Hidrológiai Közlöny, 2020 (100. évfolyam)
2020 / 3. szám
87 A videó alapú vízsebességmérés alapjai, és annak alkalmazhatósága jégzajlásos folyószakaszon Kerék Gábor* *Észak-dunántúli Vízügyi Igazgatóság Győr. (E-mail: kerek.gabor@eduvizig.hu) Kivonat A videó alapú sebességelemzés egy újszerű, kísérleti eljárás vízfolyások felszíni vízsebességének meghatározására, becslésére. Az eljárás hatékony lehet olyan terepi adatgyűjtésekhez, amikor más mérési eljárás nem alkalmazható, pl. villámárvizek elemzése, hoszszabb vízfolyás-szakaszok sebességviszonyainak feltárása, nehezen megközelíthető monitoring-helyek mérése. A dolgozat első részében áttekintem a videó alapú sebességelemzés (LSPIV - Large-Scale Particle Image Velocimetry - nagyfelbontású részecskemozgáson alapuló képalapú sebességelemzés) elméleti alapjait, majd két numerikus módszer ismertetésével és alkalmazásával az LSPIV sebesség-eloszlás alapján becslést teszek a vízsebesség keresztszelvény-menti eloszlására, valamint a szállított vízhozamra vonatkozóan. Végezetül a módszer gyakorlati alkalmazhatóságára vonatkozó javaslatokat teszek. Kulcsszavak LSPIV, villámárviz, képelemzés, vízsebességmérés, hidraulika, numerikus módszerek, jégzajlás, vízhozammérés. Basics of video-based water velocity measurements and its applicability on ice-drifting river sections Abstract Video-based velocity analysis is a novel, experimental procedure onto the definition of the surface water velocity of water flows. The method may be effective to ground data collections, when any other measurement procedure inapplicable, i.e. flash-flood events, analysis of longer water flow sections, monitoring places which can be difficult to approach. In this paper I take an overview of the theoretical bases of the video-based velocity analysis (LSPIV), then, according to the application of two numerical methods I take an estimate onto the cross-sectional distribution of the water velocity and the discharge using the measured LSPIV velocities. At last I make proposals concerning the practical adaptability of the method. Keywords LSPIV, flash-flood, image analysis, water velocity measurement, hydraulics, numeric methods, ice-drifting, water discharge measurement. ANYAG ÉS MÓDSZER-A VIDEÓELEMZÉSI ELJÁRÁS ELMÉLETI ALAPJAI Az LSPIV eljárással (nagyfelbontású részecskemozgáson alapuló képalapú sebességelemzés, magyar elnevezése egyelőre nem terjedt el) indirekt módon elemezhetjük egy vízfolyás felszíni sebességviszonyait. Szemben az általánosan elterjedt hidrometriai gyakorlattal, az eljárás nem igényli mechanikus vagy akusztikus elven működő, az áramló vízzel fizikai kapcsolatba kerülő eszköz használatát. A hagyományos vízsebesség- és áramlásmérő eszközök használhatóságát a mérési körülmények erősen befolyásolják. Villámárvizek vízsebességének mérésére, vagy zajló jéggel borított vízfelszín esetén az élet- és vagyonbiztonság okán korlátozottan alkalmasak a használatra. Emiatt az ilyen hidrológiai események hidrológiai - hidraulikai paraméterei rendszerint csak becslésekkel, közelítő számításokkal határozhatók meg. Elsősorban az ilyen, más módszerrel nehezen mérhető helyzetekre jelenthet közelítő megoldást az LSPIV eljárás. Az eljárás alapja, hogy a vízfolyás egy meghatározott szakaszáról videófelvételt készítünk, majd ennek egy célszerű előfeldolgozásával meghatározott At időközű képsorozatot állítunk elő. A képsorozaton egy feldolgozó szoftver a felszínen úszó jelzőanyag nyomvonalának lekövetésével pillanatnyi sebességmezőt határoz meg. (Musté és társai 2008) A felvételt feltétlenül olyan vízfolyásszakaszról kell készíteni, ahol a felszínen megfelelő mennyiségű jelzőanyag (falevél, turbulencia-keltette hab, apró nádtörmelék, egyéb uszadék, jég) úszik, mivel ezek hiánya meghiúsítja a sebességmező leképezését. Mivel a videó rendszerint külső nézőpontból készül, a videofelvételből kinyert képeket egy 2D ortogonális koordináta-rendszerbe szükséges transzformálni. Ez az eljárás az ortorektifíkáció. Az eljárás alapja, az hogy egyes képpárokon illesztőpontokat jelölünk ki, amelyek terepi koordináta-különbsége földrajzi koordinátarendszerben ismert, vagy a fizikai távolságkomponenseik (É-K) ismertek. A terepi és képi pontok felhasználásával a két viszonyítási rendszer között a következő, hagyományos fotogrammetriai összefüggéssel határozhatók meg a koordináták (Mikhai! és Ackermann, 1976, Fujita és társai 1998): A-í X + A2Y + AoZ+A/l / i \ X = —--------------(1) C1X+C2Y+C3Z+1 v 7 __ B^X+B2Y +b3z+b4 y ~ C1X+C2Y+C3Z+l ' ' ahol x, y - az illesztőpontok koordinátái a kép koordinátarendszerében, X, Y,Z - az illesztőpontok koordinátái a valós térben (pl. EOTR - Egységes Országos térképrendszer), Ai ... C3 - transzformációs együtthatók a terepi illesztőpontok felhasználásával.
