ABSTRACT
In the last three decades, image-based techniques have been extensively developed and
used for non-intrusive measurement of flow velocities. Of special interest for hydraulic
applications is the Large-Scale Particle Image Velocimetry (LSPIV), a technique extensively
developed in the last decade for measuring the free-surface velocity distribution and
discharges in natural streams. The latest LSPIV configuration is the Mobile LSPIV
(MLSPIV) developed at IIHR Hydroscience & Engineering (IIHR). MLSPIV has been
developed to enable in-situ discharge measurements at gaged and ungaged sites during
extreme flow events such as droughts and, most importantly, floods. MLSPIV has been
successfully applied for measurements at several sites demonstrating its efficiency.
Questions still unanswered remained with respect to the accuracy of the technique.
The paper describes the implementation of a rigorous, standardized uncertainty analysis
for velocity measurements collected with LSPIV. The analysis was initiated by identifying
the measurement elemental errors. Twenty seven such errors were identified and grouped
around the steps involved in the MLSPIV measurements: flow field illumination, free-surface
seeding with visualization tracers, image recordings, and image processing. Elemental errors
were subsequently evaluated using the best information available in the relevant literature as
well as specially designed laboratory and field experiments and numerical simulations. The
American Institute of Aeronautics and Astronautics standard (AIAA, 1995) was used to
propagate the effect of the elemental errors to the final results. This standard has been
successfully used at IIHR for a variety of engineering and scientific measurements.
The standardized methodology in conjunction with the elemental errors considered in the
present analysis lead to the conclusion that MLSPIV velocity uncertainties were in the 10 to
35% range (at 95% confidence level) for the measurement situation under consideration,
depending on where the velocity was calculated over the cross section. For most of the cross
section the velocity measurement uncertainty was 10%. The analysis demonstrates that even
for instruments such complex as MLSPIV, adoption of a standardized methodology provides
a solid framework for uncertainty assessment which can stand scientific and legal scrutiny.
The analysis clearly illustrates that, despite MLSPIV efficiency, assessment of its reliability
is still pending and further work is required to complete a thorough uncertainty analysis.