一種物理模型快速搭建系統和方法

2023-06-11 04:36:36 1

專利名稱：一種物理模型快速搭建系統和方法
技術領域：
本發明涉及一種物理模型快速搭建系統和方法，是一種用於模擬地形地貌及不同下墊面的物理模型建模系統和方法，是一種快速建立模擬區域地形地貌及下墊面的機械-電子系統和方法。
背景技術：
進行不同規模(流域、區域或局域尺度)的水文水資源、地形地貌演變等的模擬實驗，需要按照實驗目的建立不同比例尺的大型並且十分精確的地形地貌模擬模型。這種比尺模型不能是示意性的，必須嚴格按研究目的和尺度轉換規律確定比例尺寸。比尺模型中 所有表示地形地貌、下墊面的地理與地質要素，都必須有十分精確的形狀、位置和水平高度，否則無法得出有效的實驗數據。水文水資源及地形地貌演變模擬實驗一般都是針對某一特定地區的地形地貌進行的，換一個地區，就要更換模型。此外，一些重點工程要進行精確的實驗，模型與實際地形的比例不能太大，所以經常需要將一個地區分割成多個塊，進行模擬實驗，這樣更增加了模型更換的頻率。傳統的物理模型建立方法通常是以紙質或數字地形為基礎，使用磚混或木質材料建立底盤及骨架，然後在此基礎上按照研究區基巖、土壤類型與結構以及下墊面分布特徵等進行模型下墊面構建，形成需要模擬的地形地貌。製作一個磚混及木質骨架底盤，需要依據紙質或數字地形資料，減去模型下墊面厚度後，得出底盤的製作設計圖。然後進行土工、木工作業，這一過程需要耗費大量的時間。對於需要考慮地形變化的物理模型，其對底盤的製作要求更高，要有精確的模型形狀、位置定位和精確的三維位置坐標，對每一個被模擬的山體和河岸進行精確的測量和設置，這個過程需要相當長的時間。且傳統的模型地形控制採用全站儀等測繪儀器進行分區控制的方式，這種方式效率較低且工作量較大。當一個模型使用結束後，基本上就報廢了，除了部分建築材料還可以利用之外，模擬地形地貌的部分沒有太多的利用價值，只能拆除。這種方式既浪費了大量的測量和設置的時間，也浪費了大量的材料。對於這種精確的物理模型來說，精確的形狀、位置和水平高度是製作的難點，而使用更換的頻繁更增加了這種測量和設置的難度，材料的浪費更使實驗的成本大大增加。以現有製作物理模型的方式進行水文水資源及地形地貌演變等模擬，降低成本、提高效率的方式只能是減少地區的分割，增加模型與實際地形的比例，結果是降低了實驗模擬的精確度。

發明內容
為了克服現有技術的問題，本發明提出了一種物理模型快速搭建系統和方法。所述系統由密集排列的升降塊陣列、地形信息採集裝置、計算機控制子系統構成。所述的方法如下首先，計算機控制端通過存儲的研究區數位化地形地貌立體圖形、試驗設計要求的模型下墊面厚度等計算出模型底盤高度數據。然後向密集排列的升降塊發出控制指令，通過控制升降塊升起高度，形成模型底盤。接著利用地形信息採集裝置採集升降塊陣列形狀數據，並與計算的模型底盤數據進行比對，調整底盤形狀。然後在底盤上按試驗設計填裝不同質地土壤等，形成初步的物理模型。然後利用地形信息採集裝置採集模型的地形信息，並屬輸入計算機與研究區數位化地形地貌立體圖形進行自動比對，通過修正模型局部地形，快速而精確的形成模擬地形地貌的物理模型。本發明的目的是這樣實現的一種物理模型快速搭建系統，包括升降柱陣列，所述的升降柱陣列的上方設置有地形信息採集裝置，所述的升降柱陣列和地形採集裝置與計算機控制子系統電連接；所述的升降柱陣列由在水平平面上按橫向和縱向密集排列的升降柱和升降柱上覆蓋的模型下墊面組成；所述的升降柱包括固定在水平平面上的由升降柱陣列控制單元控制升降高度的升降座，所述的升降座的頂端設有升降塊，所有升降塊升降至同一平面時，形成一緊密排列的升降塊網格平面；所有升降柱按照縱橫排列的位置編號與計算機控制子系統電連接；所述的計算機控制子系統包括地形資料庫，所述的地形資料庫與尺度轉換單元連接，所述的尺度轉換單元與物理模型底盤高程計算單元和地形信息 校核匹配與可視化顯示單元連接，所述的物理模型底盤高程計算單元和地形信息校核匹配與可視化顯示單元與升降柱陣列控制單元連接；所述的地形信息採集裝置包括三維雷射地形掃描儀。一種使用上述系統的物理模型快速搭建方法，所述方法的步驟如下
