速儀和雷達測流系統(tǒng)進行了流速、流量比測試驗。

1 比測試驗測流環(huán)境

1.1 測站特性

坳下坪（二）水文站是長江流域贛江水系遂川江二級支流禾源水的小河水文站。流域的干流長度為14.5 km，平均比降為 248×10-4，平均寬度為 5.96 km，集水面積 86.4 km2，水文站距河口18.5 km。水文站的水位、降水量觀測采用自記記錄，流量采用手搖纜道施測，水文資料計算機整編。水文站實測最高水位為 72.18 m，相應(yīng)流量為 221 m3/s；實測最大流速為 4.94 m/s；實測最大水深為 3.12 m；實測年最大降水量為 2 112.8 mm。

1.2 測驗河段

測驗河段的地形圖及現(xiàn)場測流環(huán)境和儀器布設(shè)情況如圖1 所示。測驗河段順直，長約 400 m。河床由卵石、粗沙、細沙組成，沖淤頻繁。兩岸為農(nóng)田，地勢較平坦，當(dāng)水位在 72.50 m 時，左岸開始漫灘，右岸出現(xiàn)死水。水流折沖形成的表面波及漩滾模式為雷達和 RSIV 方法測流提供了良好的示蹤條件。斷面上游約 136 m 處為禾源村亂石橋，橋下有一巖石急灘；下游約 238 m 處為禾源中心橋，對高水流量有一定控制作用；下游 500 m 左岸有黃背水匯入，對水位—流量關(guān)系沒有影響。

1.3 測點布設(shè)

基本水尺兼流速儀和浮標(biāo)測流的斷面位于亂石橋下游約 136 m 處，浮標(biāo)兼比降上斷面位于基本斷面上游 40 m 處，水文纜道位于基本水尺斷面上，浮標(biāo)兼比降下斷面位于基本斷面下游 40 m 處。2013 年8 月，測站安裝了國外引進的 SOMMER RQ-30 型非接觸式雷達測流系統(tǒng)用于流量在線監(jiān)測。儀器位于流速儀斷面上游約 1 m 處，采用懸臂方式安裝于河流右岸附近的水面上方，由太陽能電池板和蓄電池供電，輸出信號通過 RS-485 總線連接至站房內(nèi)的機頂盒，并轉(zhuǎn)換為視頻信號在監(jiān)視器上顯示。

RSIV 測點設(shè)置于河流左岸，保證相機視場完全覆蓋河流斷面及地面控制點。相機采用 1 臺架設(shè)于三腳架上的可見光數(shù)碼相機，距水面高約 5 m，光軸近似垂直于順流方向；鏡頭前加裝 1 片旋轉(zhuǎn)式線偏振片用于實現(xiàn)偏振光學(xué)濾波。地面控制點（GCP）采用黑白 2 色的方形對角標(biāo)志，通過插地牌均勻、對稱地分層布設(shè)于河流兩岸，如圖2 所示。選取10 組用于流場定標(biāo)，其中 GCP1，GCP5，GCP6 和GCP10 布設(shè)于水面邊界處，插地牌和水面的交點作為水面控制點（WCP），用于求解水面高程系數(shù)；GCP3 和 GCP8 布設(shè)于流速儀斷面上，前者的起點距為 0.8 m；其余 GCP 布設(shè)于漫灘區(qū)域。采用 1 臺免棱鏡全站儀（NTS-362RM）測量 GCP 和 WCP 的世界坐標(biāo)，如表1 所示。

圖2 控制點分布圖

表1 GCP 和 WCP 的世界坐標(biāo)和圖像坐標(biāo)

2 比測試驗開展

比測試驗于上午 9 時 45 分至 11 時 45 分進行。比測期間水流穩(wěn)定、天氣晴朗、水面無風(fēng)，基本水尺水位保持在 69.332 m 左右。水下地形數(shù)據(jù)借用2013 年 8 月 12 日的大斷面測量值，圖3 給出了試驗期間的斷面水下地形圖。為避免涉水測量對 RSIV 法的影響，于 9 時 45 分至 10 時 30 分首先進行河流水面圖像的采集；然后于 11 時 0 分 至 11 時 45 分進行流速儀法的涉水測量；期間雷達測流系統(tǒng)始終處于連續(xù)工作狀態(tài)。

