CN102855806B

CN102855806B - 一种物理模型快速搭建系统和方法

Info

Publication number: CN102855806B
Application number: CN201210344983.1A
Authority: CN
Inventors: 龚家国; 贾仰文; 秦大庸; 刘家宏; 王芳
Original assignee: China Institute of Water Resources and Hydropower Research
Current assignee: China Institute of Water Resources and Hydropower Research
Priority date: 2012-09-18
Filing date: 2012-09-18
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2032-09-18
Also published as: CN102855806A

Abstract

本发明涉及一种物理模型快速搭建系统和方法，包括：升降柱阵列，地形信息采集装置，升降柱阵列和地形采集装置与计算机控制子系统电连接；升降柱阵列由在水平平面上按横向和纵向密集排列的升降柱和升降柱上覆盖的模型下垫面组成；计算机控制子系统包括：地形数据库，尺度转换单元、物理模型底盘高程计算单元、地形信息校核匹配与可视化显示单元、升降柱阵列控制单元。本发明采用密集排列的升降柱，利用数字地形信息和升降柱结合，快速的确定地形要素的精确位置和精确高度，实现了水文水资源及地形演变模拟试验中物理模型的经济而快速的搭建，从而使以较低的成本、获得更加精确的实验数据的物理模型模拟实验成为更加可行的选择。

Description

一种物理模型快速搭建系统和方法

技术领域

本发明涉及一种物理模型快速搭建系统和方法，是一种用于模拟地形地貌及不同下垫面的物理模型建模系统和方法，是一种快速建立模拟区域地形地貌及下垫面的机械-电子系统和方法。

背景技术

进行不同规模（流域、区域或局域尺度）的水文水资源、地形地貌演变等的模拟实验，需要按照实验目的建立不同比例尺的大型并且十分精确的地形地貌模拟模型。这种比尺模型不能是示意性的，必须严格按研究目的和尺度转换规律确定比例尺寸。比尺模型中所有表示地形地貌、下垫面的地理与地质要素，都必须有十分精确的形状、位置和水平高度，否则无法得出有效的实验数据。水文水资源及地形地貌演变模拟实验一般都是针对某一特定地区的地形地貌进行的，换一个地区，就要更换模型。此外，一些重点工程要进行精确的实验，模型与实际地形的比例不能太大，所以经常需要将一个地区分割成多个块，进行模拟实验，这样更增加了模型更换的频率。传统的物理模型建立方法通常是以纸质或数字地形为基础，使用砖混或木质材料建立底盘及骨架，然后在此基础上按照研究区基岩、土壤类型与结构以及下垫面分布特征等进行模型下垫面构建，形成需要模拟的地形地貌。制作一个砖混及木质骨架底盘，需要依据纸质或数字地形资料，减去模型下垫面厚度后，得出底盘的制作设计图。然后进行土工、木工作业，这一过程需要耗费大量的时间。对于需要考虑地形变化的物理模型，其对底盘的制作要求更高，要有精确的模型形状、位置定位和精确的三维位置坐标，对每一个被模拟的山体和河岸进行精确的测量和设置，这个过程需要相当长的时间。且传统的模型地形控制采用全站仪等测绘仪器进行分区控制的方式，这种方式效率较低且工作量较大。当一个模型使用结束后，基本上就报废了，除了部分建筑材料还可以利用之外，模拟地形地貌的部分没有太多的利用价值，只能拆除。这种方式既浪费了大量的测量和设置的时间，也浪费了大量的材料。对于这种精确的物理模型来说，精确的形状、位置和水平高度是制作的难点，而使用更换的频繁更增加了这种测量和设置的难度，材料的浪费更使实验的成本大大增加。以现有制作物理模型的方式进行水文水资源及地形地貌演变等模拟，降低成本、提高效率的方式只能是减少地区的分割，增加模型与实际地形的比例，结果是降低了实验模拟的精确度。

发明内容

为了克服现有技术的问题，本发明提出了一种物理模型快速搭建系统和方法。所述系统由密集排列的升降块阵列、地形信息采集装置、计算机控制子系统构成。所述的方法如下：首先，计算机控制端通过存储的研究区数字化地形地貌立体图形、试验设计要求的模型下垫面厚度等计算出模型底盘高度数据。然后向密集排列的升降块发出控制指令，通过控制升降块升起高度，形成模型底盘。接着利用地形信息采集装置采集升降块阵列形状数据，并与计算的模型底盘数据进行比对，调整底盘形状。然后在底盘上按试验设计填装不同质地土壤等，形成初步的物理模型。然后利用地形信息采集装置采集模型的地形信息，并属输入计算机与研究区数字化地形地貌立体图形进行自动比对，通过修正模型局部地形，快速而精确的形成模拟地形地貌的物理模型。