地形數字信息獲取的步驟用於在所述的地形資料庫中存儲和讀取研究區域的數字地形信息；
確定比例尺的步驟確定比例尺的步驟用於所述的尺度轉換單元按照不同特徵參數的尺度轉換規律和具體的試驗需求確定模型與研究區的比例尺；
地形信息轉換的步驟用於所述的尺度轉換單元利用計算所得的比例尺將研究區的數字地形信息轉換為模型地形信息；
模型下墊面參數計算的步驟用於以比例尺和模型地形信息為基礎，設計計算模型下墊面設計參數；
計算模型底盤地形信息的步驟用於所述的底盤高程計算單元根據模型地形信息和模型下墊面設計參數計算出升降柱陣列中每一個升降柱的具體高度，形成模型底盤地形信息；
升降柱陣列上升的步驟用於所述的升降柱陣列控制單元根據計算所得的模型底盤地形信息，對升降柱陣列的每一個升降柱進行升高控制，形成初步模型底盤；
檢驗初步模型底盤的步驟用於所述的地形信息採集裝置對初步模型底盤採集升降柱陣列高程信息，並輸入地形信息校核匹配與可視化單元與模型底盤信息進行對比，並進行升降柱高度的調整；
模型下墊面鋪設的步驟用於在模型底盤上，按照試驗設計要求進行模型下墊面的鋪設，在所述的模型底盤上堆積不同類型土壤，形成模擬地形地貌，形成初步模型；
檢驗模型下墊面鋪設的步驟用於所述的地形信息採集裝置和地形信息校核匹配與可視化單元對初步模型進行檢測。將地形信息採集裝置採集的初步搭建的物理模型地形信息與研究區數字地形轉換得到的地形信息進行自動比對，從而快速識別出搭建的物理模型與理想模型之間的差異，通過定量分析差異後對不符合要求的區域進行精確調整，完成物理模型的製作。本發明產生的有益效果是(I)本發明採用密集排列的升降塊，類似於平面圖形的像素，利用計算技術使立體圖形和升降柱結合，快速的確定地形要素的精確位置和精確高度，迅速形成研究區對應地形地貌物理模型的底盤，節省了大量土工建設、測量及設置地形要素位置和高度的人力、物力和時間。(2) —個實驗模型使用過後，可以通過控制升降陣列將試驗區調整為平地，實現模型區材料的快速清理與再利用。(3)利用地形信息採集裝置和計算機控制系統可以實現地形信息的快速採集以及與設計地形信息的比較，從而實現對所建立的物理模型與理想模型的誤差實現快速評估、校核等。對模型中誤差較大的地方實現快速定位與修復。
綜上，實現了水文水資源及地形演變模擬試驗中物理模型的經濟而快速的搭建，從而使以較低的成本、獲得更加精確的實驗數據的物理模型模擬實驗成為更加可行的選擇。


下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。圖I是本發明的實施例一所述系統的系統框 圖2是本發明的實施例一、二所述系統的結構示意 圖3是本發明的實施例一所述系統的升降柱陣列的剖面示意圖，是圖2中A-A方向的局部剖面放大圖。
具體實施例方式實施例一