圖3 試驗期間的斷面水下地形

2.1 RSIV 法

2.1.1 流場圖像采集

河流水面由于受到大氣散射光、水面反射光及水下出射光的干擾，成像光學(xué)環(huán)境相比單一的氣、水介質(zhì)要復(fù)雜得多[11]。針對這種復(fù)雜環(huán)境下的泡漩、表面波等水流示蹤物檢測問題，可利用水體及示蹤物的偏振特性差異，采用偏振光學(xué)濾波的方式增強水面目標(biāo)。由于水面反射光主要表現(xiàn)為振動方向垂直于入射面的垂直偏振光，而水下出射光主要表現(xiàn)為振動方向平行于入射面的水平偏振光，當(dāng)偏振角為 0° 時，可以有效抑制水面反射噪聲，適用于深水、高流速的情況；當(dāng)偏振角為 90° 時，可有效抑制水下出射噪聲，適用于淺水、低流速的情況。由于試驗期間為枯水期，平均水深僅為 0.2 m 左右，考慮到石塊等水下場景將影響水面成像的可靠性，可將偏振角調(diào)節(jié)至 90°，以增強水面的鏡面反射，提高目標(biāo)和背景間的對比度。完成成像參數(shù)設(shè)置后，相機以 30 fps 的幀速率連續(xù)拍攝分辨率為 1 920× 1 080 pixel 的視頻圖像并存儲于 SD 卡中。采集完成后采用 1 臺筆記本電腦讀取視頻，并重新采樣為3 fps 的圖像序列。幀速率的選取應(yīng)足夠高，以減小圖像量化誤差對位移估計精度的影響；同時應(yīng)足夠低，以保證水面模式在幀間保持運動的連續(xù)性，這里采用經(jīng)驗值預(yù)采樣和人工觀測調(diào)整的方式選取。

2.1.2 測速網(wǎng)格劃分

測速網(wǎng)格劃分和后續(xù)的水面流場定標(biāo)同屬于河流水面的視覺測量問題。為保證測點密度不受圖像透視畸變的影響，便于和流速儀法比測，本次試驗采用了世界坐標(biāo)系下的均勻網(wǎng)格，測速網(wǎng)格以 GCP3和 GCP8 的連線為斷面方向劃分為 3 個流速斷面，每個斷面設(shè)置 17 個間距為 1 m 的測點，具體劃分如表2 所示。根據(jù)坐標(biāo)映射關(guān)系求得測點的圖像坐標(biāo)，并以此為中心建立窗口尺度不小于待測位移大小 3 倍的分析區(qū)域。

表2 河流水面測速網(wǎng)格的劃分

2.1.3 水面背景抑制

從圖像序列中依次讀取 2 幀連續(xù)圖像作為 1 組圖像對，對應(yīng) 1 幅瞬時流場。針對水流示蹤物易受倒影、耀光等復(fù)雜背景噪聲的干擾，而引起較大的位移估計誤差的問題，對分析區(qū)域圖像采用一種基于視覺感受野額度的雙高斯差（DOG）模型的自適應(yīng)背景抑制方法，以提高相關(guān)曲面的信噪比[12]。圖像濾波過程描述如下：

式中： I (x, y) 和 g (x, y) 分別表示濾波前、后的圖像；模型參數(shù) A1和 A2分別表示興奮性和抑制性分布的敏感度；σ1和 σ2分別表示 2 種分布的空間散布程度。自適應(yīng)背景抑制方法利用水面圖像中目標(biāo)和噪聲灰度分布的先驗知識，以及興奮性與抑制性作用相抵的約束關(guān)系選取模型參數(shù)，以達到局部最優(yōu)的增強效果。

2.1.4 運動矢量估計

針對泡漩、表面波等表現(xiàn)為非剛體目標(biāo)的天然水面模式，對圖像對中的每組分析區(qū)域采用 1 種基于快速哈特利變換互相關(guān)（FHT-CC）的自適應(yīng)方法，估計天然水面模式在連續(xù)圖像中的以像素/幀為單位的運動矢量[13]。此方法以 FHT-CC 作為相關(guān)測度用于提高計算效率：通過 3 點高斯曲線擬合出相關(guān)峰值的亞像素坐標(biāo)，使位移估計精度達到 0.2 pixel；采用由粗到精的策略迭代搜索最接近于 3 倍待測位移的相關(guān)曲面信噪比峰值，進而自適應(yīng)地得到最佳窗口尺度，用于改善流場測量的空間分辨率。1 組圖像對獲得的瞬時位移矢量場如圖4 所示。