本发明的目的是这样实现的：一种物理模型快速搭建系统，包括：升降柱阵列，所述的升降柱阵列的上方设置有地形信息采集装置，所述的升降柱阵列和地形采集装置与计算机控制子系统电连接；所述的升降柱阵列由在水平平面上按横向和纵向密集排列的升降柱和升降柱上覆盖的模型下垫面组成；所述的升降柱包括：固定在水平平面上的由升降柱阵列控制单元控制升降高度的升降座，所述的升降座的顶端设有升降块，所有升降块升降至同一平面时，形成一紧密排列的升降块网格平面；所有升降柱按照纵横排列的位置编号与计算机控制子系统电连接；所述的计算机控制子系统包括：地形数据库，所述的地形数据库与尺度转换单元连接，所述的尺度转换单元与物理模型底盘高程计算单元和地形信息校核匹配与可视化显示单元连接，所述的物理模型底盘高程计算单元和地形信息校核匹配与可视化显示单元与升降柱阵列控制单元连接；所述的地形信息采集装置包括：三维激光地形扫描仪。

一种使用上述系统的物理模型快速搭建方法，所述方法的步骤如下：

地形数字信息获取的步骤：用于在所述的地形数据库中存储和读取研究区域的数字地形信息；

确定比例尺的步骤：确定比例尺的步骤：用于所述的尺度转换单元按照不同特征参数的尺度转换规律和具体的试验需求确定模型与研究区的比例尺；

地形信息转换的步骤：用于所述的尺度转换单元利用计算所得的比例尺将研究区的数字地形信息转换为模型地形信息；

模型下垫面参数计算的步骤：用于以比例尺和模型地形信息为基础，设计计算模型下垫面设计参数；

计算模型底盘地形信息的步骤：用于所述的底盘高程计算单元根据模型地形信息和模型下垫面设计参数计算出升降柱阵列中每一个升降柱的具体高度，形成模型底盘地形信息；

升降柱阵列上升的步骤：用于所述的升降柱阵列控制单元根据计算所得的模型底盘地形信息，对升降柱阵列的每一个升降柱进行升高控制，形成初步模型底盘；

检验初步模型底盘的步骤：用于所述的地形信息采集装置对初步模型底盘采集升降柱阵列高程信息，并输入地形信息校核匹配与可视化单元与模型底盘地形信息进行对比，并进行升降柱高度的调整；

模型下垫面铺设的步骤：用于在模型底盘上，按照试验设计要求进行模型下垫面的铺设，在所述的模型底盘上堆积不同类型土壤，形成模拟地形地貌，形成初步模型；

检验模型下垫面铺设的步骤：用于所述的地形信息采集装置和地形信息校核匹配与可视化单元对初步模型进行检测。将地形信息采集装置采集的初步搭建的物理模型地形信息与研究区数字地形转换得到的地形信息进行自动比对，从而快速识别出搭建的物理模型与理想模型之间的差异，通过定量分析差异后对不符合要求的区域进行精确调整，完成物理模型的制作。

本发明产生的有益效果是：

（1）本发明采用密集排列的升降块，类似于平面图形的像素，利用计算技术使立体图形和升降柱结合，快速的确定地形要素的精确位置和精确高度，迅速形成研究区对应地形地貌物理模型的底盘，节省了大量土工建设、测量及设置地形要素位置和高度的人力、物力和时间。

（2）一个实验模型使用过后，可以通过控制升降阵列将试验区调整为平地，实现模型区材料的快速清理与再利用。

（3）利用地形信息采集装置和计算机控制系统可以实现地形信息的快速采集以及与设计地形信息的比较，从而实现对所建立的物理模型与理想模型的误差实现快速评估、校核等。对模型中误差较大的地方实现快速定位与修复。

综上，实现了水文水资源及地形演变模拟试验中物理模型的经济而快速的搭建，从而使以较低的成本、获得更加精确的实验数据的物理模型模拟实验成为更加可行的选择。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的实施例一所述系统的系统框图；