本實施例是一種物理模型快速搭建系統，系統框圖如圖I所示，結構如圖2所示。本實施例包括升降柱陣列2，所述的升降柱陣列的上方設置有地形信息採集裝置3，所述的升降柱陣列和地形採集裝置與計算機控制子系統I電連接。所述的升降柱陣列由在水平平面上按橫向和縱向密集排列的升降柱和升降柱上覆蓋的模型下墊面組成4 (見圖3)。所述的升降柱包括固定在水平平面上的由升降柱陣列控制單元控制升降高度的升降座201，所述的升降座的頂端設有升降塊202，所有升降塊升降至同一平面時，形成一緊密排列的升降塊網格平面。所有升降柱按照縱橫排列的位置編號與計算機控制子系統電連接。所述的計算機控制子系統包括地形資料庫，所述的地形資料庫與尺度轉換單元連接，所述的尺度轉換單元與物理模型底盤高程計算單元和地形信息校核匹配與可視化顯示單元連接，所述的物理模型底盤高程計算單元和地形信息校核匹配與可視化顯示單元與升降柱陣列控制單元連接。所述的地形信息採集裝置包括三維雷射地形掃描儀。所述的計算機控制子系統可以是通用PC機、工業控制計算機、嵌入式系統或其他帶有存儲和計算分析功能的計算機系統。所述的地形資料庫、尺度轉換單元、物理模型底盤高程計算單元、地形信息校核匹配與可視化顯示單元、升降柱陣列控制單元可以是計算機控制子系統中軟、硬體結合產生的功能模塊，也可以是實現相應功能的專用集成電路晶片組。地形信息採集裝置包括三維雷射地形掃描儀、導軌、吊裝滑塊及其控制器。三維雷射地形掃描儀通過吊裝滑塊固定在自動導軌上，滑塊通過電機帶動，可以在導軌上運動，通過控制器實現對三維雷射地形掃描儀工作位置的精確控制，獲取模型數字地形信息進入計算機控制子系統，實現模型區地形信息的自動採集與初步處理。所述的三維地形雷射掃描儀可以米用 Trimble 3D Scanner GX。本實施例的主要思路是結合計算機技術，將平面上的等高線用升降塊體現出來，實現物理模型底盤的快速搭建。使用計算機技術的關鍵作用在於，將存儲在計算機子系統中的數字地形 信息轉換為模型底盤。數字地形信息是一種數位化的三維立體地圖，可以通過對紙質地形圖的數位化獲得，也可通過衛星遙感技術或航空遙感技術對地球表面進行掃描，將掃描的圖像數位化而取得的。本實施例所述的數字地形信息可以使用美國USGS發布的全球 SRTM 90m 解析度 DEM (Digital Elevation Model)數據和 ASTER30m 解析度 DEM 數據。本實施例的關鍵在於如何精確的搭建模型底盤。本實施例所採取的措施是密集而且連續縱橫排列的升降柱陣列，如圖2所示。升降柱排列一般為矩形或正方形，當升降柱陣列的所有升降塊升到同一平面上的時候，形成一個完整的網格平面，如圖I所示，圖I中的升降柱陣列為示意性的22X33的網格陣列。每個升降塊都是網格平面中的一個網格。每一個網格都具有自己的地址編碼，形成一個升降塊地址編碼矩陣，這些編碼存儲在計算機控制子系統的存儲器中。計算機控制子系統根據輸入的數字地形信息，將研究地區水平面分割為與升降塊數目相同的網格平面，並計算每個網格的水平高度，形成立體網格矩陣。然後計算機控制子系統將升降塊地址編碼矩陣和立體網格矩陣重合，用立體網格矩陣中計算所得的水平高度控制對應地址編碼的升降塊上升或下降，達到指定的水平高度。當各個升降塊升至指定高度時，不同位置、不同高度的升降塊所形成的包絡203模擬地形地貌的曲線形狀(見圖3)，形成物理模型的底盤。如同電子顯示屏上的像素點，在同等大小的面積中，升降塊越多，單個升降塊的面積越小，則越接近被模擬曲線。理想的狀態是升降塊無限小，無限接近被模擬的曲線，即微積分的原理。當然，實際中還要考慮成本、結構等實際問題，升降塊不可能無限小。所述的模型下墊面是指與研究區下墊面功能相對應的物理模型結構。主要用來模擬研究區不透水層與大氣層下邊界之間的土壤、植被、建築物等空間分布的結構。