对于游戏爱好者来说,Kinect是微软为Xbox 360游戏机开发的运动传感器附加组件。该设备提供了一个自然的用户界面,允许用户直观地进行交互,不需要任何中间设备,如控制器。现在,伦斯勒理工学院(Rensselaer Polytechnic Institute)的一组研究人员用这种设备取代了土工离心机上昂贵的传感器,从而更好(也更经济)地了解大水漫过堤坝时,堤坝是如何垮塌的。该跨学科项目由美国国家科学基金会(NSF)资助,重点关注土壤侵蚀、堤坝和防洪系统。
为受灾地区的重建提供必要的数据堤坝在新奥尔良,伦斯勒工程学院的工程师们在过去的十年里一直在研究防洪系统的小规模部分。
根据美国国家气象局的数据,洪水几乎每天都是美国及其领土从海岸到海岸的威胁。洪水通常发生在连续数天持续降雨,短时间内强降雨,或当冰和碎片堵塞导致河流或溪流溢出到周边地区时。洪水也可能是由于水控制结构的失效,如堤坝或大坝。国家气象局的统计数据指出,从1996年到2015年,大约有1640名美国人死于洪水。
“据我们所知,这是Kinect系统第一次被用于土工离心机,”大坝安全专家、麻省理工学院教授托马斯·齐米(Thomas Zimmie)说土木工程.“这项研究的目标是开发工具,以提高对堤坝因侵蚀而破坏过程的理解,并减少未来的破坏风险,以保护生命和财产。”
除了Zimmie之外,Rensselaer团队还包括计算机科学副教授Barbara Cutler,她也是Curtis R. Priem实验媒体和表演艺术中心(EMPAC)的附属教员;w·伦道夫·富兰克林,电气、计算机和系统工程系教授;以及土木工程博士研究生Mehrad Kamalzare ' 13,他加入了加州理工大学波莫纳分校,担任土木工程系助理教授。
近几十年来,溃坝水力学的研究一直在进行,包括溃坝水流的数值和实验研究以及溃坝水流可能造成的破坏。
Zimmie表示,水力侵蚀是一种复杂的现象,取决于许多不同的参数。为了改进堤坝、堤防和土工结构的设计标准,开发能够模拟侵蚀过程的真实计算机模型是必要的。
作为研究的一部分,使用Rensselaer公司的150克吨土工离心机进行了大量的物理堤坝侵蚀试验。为了获得更真实的模型,采用离心试验模拟了实际尺寸的堤坝。对侵蚀过程进行了详细的物理模拟。
传统的三维扫描被用于精确验证初始和最终计算机模型几何图形的计算尺寸,但没有得到试验期间侵蚀土壤数量的中期数据或测量值。
Kinect传感器是用来跟踪的进程土壤侵蚀.该装置被用来扫描和评估侵蚀土壤的体积和形状的变化作为时间的函数的渠道。获得三维图像,绘制不同参数的变化曲线。
Zimmie说:“实时现场测量极其困难。“数值模拟在溃坝流动问题中发挥着越来越重要的作用。侵蚀过程取决于几个参数,如土壤细粒和粘土粒度含量、塑性和分散性、压实含水量、饱和度密度、粘土矿物学,以及可能存在的胶结材料,如铁氧化物。”
根据测试过程中录制的视频和图片,Kinect的测试结果与实体模型非常吻合。Zimmie指出,Kinect系统的技术功能可以在定制设计中复制,但成本可能高达几千美元。
对于研究团队来说,Kinect是一个低成本的传感器,能够测量土壤侵蚀速率,而如果要测量,通常需要昂贵的设备。该团队还研究了该方法在其他实验室实验中的应用。
Zimmie一直在积极参与卡特里娜飓风造成的新奥尔良堤坝垮塌的研究。他是美国国家科学基金会资助的调查小组的一员,该小组在卡特里娜飓风后不久前往新奥尔良。Zimmie还在美国参议院环境和公共工程委员会作证,该委员会正在就卡特里娜大堤的溃败举行听证会。从那以后,堤坝的建设工作继续进行,与美国陆军工兵部队合作,使用伦斯勒土工离心机,这项工作也受到了媒体和研究卡特里娜事件的各种委员会的广泛关注。
该研究结果发表在《美国测试材料学会(ASTM)岩土技术测试杂志》上的一篇题为“评估侵蚀量和模式的新可视化方法”的文章中。
该研究例证了新理工学院,这是伦斯勒学院教学、学习和研究的一种新兴范式。新理工学院强调并支持跨学科、部门和地区的合作,使用最先进的工具和技术,以应对当今巨大的全球挑战,其中许多工具和技术是在伦斯勒开发的。
了下:M2M(机对机)