图2是本发明的实施例一、二所述系统的结构示意图；

图3是本发明的实施例一所述系统的升降柱阵列的剖面示意图，是图2中A-A方向的局部剖面放大图。

具体实施方式

实施例一：

本实施例是一种物理模型快速搭建系统，系统框图如图1所示，结构如图2所示。本实施例包括：升降柱阵列2，所述的升降柱阵列的上方设置有地形信息采集装置3，所述的升降柱阵列和地形采集装置与计算机控制子系统1电连接。所述的升降柱阵列由在水平平面上按横向和纵向密集排列的升降柱和升降柱上覆盖的模型下垫面组成4（见图3）。所述的升降柱包括：固定在水平平面上的由升降柱阵列控制单元控制升降高度的升降座201，所述的升降座的顶端设有升降块202，所有升降块升降至同一平面时，形成一紧密排列的升降块网格平面。所有升降柱按照纵横排列的位置编号与计算机控制子系统电连接。所述的计算机控制子系统包括：地形数据库，所述的地形数据库与尺度转换单元连接，所述的尺度转换单元与物理模型底盘高程计算单元和地形信息校核匹配与可视化显示单元连接，所述的物理模型底盘高程计算单元和地形信息校核匹配与可视化显示单元与升降柱阵列控制单元连接。所述的地形信息采集装置包括：三维激光地形扫描仪。

所述的计算机控制子系统可以是通用PC机、工业控制计算机、嵌入式系统或其他带有存储和计算分析功能的计算机系统。所述的地形数据库、尺度转换单元、物理模型底盘高程计算单元、地形信息校核匹配与可视化显示单元、升降柱阵列控制单元可以是计算机控制子系统中软、硬件结合产生的功能模块，也可以是实现相应功能的专用集成电路芯片组。

地形信息采集装置包括：三维激光地形扫描仪、导轨、吊装滑块及其控制器。三维激光地形扫描仪通过吊装滑块固定在自动导轨上，滑块通过电机带动，可以在导轨上运动，通过控制器实现对三维激光地形扫描仪工作位置的精确控制，获取模型数字地形信息进入计算机控制子系统，实现模型区地形信息的自动采集与初步处理。所述的三维地形激光扫描仪可以采用Trimble 3D Scanner GX。

本实施例的主要思路是结合计算机技术，将平面上的等高线用升降块体现出来，实现物理模型底盘的快速搭建。使用计算机技术的关键作用在于，将存储在计算机子系统中的数字地形信息转换为模型底盘。数字地形信息是一种数字化的三维立体地图，可以通过对纸质地形图的数字化获得，也可通过卫星遥感技术或航空遥感技术对地球表面进行扫描，将扫描的图像数字化而取得的。本实施例所述的数字地形信息可以使用美国USGS发布的全球SRTM 90m分辨率DEM（Digital Elevation Model）数据和ASTER30m分辨率DEM数据。

本实施例的关键在于如何精确的搭建模型底盘。本实施例所采取的措施是密集而且连续纵横排列的升降柱阵列，如图2所示。升降柱排列一般为矩形或正方形，当升降柱阵列的所有升降块升到同一平面上的时候，形成一个完整的网格平面，如图1所示，图1中的升降柱阵列为示意性的22×33的网格阵列。每个升降块都是网格平面中的一个网格。每一个网格都具有自己的地址编码，形成一个升降块地址编码矩阵，这些编码存储在计算机控制子系统的存储器中。计算机控制子系统根据输入的数字地形信息，将研究地区水平面分割为与升降块数目相同的网格平面，并计算每个网格的水平高度，形成立体网格矩阵。然后计算机控制子系统将升降块地址编码矩阵和立体网格矩阵重合，用立体网格矩阵中计算所得的水平高度控制对应地址编码的升降块上升或下降，达到指定的水平高度。当各个升降块升至指定高度时，不同位置、不同高度的升降块所形成的包络203模拟地形地貌的曲线形状（见图3），形成物理模型的底盘。如同电子显示屏上的像素点，在同等大小的面积中，升降块越多，单个升降块的面积越小，则越接近被模拟曲线。理想的状态是升降块无限小，无限接近被模拟的曲线，即微积分的原理。当然，实际中还要考虑成本、结构等实际问题，升降块不可能无限小。

