阵列式雷达测流系统及其测流方法

摘要

本发明提供一种阵列式雷达测流系统及其测流方法，阵列式雷达测流系统包括：设置有雷达水位传感器和雷达流速传感器的第一分机、多个设置有所述雷达流速传感器的第二分机以及与所述第一分机和所述第二分机通讯连接的流量主机；多个所述雷达流速传感器阵列式分布，用于应用测速垂线测量河道的表面流速；所述雷达水位传感器用于获取河道的水位信息；所述流量主机用于根据多个所述表面流速计算多个区域的平均流速，并根据多个所述平均流速、所述水位信息以及断面参数计算断面总流量。本发明能够稳定监测河道的水位，流速，流量等信息，方便进行有效的风险预警和调度管理。

说明书

技术领域

本发明属于水文测量技术领域，具体涉及到一种阵列式雷达测流系统及其测流方法。

背景技术

在水文监测中，流量测量是其中的核心内容，也是监测难度最大的一项，传统的监测手段一般需要依靠测量人员下水完成，流量测量工作量大，耗时长，测量效率低下，测量精度与测量人员的经验技术有很大关系。随着水利信化技术的进步，非接触式的测量技术凭借安全高效的测量方式、准确的测量结果等优势得到了长足的发展，雷达式的水位和流速测量装置在得到了推广应用，尤其是近年新建的站点。但是，基于非接触式的雷达流量测量设备的研究较少，尚未形成成熟的产品。

现有的水文测量一般采用缆道和水文仪器相结合的方法，包括主索、循环索和副拉索，行车架和铅鱼、流速仪等，行车架沿主索往返移动，铅鱼由循环索悬吊于行车架下方，通过缆道电动绞车驱动铅鱼水平、垂直方向移动从而测量断面的水位和垂线流速，一般都是用于离线测量，不能准确稳定的进行监测，且操作和维护都耗费人力物力，对于汛期等危险情况使用不便。

发明内容

本发明提供一种阵列式雷达测流系统及其测流方法，以解决现有的不能准确稳定的进行监测的问题。

基于上述目的，本发明实施例提供了一种阵列式雷达测流系统，包括：设置有雷达水位传感器和雷达流速传感器的第一分机、多个设置有所述雷达流速传感器的第二分机以及与所述第一分机和所述第二分机通讯连接的流量主机；多个所述雷达流速传感器阵列式分布，用于应用测速垂线测量河道的表面流速；所述雷达水位传感器用于获取河道的水位信息；所述流量主机用于根据多个所述表面流速计算多个区域的平均流速，并根据多个所述平均流速、所述水位信息以及断面参数计算断面总流量。

可选的，所述流量主机通过通讯总线与所述第一分机以及所述第二分机连接，或者与所述第一分机以及所述第二分机进行无线通讯。

可选的，所述阵列式雷达测流系统还包括：与所述流量主机通讯连接的远程测控终端，所述远程测控终端接收所述流量主机传输的测流数据，并将所述测流数据上传至监测平台；所述测流数据包括所述表面流速、所述水位信息、所述平均流速以及所述断面流量。

可选的，所述远程测控终端与所述流量主机进行无线通讯，或通过通讯总线连接。

可选的，所述远程测控终端通过2G、4G或窄带物联网上传所述测流数据至所述监测平台。

基于同一发明构思，本发明实施例还提出了一种应用于前述的阵列式雷达测流系统的测流方法，包括：根据阵列式分布的多个测速垂线获取河道的多个表面流速以及河道的水位信息；根据多个所述表面流速以及断面参数计算多个区域的平均流速；根据多个所述平均流速以及所述水位信息计算断面总流量。

可选的，所述根据多个所述表面流速以及断面参数计算多个区域的平均流速，包括：根据多个所述测速垂线将河道断面分为多个区域；根据多个所述表面流速以及所述断面参数计算各个区域的平均流速。