下墊面(underlying surface) 一般是指與大氣下層直接接觸的地球表面,其主要通過影響水循環過程中水的分布與匯流過程進而對流域水文水資源和地形演變過程產生影響。本實例中依據研究區的下墊面剖面調查資料獲取的土壤與研究區的下墊面特徵參數，如土壤類型、土壤深度、土壤容重、土壤顆粒組成、不透水層埋深、不透水層厚度等作為控制條件，在物理模型中用相應的土壤及結構模擬研究區的下墊面，實現對研究區土壤和下墊面結構與功能以及地形地貌的模擬。由於水文水資源及地形演變模擬實驗的特點，物理模型常常用來進行水流的實驗，特別是一些河流，或者降雨的實驗，水流會從升降塊之間的縫隙流出，侵蝕升降柱，因此，所述的升降柱必須是防水的。升降柱可以是電動螺旋升降柱，也可以是液壓升降柱。電動螺旋升降柱是一種利用電動機帶動螺母和絲槓升降的機械機構，這種機械機構成熟、簡單、可靠、實用，有許多成品可以挑選，是一種較佳的選擇。實用電動螺旋升降柱可以在螺杆的初始位置和最高位置安裝兩個位移傳感器，電機使用步進電機或伺服電機。控制升降塊升降高度的方式，以初始位置為零點，通過精確控制步進電機或伺服電機的旋轉角度，精確的控制升降高度。也可以在升降柱全程安裝精確的位移傳感器，進行全反饋控制。液壓升降柱的優點是升降平穩，但必須有液壓鎖，以便固定在一個位置而不會由於洩露而使液壓杆自然下降。液壓升降柱可以是步進液壓缸，用以精確的控制升降高度。如果使用步進液壓缸，可以在升降柱的初始位置和最高位置設置位移傳感器。也可以在液壓缸的整個行程上設置位移傳感器，對整個液壓缸的行程進行負反饋控制。升降柱陣列設計舉例升降柱陣列長40m、寬26m，升降柱頂端的升降塊的面積為
O.25mXO. 25m，104個橫排，每個橫排160個升降柱，共16640個。升降柱最大上升高度為Im0地形信息採集裝置安裝在升降柱陣列上方12. 5高的位置。計算機控制子系統採用聯想揚天T4900D型桌上型電腦。
實施例二
本實施例是實施例一的改進，是實施例一關於地形信息採集裝置的細化，如圖2所示。本實施例所述的地形信息採集裝置包括安裝在升降柱陣列正上方的導軌303，所述的導軌上吊裝由電機帶動在所述導軌上滑動的滑塊301，所述滑塊上安裝所有所述的三維雷射地形掃描儀的雷射探頭302 ;所述雷射探頭和滑塊上的電機與地形信息採集控制器連接，所述的地形信息採集控制器與地形信息校核匹配與可視化顯示單元電連接。實施例三
本實施例是上述實施例的改進，是上述實施例關於升降柱的細化。本實施例所述的升降柱是由電動機帶動的電動螺旋升降柱。電動螺旋升降柱是一種用電機帶動螺母或絲槓(螺旋升降柱)，使螺母和絲槓之間產生相對運動的機械傳動機構。作為動力的電機，可以是普通的電動機，或者是步進電機和伺服電機。使用何種電機主要取決於使用何種控制方式。如果採用開環的控制方式，可以使用步進電機或伺服電機，配合絲槓端點的傳感器，即在絲槓(螺旋升降柱)運動的兩個極限位置設置傳感器，進行精確的升降控制。例如以最低點為起始點，由於步進電機或伺服電機的旋轉圈數是十分精確的，可以根據設定的升降塊高度計算出從起始點應當旋轉的圈數，通過精確控制步進電機或伺服電機的旋轉圈數而達到升降塊設定的高度。如果採用閉環的控制方式，可以使用普通的電動機，但在整個絲槓的行程上設置精確的位移傳感器，控制器根據位移傳感器的位置信號精確的將升降塊升到設定的位置。這種負反饋控制方式其複雜程度要比單純的步進電機或伺服電機複雜，但精度高於開環控制。實施例四
本實施例是實施例三的改進，是實施例三關於電動機和位置傳感器的細化。本實施例所述的電動機是步進電機或伺服電機中的一種，所述的電動螺旋升降柱的上升和下降的極限位置設有位置傳感器。實施例五
