CN103106248A - 一种水位流量数据同化报汛方法、装置及报汛系统 - Google Patents

Abstract

本发明适用于水情自动测报领域，提供一种水位流量数据同化报汛方法、装置及报汛系统，所述方法包括：接收测站上报的水位数据；根据所述测站的配置信息选择对应的水位流量转换模型，并根据所述水位数据和水位流量转换模型查算出流量数据；将所述水位数据和流量数据写入本地数据库并上报。本发明根据不同环境下水文测站水位流量关系特性所属类型，可以自动选择对应水位流量转换模型查算出流量数据，将水文测站的水位与流量同化，实现水位、流量信息的同步自动报汛。

Description

一种水位流量数据同化报汛方法、装置及报汛系统

技术领域

本发明属于水情自动测报领域，尤其涉及一种水位流量数据同化报汛方法、装置及报汛系统。

背景技术

描述江河水流大小的数量特征主要为水位、流量，水位高低和流量大小反映了河流水量的多少，水位的变化实际是流量变化的外部反映，流量作为防洪、水资源监测的重要指标之一，不可缺少。

目前，已建的水情自动测报系统大都只实现了水位、雨量的自动采集和报汛，流量要素无法完全实现实时自动在线监测，通常都是采用相应流量或实地监测流量报汛。由于实地监测流量需要耗费较高的人力物力，测得的点据十分有限，同时实测也需一定的时间，无法及时得到相应数据，因此主要通过水位流量转换的“相应流量”实现流量自动报汛。而通过水位流量转换得到的相应流量报汛实属外延预测范畴，技术难度较大，大部分水情自动测报系统或者不报送流量信息，或者仅采用简单的水位流量单一关系进行流量插值后，将水位数据转换成流量数据实现自动报汛，对于水位～流量关系十分复杂的测站，仅通过单一关系插值得到的流量数据往往误差很大，无法满足防汛需求。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种水位流量数据同化报汛方法、装置以及报汛系统，旨在解决现有水情自动测报系统中相应流量自动报汛的技术问题。

一方面，所述水位流量数据同化报汛方法包括下述步骤：

接收测站上报的水位数据；

根据所述测站的配置信息选择对应的水位流量转换模型，并根据所述水位数据和水位流量转换模型查算出流量数据；

将所述水位数据和流量数据写入本地数据库并上报。

另一方面，所述水位流量数据同化报汛装置包括：

水位数据接收单元，用于接收测站上报的水位数据；

流量数据查算单元，用于根据所述测站的配置信息选择对应的水位流量转换模型，并根据所述水位数据和水位流量转换模型查算出流量数据；

数据保存上报单元，用于将所述水位数据和流量数据写入本地数据库并上报。

第三方面，所述报汛系统包括：

位于各个地方的测站；

与所述测站连接的、用于采集水位数据并上报的自动采集终端；

与所述自动采集终端有线或无线连接的、用于接收自动采集终端上报水位数据并生成相应的流量数据的水文处理平台，所述水文处理平台包括上述水位流量数据同化报汛装置，所述水位流量数据同化报汛装置连接有数据库，所述数据库用于保存各种计算数据、计算参数以及查算出的流量数据。

本发明的有益效果是：本发明技术方案中，可以根据不同的河段位置的测站选择对应的水位流量转换模型，再根据所述测点上报的水位数据，输入对应的水位流量转换模型，即可得到对应的流量数据。由于水位流量关系复杂，仅依靠单一的数学模型无法满足相应流量报汛精度要求，因此，设置配置信息和自动接口实现具体测站转换模型的切换，利用能较好反映当前水流特性的水位流量转换模型，尤其是交互式临时绳套模型，可以得到比较准确的流量数据，实现水位和流量的数据同化并自动报汛。

附图说明

图1是本发明第一实施例提供的水位流量数据同化报汛方法的流程图；

图2是本发明第二实施例提供的水位流量数据同化报汛方法的流程图；

图3是本发明第三实施例提供的水位流量数据同化报汛装置的结构方框图；

图4是本发明第四实施例提供的报汛系统的结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

实施例一：

图1示出了本发明实施例提供的水位流量数据同化报汛方法的流程，为了便于说明仅示出了与本发明实施例相关的部分。

本实施例提供的水位流量数据同化报汛方法包括：

步骤S101、接收测站上报的水位数据。

在水情自动测报系统中，在河流的不同河段处均设有测站，测站可以进行采集水位数据、雨量数据等，本步骤中，为了由水位数据得到流量数据，首先需要将测站采集到的水位数据上报到水情服务中心进行后续数据处理。