所述的模型下垫面是指与研究区下垫面功能相对应的物理模型结构。主要用来模拟研究区不透水层与大气层下边界之间的土壤、植被、建筑物等空间分布的结构。下垫面(underlying surface)一般是指与大气下层直接接触的地球表面，其主要通过影响水循环过程中水的分布与汇流过程进而对流域水文水资源和地形演变过程产生影响。本实例中依据研究区的下垫面剖面调查资料获取的土壤与研究区的下垫面特征参数，如土壤类型、土壤深度、土壤容重、土壤颗粒组成、不透水层埋深、不透水层厚度等作为控制条件，在物理模型中用相应的土壤及结构模拟研究区的下垫面，实现对研究区土壤和下垫面结构与功能以及地形地貌的模拟。

由于水文水资源及地形演变模拟实验的特点，物理模型常常用来进行水流的实验，特别是一些河流，或者降雨的实验，水流会从升降块之间的缝隙流出，侵蚀升降柱，因此，所述的升降柱必须是防水的。

升降柱可以是电动螺旋升降柱，也可以是液压升降柱。电动螺旋升降柱是一种利用电动机带动螺母和丝杠升降的机械机构，这种机械机构成熟、简单、可靠、实用，有许多成品可以挑选，是一种较佳的选择。实用电动螺旋升降柱可以在螺杆的初始位置和最高位置安装两个位移传感器，电机使用步进电机或伺服电机。控制升降块升降高度的方式，以初始位置为零点，通过精确控制步进电机或伺服电机的旋转角度，精确的控制升降高度。也可以在升降柱全程安装精确的位移传感器，进行全反馈控制。

液压升降柱的优点是升降平稳，但必须有液压锁，以便固定在一个位置而不会由于泄露而使液压杆自然下降。液压升降柱可以是步进液压缸，用以精确的控制升降高度。如果使用步进液压缸，可以在升降柱的初始位置和最高位置设置位移传感器。也可以在液压缸的整个行程上设置位移传感器，对整个液压缸的行程进行负反馈控制。

升降柱阵列设计举例：升降柱阵列长40m、宽26m，升降柱顶端的升降块的面积为0.25m×0.25m，104个横排，每个横排160个升降柱，共16640个。升降柱最大上升高度为1m。地形信息采集装置安装在升降柱阵列上方12.5高的位置。计算机控制子系统采用联想扬天 T4900D型台式电脑。

实施例二：

本实施例是实施例一的改进，是实施例一关于地形信息采集装置的细化，如图2所示。本实施例所述的地形信息采集装置包括：安装在升降柱阵列正上方的导轨303，所述的导轨上吊装由电机带动在所述导轨上滑动的滑块301，所述滑块上安装所有所述的三维激光地形扫描仪的激光探头302；所述激光探头和滑块上的电机与地形信息采集控制器连接，所述的地形信息采集控制器与地形信息校核匹配与可视化显示单元电连接。

实施例三：

本实施例是上述实施例的改进，是上述实施例关于升降柱的细化。本实施例所述的升降柱是由电动机带动的电动螺旋升降柱。

电动螺旋升降柱是一种用电机带动螺母或丝杠（螺旋升降柱），使螺母和丝杠之间产生相对运动的机械传动机构。作为动力的电机，可以是普通的电动机，或者是步进电机和伺服电机。使用何种电机主要取决于使用何种控制方式。

如果采用开环的控制方式，可以使用步进电机或伺服电机，配合丝杠端点的传感器，即在丝杠（螺旋升降柱）运动的两个极限位置设置传感器，进行精确的升降控制。例如以最低点为起始点，由于步进电机或伺服电机的旋转圈数是十分精确的，可以根据设定的升降块高度计算出从起始点应当旋转的圈数，通过精确控制步进电机或伺服电机的旋转圈数而达到升降块设定的高度。

如果采用闭环的控制方式，可以使用普通的电动机，但在整个丝杠的行程上设置精确的位移传感器，控制器根据位移传感器的位置信号精确的将升降块升到设定的位置。这种负反馈控制方式其复杂程度要比单纯的步进电机或伺服电机复杂，但精度高于开环控制。

实施例四：

本实施例是实施例三的改进，是实施例三关于电动机和位置传感器的细化。本实施例所述的电动机是步进电机或伺服电机中的一种，所述的电动螺旋升降柱的上升和下降的极限位置设有位置传感器。