本實施例是實施例二的改進，是實施例二關於升降柱的細化。本實施例所述的升降柱是帶有液壓鎖的液壓升降柱。
本實施例所述的液壓升降柱可以是普通液壓缸，也可以是步進液壓缸。如果是普通液壓缸，需要在液壓缸整個行程上設置多個位置傳感器，或位移傳感器。以精確的確定缸杆的位置，或稱升降塊的位置。如果使用步進液壓缸，可以在缸杆的兩個極限位置設置位置傳感器。例如以最低點為起始點，根據設定的升降塊高度，從起始位置步進到設定高度。實施例六
本實施例是實施例五的改進，是實施例五關於位置傳感器的細化。本實施例所述的液壓升降柱的上升和下降的極限位置之間設有多個位置傳感器。實施例七
本實施例是使用實施例一所述系統的物理模型快速搭建方法，所述方法的步驟如下
I、地形數字信息獲取的步驟用於在所述的地形資料庫中存儲研究區域的數字地形信息。所述的數字地形信息可以是美國USGS發布的全球SRTM 90m解析度DEM數據和ASTER30m解析度DEM數據。或者是依據研究需求通過航空遙感等獲取的其他格式的地形數據。地形數據是一種使用地面、航空或衛星測繪獲取的研究地區地形地貌的數位化數據，這種數據不但包含了該地區的地形地貌的精確形狀和位置，也包括了各個地理要素的精確水平高度。值得說明的是河流的水平高度不是河流表面的高程，而是河床的高程，這樣才能模擬河流的流動。在物理模型的模擬中，許多河流的流動是十分重要的因素，因此，僅僅模擬河流水面不足以顯示正確的結果。2、確定比例尺的步驟用於所述的尺度轉換單元按照不同特徵參數的尺度轉換規律和具體的試驗需求確定模型與研究區的比例尺。特徵參數的尺度轉換規律指依據研究目的確定的特徵參數在不同空間尺度之間的轉換規律。試驗需求指的是根據研究目的以及研究區形狀、大小與模型區形狀、大小關係，以及升降柱陣列的尺寸、模型已有框架的尺寸等，綜合考慮具體觀測指標的尺度轉換關係、監測指標的精確度等因素，確定真實研究區域與物理模型之間的最科學的比例關係，從而實現對研究區水文水資源、地形地貌演變等的科學研究。例如隨著城市防洪需求的提高，缺乏觀測資料的城市周邊小溝道洪水過程成為社會各界普遍關心的問題。為了客觀再現不同條件下的小溝道的洪水過程，確定具體的防洪措施和預案，以實際溝道的匯水區域為研究對象，通過該區域的長度、寬度及其與本實例中26X40m的升降柱陣列的關係，按固定的長寬比取限制性長度作為最大比例尺，並在此基礎上考慮試驗數據與實際過程之間參數的換算簡便性確定模型水平方向的長度和寬度。同時考慮實際研究區域的高程差、升降柱整列的最大升降高度以及地形參數等的換算關係，確定模型與研究區之間垂向換算比例尺。該實例僅敘述了一種尺度轉換單元確定比例尺的方式，還可以根據不同的研究目的，和不同參數的尺度轉換關係進行特定的模型與研究區比例尺的關係計算。3、地形信息轉換的步驟用於所述的尺度轉換單元利用計算所得的比例尺將研究區的數字地形信息轉換為模型地形信息。尺度轉換單元將研究區域的數字地形信息按照不同的比例尺與升降柱陣列網格平面進行坐標對應後，升降柱整列中用於建立物理模型的區域中的每一個升降柱就獲得對應的地面高程信息。使網格平面中的各個網格與升降柱陣列中的各個升降柱一一對應。這實際是一種定位，將研究區域的各個地理要素在物理模型中進行精確的定位。