步骤S102、根据所述测站的配置信息选择对应的水位流量转换模型，并根据所述水位数据和水位流量转换模型查算出流量数据。

不同测站具有不同的水位流量关系特性，根据测站水位流量关系所属类型设置相应的配置信息，当测站接收到水位数据后，根据当前上报的水位数据和测站的配置信息自动匹配相应的水位流量转换模型，查算出水位数据对应的流量数据。

步骤S103、将所述水位数据和流量数据写入本地数据库并上报。

当查算出流量数据后，与原水位数据写入到本地数据库并上报，实现了水位流量数据同化、同步报汛的功能。

不同类型水文测站水位流量关系异常复杂，无法用一种技术套用所有测站，也不可能包罗所有算法，本实施例根据不同环境下水文测站水位流量关系特性所属类型，自动选择对应的水位流量转换模型查算出流量数据，将水文测站的水位与流量同化，实现水位、流量信息的同步自动报汛。

实施例二：

图2示出了本发明实施例提供的水位流量数据同化报汛方法的流程，为了便于说明仅示出了与本发明实施例相关的部分。

本实施例提供的水位流量数据同化报汛方法包括：

步骤S201、建立各种水位流量转换模型，并提供统一的流量自动查算接口。

在实现本实施例之前需要建立各种水位流量转换模型，具体的，通过分析天然河流水位流量关系的特点，研究复杂绳套水位流量关系单值化方法，针对不同测站建立合适的水位流量转换模型，本实施例中，所述水位流量转换模型包括单一线模型、变动综合线模型、临时绳套模型、落差指数模型以及差分模型，并且为各个模型提供一个统一的自动查算接口，该接口用于实现水位流量转换模型的定义功能，包括水位流量转换模型所使用的参数、方法等。后续如果研究出更多的水位流量转换模型时，直接添加对应的模型即可，无需整体修改软件，方便了开发新的水位流量转换模型。

步骤S202、接收测站上报的水位数据；

步骤S203、获取当前上报水位数据的测站的配置信息；

步骤S204、根据所述配置信息找到参数匹配的水位流量转换模型；

步骤S205、获取所述水位流量转换模型所需要的计算数据和计算参数，并查算出当前时刻测站的流量数据；

步骤S206、将所述水位数据和流量数据写入本地数据库并上报。

每个水位流量模型都需要相应的计算数据和计算参数，才能够查算得到对应的流量数据，实际使用时，所述计算数据和计算参数包括测站上报的水位数据序列、近期实测的流量数据和参证站水位数据、水位流量转换模型参数以及所述测站的历史水文数据等，所述水位流量转换模型参数包括曲线方程的系数、关系线的结点、多线的查用条件、参证站站号、落差指数、差分方程系数等，所述历史水文数据包括历年综合水位流量关系线结点、典型洪水绳套的连时序线结点等。

所述水位流量转换模型包括单一线模型、变动综合线模型、临时绳套模型、落差指数模型以及差分模型。

其中所述变动综合线模型主要适用于两种情况：一种是测站本身流量影响因素稳定，其水位～流量关系曲线可定线为一条或一组单一线，且流量查算精度能达到水文资料整编规范的精度要求；一种是测站水位～流量关系基本稳定，一般情况下为单一线，只在某种条件下（如大洪水）才出现涨落率变化引起的规则小绳套。具体的，在查算时，首先获取当前测站已率定的多年综合平均水位流量关系线，然后按照水位流量同化报汛时临近期实测的水位流量点据的分布走向，采用平移轴线的方式，计算率定得到移动后的水位流量综合线，根据所述水位流量综合线以及测站当前上报的水位数据，得到对应的流量数据。关系式可表示为：

Q_t＝f(H_t)

式中，Q为流量，H为水位，t为t时刻。

变动综合线处理绳套关系时，在涨水面和退水面均能得到较好的成果，但在洪峰和起涨附近由于所采用的综合线与最新实测流量之间存在较大偏差，应及时调整转换方法，即采用临时绳套模型法，两种方法联合使用，收效明显。

其中，所述差分模型适应于水位流量关系主要受洪水涨落率、变动回水顶托影响的测站，受下游来水顶托的测站水位流量关系应用效果略差。在所述差分模型中，把水位和流量看作一个系统的输入和输出，直接采用输入～输出的差分方程，模拟输入、输出函数的变化率，建立水位流量转换关系。具体的，在查算时，首先根据已建立的模型基本参数和报汛前一定时期的相应流量、对应水位以及参证因子数据动态递推差分方程系数，根据输入的当前水位数据以及确定的差分方程动态参数，推算相应流量，得到对应的水位流量同步数据。同时，根据新的实测流量，参照以往（或最新）水位～流量关系，交互修正定长时段内的报汛流量线，作为下一报汛时段计算的依据。所述水位流量转换的差分模型关系可表示为：

