Estimation of flow discharge by an airborne velocimetry system

Estimation du débit d´une rivière par un système vélocimétrie aéroporté

¹ Senior Assistant - Laboratory of Hydraulics, Hydrology and Glaciology (VAW), ETH Zürich, CH-8093 Zürich, Switzerland
detert@vaw.baug.ethz.ch
² Head of River Engineering Division - Laboratory of Hydraulics, Hydrology and Glaciology (VAW), ETH Zürich, CH-8093 Zürich, Switzerland
weitbrecht@vaw.baug.ethz.ch

Abstract

A low-cost airborne velocimetry system has been developed and tested, consisting of an action cam, a quadrocopter, ground reference points, and seeding material. The obtained video frames were ortho-rectified and geo- referenced by computer vision techniques, with the by-product that each image got scaled as well. Flow velocity vector fields were determined using a particle image velocimetry algorithm covering a total reach length of 310 m. The data generally confirm depth-averaged velocity profiles obtained by a 3D acoustic Doppler current profiler. Flow discharges are estimated from that. For areas with homogeneous flow conditions we conclude that a correction factor of 0.85-0.9 should be applied to reduce surface velocities to depth-averaged velocities.

Résumé

Un système de vélocimétrie aéroporté bon marché, composé d'une action cam, d'un quadricopter, de points de référence au sol et d'ensemencement, a été développé et testé. Les images vidéo obtenues ont été ortho-rectifiées et géoréférencées par des techniques de vision informatiques. Sur cette base, des vecteurs de vitesse d'écoulement ont été déterminés sur une portée totale de 310 m utilisant un algorithme de vélocimétrie d'image de particule (PIV). Les données acquises confirment généralement des profils de vitesse moyenne sur la hauteur obtenus par ADCP 3D. Une estimation des débits en est tirée. Pour des zones à écoulement homogène nous concluons qu'un facteur de correction de 0.85-0.9 devrait être appliqué aux vitesses en surface mesurées par PIV pour en déduire des vitesses moyennées sur la profondeur.