4、模型下墊面參數計算的步驟用於以研究區下墊面植被、地形、土壤等數據為基礎，通過比例尺轉換計算出設計模型的模型下墊面設計參數。模型下墊面設計參數包括下墊面的厚度、下墊面的土壤類型、容重、含水量、透水係數等要素，實際試驗中還可能包括更加廣泛的內容。也可以根據試驗目的的不同控制其中一種或多種參數。5、計算模型底盤地形信息的步驟用於所述的底盤高程計算單元根據模型地形信息和模型下墊面設計參數計算出升降柱陣列中每一個升降柱的具體高度，形成模型底盤地形信息。模型地形信息包含了與升降柱陣列相同的網格，每個網格根據模型要求有不同的高度，同時還要考慮模型邊界、模型下墊面的厚度等因素，底盤高程計算單元根據這些因素計算出每個升降柱的升高位置。由於地形的 複雜性，高度的變化十分複雜，在實際建立模型底盤時，需要模糊一些地理要素形狀的細節，而地形要素的位置的精確度則完全可以保證。6、升降柱陣列上升的步驟用於所述的升降柱陣列控制單元根據計算所得的模型底盤地形信息，對升降柱陣列的每一個升降柱進行升高控制，形成初步模型底盤。地形通常情況下是連續變化的，而升降柱升高的高度不能連續變化，通過模型下墊面的處理實現地面形態模擬的連續變化，從而精確重現研究區的地形等要素。7、檢驗初步模型底盤的步驟用於所述的地形信息採集裝置對初步模型底盤採集升降柱陣列高程信息，並輸入地形信息校核匹配與可視化單元與模型底盤信息進行對比，並進行升降柱高度的調整。升降柱初次上升後，一般都可以達到升高的高度要求，要達到十分精確的高度，還需要進行精確的調整，從而形成物理模型搭建所需要的底盤。8、模型下墊面鋪設的步驟用於在模型底盤上，按照試驗設計要求進行模型下墊面的鋪設，在所述的模型底盤上按照坐標對應的模型下墊面設計參數和實驗要求，裝填不同類型土壤，形成模擬的地形地貌，形成初步模型。由於升降塊直接以坐標的形式與設計參數相對應，可以快速實現物理模型下墊面和地形地貌的塑造，快速實現所需物理模型的初步搭建。9、檢驗模型下墊面鋪設的步驟用於所述的地形信息採集裝置和地形信息校核匹配與可視化單元對初步模型進行檢測。將地形信息採集裝置採集的初步搭建的物理模型地形信息與研究區數字地形轉換得到的地形信息進行自動比對，從而快速識別出搭建的物理模型與理想模型之間的差異，通過定量分析差異對不符合要求的區域進行精確調整，完成物理模型的製作。模型下墊面的鋪設十分精細，需要進行反覆的檢測和修補才能到達要求。本實施例的關鍵在於用升降塊矩陣精確的模擬地形地貌，在控制器中的三維地形圖通過精確的網格矩陣與升降塊矩陣的重合產生精確的定位，進而產生精確的物理模型底盤。最後應說明的是，以上僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照較佳布置方案對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案(比如升降柱的形式，升降過程的順序等)進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和範圍。
權利要求
1.一種物理模型快速搭建系統，其特徵在於，包括升降柱陣列，所述的升降柱陣列的上方設置有地形信息採集裝置，所述的升降柱陣列和地形採集裝置與計算機控制子系統電連接；所述的升降柱陣列由在水平平面上按橫向和縱向密集排列的升降柱和升降柱上覆蓋的模型下墊面組成；所述的升降柱包括固定在水平平面上的由升降柱陣列控制單元控制升降高度的升降座，所述的升降座的頂端設有升降塊，所有升降塊升降至同一平面時，形成一緊密排列的升降塊網格平面；所有升降柱按照縱橫排列的位置編號與計算機控制子系統電連接；所述的計算機控制子系統包括地形資料庫，所述的地形資料庫與尺度轉換單元連接，所述的尺度轉換單元與物理模型底盤高程計算單元和地形信息校核匹配與可視化顯示單元連接，所述的物理模型底盤高程計算單元和地形信息校核匹配與可視化顯示單元與升降柱陣列控制單元連接；所述的地形信息採集裝置包括三維雷射地形掃描儀。