圖4 1 組圖像對獲得的瞬時位移矢量場

2.1.5 時均流場重建

受示蹤物時空分布不均和水面光學(xué)噪聲的影響，圖4 中瞬時流場的矢量正確率僅為 30% 左右。為得到穩(wěn)定可靠的水面流場，采用一種基于序貫矢量平均的方法重建時均流場[14]。此方法利用斷面流速方向一致性分布的特點，采用全局角度直方圖檢測流動主方向，用于解決區(qū)域性錯誤矢量的識別問題。此外，利用示蹤物時空分布的冗余信息，以時均流場的矢量正確率為依據(jù)控制求平均的進程，用瞬時流場重建的時均流場如圖5 所示，瞬時流場及時均流場的矢量正確率對比曲線如圖6 所示。從圖6可以看出，僅用 15 幅瞬時流場就重建出了矢量正確率為 74% 的時均流場，有效提高了流場測量的時間分辨率。

圖5 瞬時流場重建的時均流場

圖6 瞬時流場及時均流場的矢量正確率

2.1.6 水面流場定標(biāo)

針對河流水面控制點布設(shè)困難，光學(xué)系統(tǒng)存在像差，水面高程動態(tài)變化及相機拍攝視角傾斜的問題，采用一種基于變高單應(yīng)的單目視覺平面測量方法實現(xiàn)水面流場定標(biāo)[15]。此方法將河流水面的世界坐標(biāo) ( X, Y ) 和圖像坐標(biāo) (x, y) 間的映射描述為以下變高單應(yīng)關(guān)系：

式中：D1，D2分別表示河段在 X 和 Y 方向的比降系數(shù)；D3表示斷面的水位系數(shù)；ι1～ ι11表示 11 個直接線性變換（DLT）系數(shù)；δx，δy表示畸變像差，這里僅引入三階徑向畸變系數(shù) k1，薄棱鏡畸變系數(shù)s1和 s2。

定標(biāo)過程步驟如下：

1）利用 4 個 WCP 的世界坐標(biāo)采用最小二乘法求解出 3 個水面高程系數(shù)，D1= - 0.000 821，D2= - 0.001 241，D3= - 3.302 488。

2）采用人工定位的方式，手動提取表1 中 GCP的亞像素圖像坐標(biāo)，并采用 DLT 法線性求解出 11 個DLT 系數(shù)。

3）將 DLT 系數(shù)作為初值，采用非線性迭代的方法求解優(yōu)化的 DLT 和像差系數(shù)，迭代過程如表3所示。當(dāng) GCP 坐標(biāo)的標(biāo)定精度達到預(yù)設(shè)值的 99.8%后停止迭代，此時空間坐標(biāo)的平均測量誤差在 5 mm以內(nèi)。

4）以測速網(wǎng)格的圖像坐標(biāo)為起點疊加位移量求出運動矢量的終點坐標(biāo)，并根據(jù)變高單應(yīng)關(guān)系將其轉(zhuǎn)換到世界坐標(biāo)系。

5）將矢量起點和終點的世界坐標(biāo)做差，并除以圖像對的時間間隔就得到真實流速的大小，流場定標(biāo)結(jié)果如表4 所示。對于 10 s 圖像序列重建得到的時均流場，如果空間坐標(biāo)的平均測量誤差為 5 mm，則時均流速的測量精度可以達到 0.5 mm/s 以內(nèi)。

2.1.7 斷面流量估計

測得水面時均流場后結(jié)合斷面水深采用標(biāo)準(zhǔn)的流速—面積法估計斷面流量，具體步驟如下：

1）選取位于流速儀斷面上的流速斷面 1 測量值作為 RSIV 方法的比測斷面，并根據(jù)斷面上 GCP3 的坐標(biāo)計算得到各節(jié)點對應(yīng)垂線的起點距。這里對10 min 內(nèi)完成的 60 次時均水面流速測量值進行統(tǒng)計，得到斷面流速分布及各測點的流速脈動區(qū)間，分布統(tǒng)計值如圖7 所示。

2）對垂線 1，2，16，17，18 的流速均值進行線性空間插值，得到完整斷面的水面流速分布，并選取 0.80 作為流速系數(shù)，將水面流速轉(zhuǎn)換為深度平均流速，如表5 所示。