$Q_k=a_1{Q}_{k-1}+a_2{Q}_{k-2}+...+a_n{Q}_{k-n}+b_{01}{H}_{1,k}+b_{11}{H}_{1,k-1}$

$+...+b_{n1}{H}_{1,k-n}+b_{02}{H}_{1,k}^2+b_{12}{H}_{1,k-1}^2+...$

$+b_{n2}{H}_{1,k-n}^2+...+b_{0m}{H}_{2,k}+b_{1m}{H}_{2,k-1}$

$+...+b_{n,m}{H}_{2,k-n}$

式中：Q为流量，H₁为本站水位，可以用到二阶或更高，H₂为参证站水位或落差，可以是一组或多组，k为时段数，k＝1,2...，m为H的组数，m=1，2…。a、b、n为方程参数，其中a、b为系数，n为阶数，方程参数通过历史水位、流量以及参证因子数据建模率定得到。

其中，所述临时绳套模型时适应于在水位流量关系出现较复杂的绳套特征，采用单值化模型、差分模型等均达不到满意效果的情况，采用这种方法可得到较高精度的相应流量报汛成果。该模型主要是根据当前测站的实测数据、多年平均绳套线的轴线以及本测站有代表性的历史洪水绳套线，模拟出绳套曲线未来的走势，绘制水位流量关系临时绳套曲线，然后参照所述绘制出的绳套曲线，根据当前测站上报的水位数据，得到对应的流量数据。在水位流量关系出现较大变化时，能够根据实测流量及时修改临时曲线，可以保证相应流量的报汛质量，这种报汛模式计算精度与人工报汛基本相当，稳定可靠，很受测站专业技术人员的青睐。须说明的是，临时绳套线的绘制须在实时报汛之前（一般是在每次实测流量数据获得之后）完成。在水位流量同化报汛时刻，临时绳套模型将直接应用已绘制好的临时绳套线，自动完成流量插值计算并实现报汛，完全不影响自动报汛的时效。

本实施例在实施例一的基础上，具体给出了几种水位流量转换模型，针对不同位置的测站可以采用不同的模型，使得查算出的流量数据结果更准确，达到报汛的目的。同时，在建立各种水位流量转换模型，为各个模型提供统一的流量自动查算接口，可以方便地添加开发新的水位流量转换模型。

实施例三：

图3示出了本发明实施例提供的水位流量数据同化报汛装置的结构，为了便于说明仅示出了与本发明实施例相关的部分。

本实施例提供的水位流量数据同化报汛装置包括：

水位数据接收单元301，用于接收测站上报的水位数据；

流量数据查算单元302，用于根据所述测站的配置信息选择对应的水位流量转换模型，并根据所述水位数据和水位流量转换模型查算出流量数据；

数据保存上报单元303，用于将所述水位数据和流量数据写入本地数据库并上报。

本实施例提供的各个功能单元301-303对应实现了实施例一中的步骤S101-S103，具体的，水位数据接收单元301在接收测站上报的水位数据后，流量数据查算单元302根据所述测站的配置信息选择对应的水位流量转换模型，并根据所述水位数据和水位流量转换模型查算出流量数据，数据保存上报单元303将所述水位数据和流量数据写入本地数据库并上报。本实施例根据不同环境下水文测站水位流量关系特性所属类型，可以自动选择对应水位流量转换模型查算出流量数据，将水文测站的水位与流量同化，实现水位、流量信息的同步自动报汛。

实施例四：

图4示出了本发明实施例提供的报汛系统的结构，为了便于说明仅示出了与本发明实施例相关的部分。

如图4所示，本实施例提供的报汛系统包括：

位于各个地方的测站1；

与所述测站1连接的、用于采集水位数据并上报的自动采集终端2；

与所述自动采集终端2有线或无线连接的、用于接收自动采集终端2上报水位数据并生成相应的流量数据的水文处理平台3，所述水文处理平台3包括所述水位流量数据同化报汛装置31，所述水位流量数据同化报汛装置31连接有数据库32，所述数据库32用于保存各种计算数据、计算参数以及查算出的流量数据。

具体实现时，每个测站1连接有自动采集终端2，所示自动采集终端2采集对应测站的水文数据，其中包括水位数据，然后将采集到的水位数据通过有线或无线网络上传到水文处理平台3，所述水文处理平台3包括所述水位流量数据同化报汛装置31和数据库32，水位流量数据同化报汛装置31根据上报的水位数据自动调用对应的水位流量转换模型查算得到。