可选的，所述根据多个所述测速垂线将河道断面分为多个区域，包括：将岸边或死水边与相邻的所述测速垂线之间的区域划分为一个区域；将相邻的所述测速垂线之间的区域划分为一个区域。

可选地，所述根据多个所述表面流速以及所述断面参数计算各个区域的平均流速，包括：根据多个所述表面流速以及所述断面参数应用以下第一关系式分别计算各所述表面流速对应的垂线平均流速V

可选地，所述根据多个所述平均流速以及所述水位信息计算断面总流量，包括：根据多个所述平均流速以及所述水位信息应用以下关系式计算各个区域的区域流量Q

本发明的技术效果为，从上面所述可以看出，本发明实施例提供的一种阵列式雷达测流系统及其测流方法，阵列式雷达测流系统包括：设置有雷达水位传感器和雷达流速传感器的第一分机、多个设置有所述雷达流速传感器的第二分机以及与所述第一分机和所述第二分机通讯连接的流量主机；多个所述雷达流速传感器阵列式分布，用于应用测速垂线测量河道的表面流速；所述雷达水位传感器用于获取河道的水位信息；所述流量主机用于根据多个所述表面流速计算多个区域的平均流速，并根据多个所述平均流速、所述水位信息以及断面参数计算断面总流量，能够稳定监测河道的水位，流速，流量等信息，方便进行有效的风险预警和调度管理。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中的阵列式雷达测流系统的结构示意图；

图2为本发明实施例中的流量测量示意图；

图3为本发明实施例中的断面流量计算示意图；

图4为本发明实施例中的阵列式雷达测流系统的测流方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

需要说明的是，除非另外定义，本发明实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

本发明实施例还提供了一种阵列式雷达测流系统。如附图1所示，阵列式雷达测流系统包括：设置有雷达水位传感器和雷达流速传感器的第一分机、多个设置有所述雷达流速传感器的第二分机以及与所述第一分机和所述第二分机通讯连接的流量主机。多个所述雷达流速传感器阵列式分布，用于应用测速垂线测量河道的表面流速；所述雷达水位传感器用于获取河道的水位信息；所述流量主机用于根据多个所述表面流速计算多个区域的平均流速，并根据多个所述平均流速、所述水位信息以及断面参数计算断面总流量。

在本发明实施例中，流量主机通过通讯总线与所述第一分机及第二分机连接，或者与所述第一分机以及所述第二分机进行无线通讯。通过通讯总线通讯的通讯距离在数十至数百米范围。例如，流量主机可以应用RS485通讯总线与第一分机以及第二分机连接，采用MODBUS通讯协议与第一分机以及第二分机进行有线通讯，如图1中流量主机采用RS485通讯总线的手拉手连接方式与第一分机以及第二分机连接，位于末端的第二分机设置电阻配件。流量主机也可以选用无线Lora通讯方式与第一分机以及第二分机通讯。

在本发明实施例中，多个雷达流速传感器分别应用测速垂线测量河道表面流速，同时多个测速垂线将河道分为多个区域。可选地，将岸边或死水边与相邻的所述测速垂线之间的区域划分为一个区域；将相邻的所述测速垂线之间的区域划分为一个区域。例如，n个雷达流速传感器分别应用测速垂线测得n个阵列式分布的表面流速。同时n个测速垂线将河道划分为n+1个区域。图2是本发明实施例的流量测量示意图，雷达流速传感器检测表面流速，雷达水位传感器检测水位信息，即水位高度，流量主机将测得表面流速转化为平均流速，图中断面中的曲线为等速线，平均流速与断面面积的乘积即为流量。图3为断面流量计算示意图。如图3所示，本发明实施例的阵列式雷达测流系统通过在测流断面上布置多个雷达流速传感器分别测量对应的表面流速V

