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Applications of Mobile Large-Scale Particle Image Velocimetry for Real-time Stream Monitoring
학술지명 제2회 수문관측심포지움 저자 A. Haute,M. Muste,김영성
발표일 2007-03-20

Image-based techniques have been intensively developed and used in the last three decades for measurement of flow velocities. The underlying concept of these techniques is statistical inference (performed computationally) of image pattern displacements in successive images recorded at known time interval. This new generation of instruments, grouped under the generic name of Particle Image Velocimetry (PIV), has capitalized on the recent developments in optic, lasers, electronics, video and computer hardware and software to aid visualization and quantitative measurements of whole-field velocity vector and scalar flow fields in a variety of laboratory-scale flows (Adrian, 1991; Raffel et al., 1998). The technique used in this paper is a direct outgrowth of the conventional PIV for mapping large-scale flow areas, hence dubbed by Fujita et al. (1998) Large-Scale Particle Image Velocimetry (LSPIV). While the image- and data-processing algorithms aresimilar to those used in conventional PIV, LSPIV requires adjustments for illumination, seeding, and image pre-processing due to the large imaged areas and the oblique angle used for imaging the flows in actual rivers or streams. 
LSPIV provides instantaneous whole-fields over free surface area as large as 1 km2 (Fujita and Kaizu, 1995) while most of the existing field and laboratory velocity instruments measure at a point along a line. The instantaneous measurement of the whole-velocity field is the most convenient means for quantification of velocity-derived quantities (flow pattern, vorticity, strain) and scalar fields (debris or ice discharge, turbidity) at the free surface. LSPIV used in conjunction with river bed topography and assumed velocity distribution over the depth can provide flow discharge. The technique can be fitted with real time measurement capability, as have been recently demonstrated by Hauet et al. (2005). 
LSPIV has gradually moved from the proof-of-concept stage to the point that it can be reliably used for measuring velocities and discharges in extreme flow conditions. In the last decade, LSPIV has been incrementally developed and successfully used for free-surface field measurements of velocity and discharge in variety of river ranges and measurement conditions (Fujita, 1998; Bradley et al, 1999; Creutin, 2003).
The most recent development of LSPIV is a mobile LSPIV unit which can be used for real-time measurements at any medium-sized river site. For convenience and to distinguish it from LSPIV, the truck-based system will be labeled as Mobile LSPIV (MLSPIV). 
MLSPIV has been developed to ensure capabilities for measuring flow distribution and, where bathymetry is available, discharges at ungaged sites and during extreme flow events such as droughts and most importantly floods. The advantages of measuring discharge at ungaged sites are obvious. 
In contrast with existing methods that requires deployment of boats and equipment in the river, MLSPIV can give users the results with minimum preparation from the river side. For gauged sites, MLSPIV can complement existing rating curves for flow conditions outside those used for calibration (usually normal flow conditions). Those data are lacking because of the difficulties for measuring discharges during flood events. Measuring discharge during droughts is also of interest because there are no alternative instruments for measurements in shallow flow (lower than 1 ft). The MLSPIV deployment capabilities and its quickness in conducting the measurements make it ideal for ungaged sites. 
The paper presents the initial series of measurements for testing the capabilities of MLSPIV.

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