表3 DLT 系數(shù)和像差系數(shù)的求解過程

表4 流場定標(biāo)后的位移矢量及剖面流速

3）以測速垂線為界將斷面劃分為 19 個子斷面，如圖8 所示。

4）將垂線間距和平均水深的乘積作為子斷面的過水面積，并將垂線深度平均流速的算術(shù)平均作為子斷面的平均流速，二者相乘即為子斷面流量，計算如表6 所示。

5）累加子斷面的面積和流量，得到斷面的總過水面積為 4.069 m3，總流量為 1.729 m3，平均流速為0.425 m/s。

圖7 60 次測量的斷面流速分布統(tǒng)計值

表5 空間插值后得到的斷面流速分布

2.2 流速儀法

流速儀共測量了斷面上 10 條垂線的水面一點流速（相對水深 0.0）及前 8 條深水垂線的水下一點流速（相對水深 0.6），對垂線 9，10 的水下流速進行線性插值后將其作為深度平均流速，如表7 所示。斷面流量估計同樣采用流速—面積法，子斷面劃分及流量計算分別如圖9 和表8 所示，得到斷面的總過水面積為 3.477 m3，總流量為 1.203 m3/s，平均流速為 0.346 m/s。

圖8 RSIV 法斷面流量估計中子斷面的劃分

表6 RSIV 法的斷面流量計算表

表7 流速儀法的流速測量值

圖9 流速儀法斷面流量估計中子斷面的劃分

表8 流速儀法的斷面流量計算表

2.3 雷達法

測站配備的 RQ-30 型雷達測流系統(tǒng)集成了 1 臺脈沖式水位雷達和 1 臺多普勒測速雷達，測量范圍分別為 0～15 m 和 0.15～15 m/s，分辨率為 1 mm 和1 mm/s。通過內(nèi)置的水力學(xué)模型，根據(jù)預(yù)先輸入的水下地形及河床糙率等斷面參數(shù)計算流量。比測期間，系統(tǒng)以 2 min 為采樣間隔進行連續(xù)測量，測得的斷面平均流速和流量分別為 0.430 m/s 和 1.420 m3/s。

3 比測試驗成果分析

對比圖8 和 9 的流速分布曲線可以看出：盡管兩者具有相近的變化趨勢，但由于 RSIV 法具有更高的時空分辨率，其多次測量得到的流速均值（除水面邊界附近的測點外）構(gòu)成了較為平滑的曲線，在空間上反映了流體運動的連續(xù)性；在時間上反映了流速的脈動現(xiàn)象，表現(xiàn)為在邊壁效應(yīng)的影響下，流速脈動從中泓區(qū)域向兩岸遞增，變幅在 10% 以上（參見圖7）。而流速儀法由于在短時內(nèi)無法獲得密集的測量值，各測點實際上對應(yīng)于不同的測量時段，降低了測量值的代表性。

為進行單點流速比測，首先將 RSIV 流速插值到流速儀測點實現(xiàn)數(shù)據(jù)同化，如表9 所示。中泓區(qū)域的最大流速均位于起點距為 11.0 m 的垂線 5 處，并且在垂線 2 附近均存在另一個流速峰值。不同的是，流速儀法由于缺少 4 m 附近的測量值，未能準(zhǔn)確定位到這個峰值點；而 RSIV 法測得了這個比中泓流速還要大的局部流速峰值。觀察 4 m 附近的水下地形正對應(yīng)于斷面的最大水深區(qū)域，水流受河床糙率的影響較小，因此在此處測得水面流速峰值是合理的。此外，由于流速儀法測量水面一點流速時，轉(zhuǎn)子的實際入水深度至少應(yīng)在 0.05 m 以上才能保證測量值穩(wěn)定，并不是真正的水面流速，因此 RSIV 法的測量值總體偏大。偏小的測量值可能是由于分析區(qū)域內(nèi)的空間平均效應(yīng)引起的。

表9 水面流速比測表

表10 對比了流速系數(shù)為 0.80 時，RSIV 法和流速儀法的深度平均流速，兩者相對誤差依然在 5%以上。從表7 的實測數(shù)據(jù)可以看出，流速儀法對應(yīng)的流速系數(shù)在 0.64～0.96 間變化，原因可能來自兩方面：一方面是由于采用涉水測量時測點的深度難以精確控制，另一方面是卵石河床對水流的折沖作用導(dǎo)致水流紊動特性復(fù)雜。取均值 0.80 作為天然水面模式流速系數(shù)的經(jīng)驗值是一種簡單的逼近，相比 0.85 的浮標(biāo)系數(shù)取值更小，因為浮標(biāo)往往具有一定入水深度，跟隨性較差。根據(jù)過水面積和斷面流量，RSIV 法和流速儀法得到的斷面平均流速與雷達法的絕對誤差分別為 0.005，0.084 m/s，對應(yīng)的相對誤差分別為 1.16% 和 19.53%，說明 RSIV 法與雷達法測量結(jié)果的一致性較好。