可选地，流量主机根据多个表面流速以及断面参数应用以下第一关系式分别计算各表面流速对应的垂线平均流速V

其中，α

流量主机获得平均流速之后，根据实测的水位信息，结合断面参数计算出过水断面面积，再根据流速面积法公式，求得各个区域的区域流量，进而计算断面总流量。

可选地，根据多个平均流速以及水位信息应用以下关系式计算各个区域的区域流量Q

在本发明实施例中，阵列式雷达测流系统还包括：与所述流量主机通讯连接的远程测控终端，所述远程测控终端接收所述流量主机传输的测流数据，并将所述测流数据上传至监测平台；所述测流数据包括所述表面流速、所述水位信息、所述平均流速以及所述断面流量。远程测控终端与所述流量主机进行无线通讯，或通过通讯总线连接。其具体连接方式可以跟流量主机与第一分机以及第二分机之间的连接方式相同，在此不再赘述。远程测控终端还通过2G、4G或窄带物联网上传所述测流数据至所述监测平台。

本发明实施例的阵列式雷达测流系统引入多个雷达流速传感器，获取多条测速垂线的表面流速，结合水位信息，实现流速分布不均匀的宽断面河流及渠道的准确测流。流量主机内嵌计算断面流量的水力模型，通过485总线定时读取各雷达流速传感器实测的表面流速与雷达水位传感器实测的水位数据，对各数据进行整合计算，可输出包括：实时断面流量，累计水量，断面平均流速，主/分机垂线流速，过水面积，水位，报警信号，水位-流量过程曲线等信息到远程测控终端(Remote Terminal Unit，RTU)。RTU通过4G/NB-IoT方式上传信息至监测平台实现测流数据的储存查询、数据可视化、风险预警、统计分析、远程控制管理等功能。本发明实施例的阵列式雷达测流系统实时获取多条测速垂线的表面流速，实现水位，流速，流量等信息的准确稳定监测；解决水位，流速，流量等信息不能准确稳定的监测问题，解决离线测量方式，操作和维护都耗费人力物力，汛期等危险情况使用不便的问题；进一步地，根据水位，流速，流量等信息可以实现实时报警，历史数据分析，以及有效的风险预警和调度管理。本发明实施例的阵列式雷达测流系统可以应用于宽断面及流态复杂断面的在线测流系统。

本发明实施例的阵列式雷达测流系统包括：设置有雷达水位传感器和雷达流速传感器的第一分机、多个设置有所述雷达流速传感器的第二分机以及与所述第一分机和所述第二分机通讯连接的流量主机；多个所述雷达流速传感器阵列式分布，用于应用测速垂线测量河道的表面流速；所述雷达水位传感器用于获取河道的水位信息；所述流量主机用于根据多个所述表面流速计算多个区域的平均流速，并根据多个所述平均流速、所述水位信息以及断面参数计算断面总流量，能够稳定监测河道的水位，流速，流量等信息，方便进行有效的风险预警和调度管理。

基于同一发明构思，本发明实施例提供了一种阵列式雷达测流系统的测流方法。如附图4所示，该测流应用于前述的阵列式雷达测流系统，阵列式雷达测流系统的测流方法包括：

步骤S11：根据阵列式分布的多个测速垂线获取河道的多个表面流速以及河道的水位信息。

步骤S12：根据多个所述表面流速以及断面参数计算多个区域的平均流速。

在步骤S12，可选地，根据多个所述测速垂线将河道断面分为多个区域；根据多个所述表面流速以及所述断面参数计算各个区域的平均流速。多个区域的划分方法为：将岸边或死水边与相邻的所述测速垂线之间的区域划分为一个区域；将相邻的所述测速垂线之间的区域划分为一个区域。

区域划分完成后，根据多个所述表面流速以及所述断面参数应用以下第一关系式分别计算各所述表面流速对应的垂线平均流速V

其中，α

步骤S13：根据多个所述平均流速以及所述水位信息计算断面总流量。

可选地，根据多个所述平均流速以及所述水位信息应用以下关系式计算各个区域的区域流量Q

上述对本发明特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

上述实施例的测流方法应用于实现前述实施例中相应的阵列式雷达测流系统，并且具有相应的阵列式雷达测流系统实施例的有益效果，在此不再赘述。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本公开的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

本发明旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。