实施例五：

本实施例是实施例二的改进，是实施例二关于升降柱的细化。本实施例所述的升降柱是带有液压锁的液压升降柱。

本实施例所述的液压升降柱可以是普通液压缸，也可以是步进液压缸。

如果是普通液压缸，需要在液压缸整个行程上设置多个位置传感器，或位移传感器。以精确的确定缸杆的位置，或称升降块的位置。

如果使用步进液压缸，可以在缸杆的两个极限位置设置位置传感器。例如以最低点为起始点，根据设定的升降块高度，从起始位置步进到设定高度。

实施例六：

本实施例是实施例五的改进，是实施例五关于位置传感器的细化。本实施例所述的液压升降柱的上升和下降的极限位置之间设有多个位置传感器。

实施例七：

本实施例是使用实施例一所述系统的物理模型快速搭建方法，所述方法的步骤如下：

1、地形数字信息获取的步骤：用于在所述的地形数据库中存储研究区域的数字地形信息。所述的数字地形信息可以是美国USGS发布的全球SRTM 90m分辨率DEM数据和ASTER30m分辨率DEM数据。或者是依据研究需求通过航空遥感等获取的其他格式的地形数据。地形数据是一种使用地面、航空或卫星测绘获取的研究地区地形地貌的数字化数据，这种数据不但包含了该地区的地形地貌的精确形状和位置，也包括了各个地理要素的精确水平高度。值得说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，这样才能模拟河流的流动。在物理模型的模拟中，许多河流的流动是十分重要的因素，因此，仅仅模拟河流水面不足以显示正确的结果。

2、确定比例尺的步骤：用于所述的尺度转换单元按照不同特征参数的尺度转换规律和具体的试验需求确定模型与研究区的比例尺。特征参数的尺度转换规律指依据研究目的确定的特征参数在不同空间尺度之间的转换规律。试验需求指的是根据研究目的以及研究区形状、大小与模型区形状、大小关系，以及升降柱阵列的尺寸、模型已有框架的尺寸等，综合考虑具体观测指标的尺度转换关系、监测指标的精确度等因素，确定真实研究区域与物理模型之间的最科学的比例关系，从而实现对研究区水文水资源、地形地貌演变等的科学研究。例如：随着城市防洪需求的提高，缺乏观测资料的城市周边小沟道洪水过程成为社会各界普遍关心的问题。为了客观再现不同条件下的小沟道的洪水过程，确定具体的防洪措施和预案，以实际沟道的汇水区域为研究对象，通过该区域的长度、宽度及其与本实例中26×40m的升降柱阵列的关系，按固定的长宽比取限制性长度作为最大比例尺，并在此基础上考虑试验数据与实际过程之间参数的换算简便性确定模型水平方向的长度和宽度。同时考虑实际研究区域的高程差、升降柱整列的最大升降高度以及地形参数等的换算关系，确定模型与研究区之间垂向换算比例尺。该实例仅叙述了一种尺度转换单元确定比例尺的方式，还可以根据不同的研究目的，和不同参数的尺度转换关系进行特定的模型与研究区比例尺的关系计算。

3、地形信息转换的步骤：用于所述的尺度转换单元利用计算所得的比例尺将研究区的数字地形信息转换为模型地形信息。尺度转换单元将研究区域的数字地形信息按照不同的比例尺与升降柱阵列网格平面进行坐标对应后，升降柱整列中用于建立物理模型的区域中的每一个升降柱就获得对应的地面高程信息。使网格平面中的各个网格与升降柱阵列中的各个升降柱一一对应。这实际是一种定位，将研究区域的各个地理要素在物理模型中进行精确的定位。

4、模型下垫面参数计算的步骤：用于以研究区下垫面植被、地形、土壤等数据为基础，通过比例尺转换计算出设计模型的模型下垫面设计参数。模型下垫面设计参数包括：下垫面的厚度、下垫面的土壤类型、容重、含水量、透水系数等要素，实际试验中还可能包括更加广泛的内容。也可以根据试验目的的不同控制其中一种或多种参数。

5、计算模型底盘地形信息的步骤：用于所述的底盘高程计算单元根据模型地形信息和模型下垫面设计参数计算出升降柱阵列中每一个升降柱的具体高度，形成模型底盘地形信息。模型地形信息包含了与升降柱阵列相同的网格，每个网格根据模型要求有不同的高度，同时还要考虑模型边界、模型下垫面的厚度等因素，底盘高程计算单元根据这些因素计算出每个升降柱的升高位置。由于地形的复杂性，高度的变化十分复杂，在实际建立模型底盘时，需要模糊一些地理要素形状的细节，而地形要素的位置的精确度则完全可以保证。