對比表6 和 8 的流量計算結(jié)果，由于采用了不同的子斷面劃分方式和水面邊界，RSIV 法得到的總過水面積比流速儀法測得的總過水面積高出近 0.6 m3，總流量高出 0.526 m3/s。從表11 可以看出，對數(shù)據(jù)同化后的 RSIV 流速重新計算斷面流量為 1.433 m3/s，和流速儀法及雷達法相比，相對誤差分別降低至19.1% 和 0.92%。由此推斷，起點距 4.0 m 附近局部流速峰值的差異及邊界流速的插值，是影響本次流量比測結(jié)果的重要因素，而滿足“多線少點”原則的 RSIV 法應(yīng)當(dāng)具有更高的流量估計精度。

表10 深度平均流速比測表

表11 RSIV 法（數(shù)據(jù)同化后）的斷面流量計算表

4 結(jié)語

通過對河流水面成像測速方法開展現(xiàn)場比測試驗研究，獲取了測試關(guān)鍵技術(shù)方法的現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)，并初步驗證了這種新型工作模式用于河流流速、流量測量的可行性。通過比測發(fā)現(xiàn)：盡管流速儀法是標(biāo)準(zhǔn)的河流流量測驗方法，但在實際操作中由于定點、定線和偏角等誤差，在測驗環(huán)境惡劣、水流條件復(fù)雜的現(xiàn)場環(huán)境下，要及時、準(zhǔn)確地獲取完整的斷面流速和流量數(shù)據(jù)并非易事，使得開展單點流速及重復(fù)精度的直接比測十分困難，這也是目前 LSPIV 的敏感性研究主要限于實驗室環(huán)境下進行的主要原因。因此，如何開展多種水流條件下完整河流斷面的多點流速和流量比測，研究流速測量的誤差源和流量估計的不確定度是有待解決的問題。此外，流速系數(shù)是 RSIV 法的主要敏感因素，選取不當(dāng)可能引起較大的倍乘誤差。若能夠建立合理的斷面流量估計模型，根據(jù)斷面參數(shù)對不同垂線采用不同的流速系數(shù)將有助于提高流量估計精度。

未來的工作將以基于數(shù)字網(wǎng)絡(luò)攝像機的水利視頻監(jiān)控系統(tǒng)為平臺，實現(xiàn)在線的河流流速、流量監(jiān)測，進而針對不同的測驗河段、水流條件，以及光照和氣候條件（如夜間、降雨）開展完整水文過程（如洪峰）的應(yīng)急監(jiān)測及測站長期運行性能的評估，以便全面深入地分析 RSIV 法的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和適宜性，建立一套完整的測驗成果精度分析及評定體系。

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Comparative Experiment Study on River Surface Imaging Velocimetry Method

ZHANG Zhen1, XU Lizhong1, FAN Tanghuai2, WANG Jixin3

(1.College of Computer and Information Engineering, Hohai University, Nanjing 211100, China;
2.School of Information Engineering, Nanchang Institute of Technology, Nanchang 330099, China;
3.Nanjing Automation Institute of Water Conservancy and Hydrology, the Ministry of Water Resources, Nanjing 210012, China)

Large Scale Image Velocimetry (LSPIV) is an emerging non-contact technique for measuring whole-field velocities instantaneously.Aiming at the specific flow tracers, complex optical environment and limited site deployment under field conditions, a complete operating mode of River Surface Imaging Velocimetry (RSIV) is built based on the fundamental principles of LSPIV and the integrated innovation of image acquisition, background suppression, motion vector estimation, time-average flow field reconstruction, flow field calibration and discharge estimation.To evaluate RSIV and propose research needs, comparative field experiments are conducted with current meter method and radar method.Results show that the accuracy of RSIV can achieve 0.5mm/s for time-averaged velocity measurement, the spatial-temporal resolution of which is higher than that of the current meter method.The estimated discharge is consistent with the measurement of radar method when choose the proper velocity coefficient and cross-section division.The experiment preliminary verified the feasibility of RSIV for river velocity and discharge measurement.

hydrologic survey; RSIV; current meter method; radar method; comparative experiment

P332

A

1674-9405(2014)05-0031-11

2014-07-30

國家自然科學(xué)基金項目（61263029），河海大學(xué)中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項（2014B00714）。

張 振（1985－），男，江蘇武進人，博士，主要研究方向為水信息獲取與處理、大尺度粒子圖像測速。