2.根據權利要求I所述的系統，其特徵在於，所述的地形信息採集裝置包括安裝在升降柱陣列正上方的導軌，所述的導軌上吊裝由電機帶動在所述導軌上滑動的滑塊，所述滑塊上安裝所有所述的三維雷射地形掃描儀的雷射探頭；所述雷射探頭和滑塊上的電機與地形信息採集控制器連接，所述的地形信息採集控制器與地形信息校核匹配與可視化顯示單元電連接。
3.根據權利要求I或2所述的系統，其特徵在於，所述的升降柱是由電動機帶動的電動螺旋升降柱。
4.根據權利要求3所述的系統，其特徵在於，所述的電動機是步進電機或伺服電機中的一種，所述的電動螺旋升降柱的上升和下降的極限位置設有位置傳感器。
5.根據權利要求I或2所述的系統，其特徵在於，所述的升降柱是帶有液壓鎖的液壓升降柱。
6.根據權利要求5所述的系統，其特徵在於，所述的液壓升降柱的上升和下降的極限位置之間設有多個位置傳感器。
7.一種使用權利要求I所述系統的物理模型快速搭建方法，其特徵在於所述方法的步驟如下 地形數字信息獲取的步驟用於在所述的地形資料庫中存儲研究區域的數字地形信息； 確定比例尺的步驟用於所述的尺度轉換單元按照不同特徵參數的尺度轉換規律和具體的試驗需求確定模型與研究區的比例尺； 地形信息轉換的步驟用於所述的尺度轉換單元利用計算所得的比例尺將研究區的數字地形信息轉換為模型地形信息； 模型下墊面參數計算的步驟用於以比例尺和模型地形信息為基礎，設計計算模型下墊面設計參數； 計算模型底盤地形信息的步驟用於所述的底盤高程計算單元根據模型地形信息和模型下墊面設計參數計算出升降柱陣列中每一個升降柱的具體高度，形成模型底盤地形信息； 升降柱陣列上升的步驟用於所述的升降柱陣列控制單元根據計算所得的模型底盤地形信息，對升降柱陣列的每一個升降柱進行升高控制，形成初步模型底盤； 檢驗初步模型底盤的步驟用於所述的地形信息採集裝置對初步模型底盤採集升降柱陣列高程信息，並輸入地形信息校核匹配與可視化單元與模型底盤信息進行對比，並進行升降柱高度的調整； 模型下墊面鋪設的步驟用於在模型底盤上，按照試驗設計要求進行模型下墊面的鋪設，在所述的模型底盤上堆積不同類型土壌，形成模擬地形地貌，形成初歩模型； 檢驗模型下墊面鋪設的步驟用於所述的地形信息採集裝置和地形信息校核匹配與可視化單元對初步模型進行檢測，將地形信息採集裝置採集的初步搭建的物理模型地形信息與研究區數字地形轉換得到的地形信息進行自動比對，從而快速識別出搭建的物理模型與理想模型之間的差異，通過定量分析差異對不符合要求的區域進行精確調整，完成物理模型的製作。
全文摘要
本發明涉及一種物理模型快速搭建系統和方法，包括升降柱陣列，地形信息採集裝置，升降柱陣列和地形採集裝置與計算機控制子系統電連接；升降柱陣列由在水平平面上按橫向和縱向密集排列的升降柱和升降柱上覆蓋的模型下墊面組成；計算機控制子系統包括地形資料庫，尺度轉換單元、物理模型底盤高程計算單元、地形信息校核匹配與可視化顯示單元、升降柱陣列控制單元。本發明採用密集排列的升降柱，利用數字地形信息和升降柱結合，快速的確定地形要素的精確位置和精確高度，實現了水文水資源及地形演變模擬試驗中物理模型的經濟而快速的搭建，從而使以較低的成本、獲得更加精確的實驗數據的物理模型模擬實驗成為更加可行的選擇。
文檔編號G09B25/06GK102855806SQ20121034498
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月18日 優先權日2012年9月18日
發明者龔家國, 賈仰文, 秦大庸, 劉家宏, 王芳 申請人:中國水利水電科學研究院