6、升降柱阵列上升的步骤：用于所述的升降柱阵列控制单元根据计算所得的模型底盘地形信息，对升降柱阵列的每一个升降柱进行升高控制，形成初步模型底盘。地形通常情况下是连续变化的，而升降柱升高的高度不能连续变化，通过模型下垫面的处理实现地面形态模拟的连续变化，从而精确重现研究区的地形等要素。

7、检验初步模型底盘的步骤：用于所述的地形信息采集装置对初步模型底盘采集升降柱阵列高程信息，并输入地形信息校核匹配与可视化单元与模型底盘信息进行对比，并进行升降柱高度的调整。升降柱初次上升后，一般都可以达到升高的高度要求，要达到十分精确的高度，还需要进行精确的调整，从而形成物理模型搭建所需要的底盘。

8、模型下垫面铺设的步骤：用于在模型底盘上，按照试验设计要求进行模型下垫面的铺设，在所述的模型底盘上按照坐标对应的模型下垫面设计参数和实验要求，装填不同类型土壤，形成模拟的地形地貌，形成初步模型。由于升降块直接以坐标的形式与设计参数相对应，可以快速实现物理模型下垫面和地形地貌的塑造，快速实现所需物理模型的初步搭建。

9、检验模型下垫面铺设的步骤：用于所述的地形信息采集装置和地形信息校核匹配与可视化单元对初步模型进行检测。将地形信息采集装置采集的初步搭建的物理模型地形信息与研究区数字地形转换得到的地形信息进行自动比对，从而快速识别出搭建的物理模型与理想模型之间的差异，通过定量分析差异对不符合要求的区域进行精确调整，完成物理模型的制作。模型下垫面的铺设十分精细，需要进行反复的检测和修补才能到达要求。

本实施例的关键在于用升降块矩阵精确的模拟地形地貌，在控制器中的三维地形图通过精确的网格矩阵与升降块矩阵的重合产生精确的定位，进而产生精确的物理模型底盘。

最后应说明的是，以上仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳布置方案对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案（比如升降柱的形式，升降过程的顺序等）进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种物理模型快速搭建系统，其特征在于，包括：升降柱阵列，所述的升降柱阵列的上方设置有地形信息采集装置，所述的升降柱阵列和地形采集装置与计算机控制子系统电连接；所述的升降柱阵列由在水平平面上按横向和纵向密集排列的升降柱和升降柱上覆盖的模型下垫面组成；所述的升降柱包括：固定在水平平面上的由升降柱阵列控制单元控制升降高度的升降座，所述的升降座的顶端设有升降块，所有升降块升降至同一平面时，形成一紧密排列的升降块网格平面；所有升降柱按照纵横排列的位置编号与计算机控制子系统电连接；所述的计算机控制子系统包括：地形数据库，所述的地形数据库与尺度转换单元连接，所述的尺度转换单元与物理模型底盘高程计算单元和地形信息校核匹配与可视化显示单元连接，所述的物理模型底盘高程计算单元和地形信息校核匹配与可视化显示单元与升降柱阵列控制单元连接；所述的地形信息采集装置包括：三维激光地形扫描仪。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的地形信息采集装置包括：安装在升降柱阵列正上方的导轨，所述的导轨上吊装由电机带动在所述导轨上滑动的滑块，所述滑块上安装所述的三维激光地形扫描仪的激光探头；所述激光探头和滑块上的电机与地形信息采集控制器连接，所述的地形信息采集控制器与地形信息校核匹配与可视化显示单元电连接。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述的升降柱是由电动机带动的电动螺旋升降柱。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述的电动机是步进电机或伺服电机中的一种，所述的电动螺旋升降柱的上升和下降的极限位置设有位置传感器。

5.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述的升降柱是带有液压锁的液压升降柱。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述的液压升降柱的上升和下降的极限位置之间设有多个位置传感器。

7.一种使用权利要求1所述系统的物理模型快速搭建方法，其特征在于所述方法的步骤如下：

地形数字信息获取的步骤：用于在所述的地形数据库中存储研究区域的数字地形信息；

确定比例尺的步骤：用于所述的尺度转换单元按照不同特征参数的尺度转换规律和具体的试验需求确定模型与研究区的比例尺；

检验模型下垫面铺设的步骤：用于所述的地形信息采集装置和地形信息校核匹配与可视化单元对初步模型进行检测，将地形信息采集装置采集的初步搭建的物理模型地形信息与研究区数字地形转换得到的地形信息进行自动比对，从而快速识别出搭建的物理模型与理想模型之间的差异，通过定量分析差异对不符合要求的区域进行精确调整，完成物理模型的制作。