所示数据库32存储有与水位流量转换模型所需的各种数据和参数，同时在查算得到水流数据后也存储与所示数据库中，将水位数据和流量数据同时上报，实现水位流量报汛。

进一步的，所述数据库32还连接有业务应用中心4和信息交换中心5，所示业务应用中心4和信息交换中心5需要利用数据库32中的数据参与进行后续应用和处理，使得达到更多的报汛服务功能。

本领域普通技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以在存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘、光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水位流量数据同化报汛方法，其特征在于，所述节点包括：

接收测站上报的水位数据；

根据所述测站的配置信息选择对应的水位流量转换模型，并根据所述水位数据和水位流量转换模型查算出流量数据；

将所述水位数据和流量数据写入本地数据库并上报。

2.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述接收测站上报的水位数据步骤之前，还包括：

建立各种水位流量转换模型，并提供统一的流量自动查算接口，所述水位流量转换模型包括单一线模型、变动综合线模型、临时绳套模型、落差指数模型以及差分模型。

3.如权利要求2所述方法，其特征在于，所述根据所述测站的配置信息选择对应的水位流量转换模型，并根据所述水位数据和水位流量转换模型查算出流量数据步骤，具体包括：

获取当前上报水位数据的测站的配置信息；

根据所述配置信息找到参数匹配的水位流量转换模型；

获取所述水位流量转换模型所需要的计算数据和计算参数，并查算出当前时刻测站的流量数据，所述计算数据和计算参数包括测站上报的水位数据序列、近期实测的流量数据和参证站水位数据、水位流量转换模型参数以及所述测站的历史水文数据。

4.如权利要求3所述方法，其特征在于，当所述选择的水位流量转换模型为变动综合线模型时，获取所述水位流量转换模型所需要的计算数据和计算参数，并查算出当前时刻测站的流量数据步骤，具体包括：

获取当前测站已率定的多年综合平均水位流量关系线；

按照水位流量同化报汛时临近期实测的水位流量点据的分布走向，采用平移轴线的方式，计算率定得到移动后的水位流量综合线；

根据率定得到的水位流量综合线以及测站当前上报的水位数据，得到对应的流量数据。

5.如权利要求3所述方法，其特征在于，当所述选择的水位流量转换模型为差分模型时，获取所述水位流量转换模型所需要的计算数据和计算参数，并查算出当前时刻测站的流量数据步骤，具体包括：

根据历史水位、历史流量以及参证因子数据外推和率定出差分方程系数；

根据输入的当前水位数据以及确定的差分方程，得到对应的流量数据。

6.如权利要求3所述方法，其特征在于，当所述选择的水位流量转换模型为临时绳套模型时，获取所述水位流量转换模型所需要的计算数据和计算参数，并查算出当前时刻测站的流量数据步骤，具体包括：

根据当前测站的实测数据、多年平均绳套线的轴线以及本测站有代表性的历史洪水绳套线，绘制出临时绳套曲线未来的走势；

参照所述绘制出的临时绳套曲线，根据当前测站上报的水位数据，得到对应的流量数据。

7.一种水位流量数据同化报汛装置，其特征在于，所述装置包括：

水位数据接收单元，用于接收测站上报的水位数据；

流量数据查算单元，用于根据所述测站的配置信息选择对应的水位流量转换模型，并根据所述水位数据和水位流量转换模型查算出流量数据；

数据保存上报单元，用于将所述水位数据和流量数据写入本地数据库并上报。

8.如权利要求7所述装置，其特征在于，所述流量数据查算单元包括：

配置信息获取模块，用于获取当前上报水位数据的测站的配置信息；

模型查找模块，用于根据所述配置信息找到参数匹配的水位流量转换模型；

流量数据查算模块，用于获取所述水位流量转换模型所需要的计算数据和参数，并查算出当前时刻测站的流量数据，所述计算数据和计算参数包括测站上报的水位数据序列、近期实测的流量数据和参证站水位数据、水位流量转换模型参数以及所述测站的历史水文数据。

9.一种报汛系统，其特征在于，所述报汛系统包括：

位于各个地方的测站（1）；

与所述测站（1）连接的、用于采集水位数据并上报的自动采集终端（2）；

与所述自动采集终端（2）有线或无线连接的、用于接收自动采集终端（2）上报水位数据并生成相应的流量数据的水文处理平台（3），所述水文处理平台（3）包括如权利要求7或8所述的水位流量数据同化报汛装置（31），所述水位流量数据同化报汛装置（31）连接有数据库（32），所述数据库（32）用于保存各种计算数据、计算参数以及查算出的流量数据。

10.如权利要求9所述装置，其特征在于，所述数据库（32）还连接有业务应用中心（4）和信息交换中心（5）。

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