CN104101728A - 一种基于流速自动检测涌潮到达的优化方法 - Google Patents

一种基于流速自动检测涌潮到达的优化方法 Download PDF

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王瑞荣
王建中
孙映宏
薛安克
郑书万
薛楚
陈浩龙
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Abstract

本发明涉及一种基于流速自动检测涌潮到达的优化方法。现有的技术对流速数据没有筛选性，数据冗余造成采样和传输速度的下降，影响涌潮自动检测的准确性。本发明首先每分钟内接收雷达所采集到的全部数据，依次判断流速数据是否无效，即流速值是否为零；剔除无效数据，存储有效数据；其次对初步筛选过后的数据进行排序；然后对排序后的数据去除掉20%的大数据和20%的小数据，取中间60%的数据的有效数据求平均值；最后将这处理过后的数据发送给遥测终端机，该数据即代表这一分钟钱塘江的流速值。本发明能有效地解决终端机数据冗余，大大减少了数据传输的负载量以及数据库端的数据存储量，保证信道畅通，减少遥测终端机的数据处理量。

Description

一种基于流速自动检测涌潮到达的优化方法
技术领域
本发明属于自动化技术领域，涉及一种基于涌潮流速数据自动检测涌潮到达的优化算法，可以利用于江河涌潮监测及实时预报。
背景技术
钱塘江于杭州湾处的入海口呈喇叭口形状，入海口最宽处达100公里，自口外向口内渐狭，澉浦处收缩至20余公里，到海宁一带仅有3公里，而入海口与海宁的直线距离只有百余公里。当海潮来临时，大量潮水涌入钱塘江口，随着河道两岸的收缩，河床的快速抬升，原先的潮头破碎，潮水迅速涌积，伴之钱塘江自身江水受阻累积，更加促进了钱塘江水位的升高，最终形成了波澜壮阔的钱塘江涌潮。因此，钱塘江是历代人民领略自然风光的旅游胜地。但是，每年因潮水遇难的就有数十人。虽然有关部门已经采取大量防潮措施，如组建巡防喊潮队、设置防护栏和放置警示牌等，但人员伤亡事故依然发生。所以，江河涌潮自动检测和预报对保护人民财产和人身安全具有重大意义。
目前，已在使用的江河涌潮监测与预警技术中，根据检测设备区分有接触式和非接触式两种。在接触式涌潮检测技术中，利用水位计可直接获得江河水位高度，但由于涌潮流速大，单位撞击力度强，且潮水中含沙含盐量高，接触式设备需定期的清洗、维护，故多采用非接触式检测技术。在非接触式涌潮检测技术中，利用雷达电波流速仪直接获得涌潮流速，根据流速进行涌潮的自动检测，该方法相较于视频和音频检测具有更高适应性和准确性。但是，普通的利用雷达获得流速判断涌潮到达方法依然有其局限性。现有的技术对流速数据没有筛选性，对全部数据进行涌潮判断，并且对误差的抗干扰性差，数据冗余造成采样和传输速度的下降，在钱塘江涌潮到达流速变化迅速的情况下，影响涌潮自动检测的准确性。
发明内容
目前，雷达电波流速仪在一分钟以内会采集到高达280个以上的流速数据，每分钟如此多的数据会造成存储和传输的迟滞。其次，钱塘江沿岸各监测站每隔5分钟采集存储一次潮汐数据，每隔15分钟通过移动GPRS信道发送一次数据，采样频率过低造成检测结构的滞后。最后，由于涌潮到达时水面流速极不稳定，雷达采集数据时出现较多无效数据。针对这些不足，本发明提出一种基于流速数据的优化处理方法，滤除无效数据，缩短数据长度，提高涌潮检测效率。
本发明技术步骤：
步骤1：在江边选择合适的点，安装雷达电波流速仪，设定参数命令，将雷达与适配器连接。
步骤2：适配器接收每分钟雷达所采集到的全部数据，依次判断流速数据是否无效，即流速值是否为零。剔除无效数据，存储有效数据。
步骤3：对初步筛选过后的数据进行排序。
步骤4：经多次实验，即保证处理效率，又保证数据的准确性下，去除掉20％的大数据和20％的小数据，取中间60％的数据的有效数据求平均值。
步骤5：将这处理过后的数据发送给遥测终端机，该数据即代表这一分钟钱塘江的流速值。
本发明的有益效果是：
1、该方法能有效地解决终端机数据冗余，大大减少了数据传输的负载量以及数据库端的数据存储量，保证信道畅通，减少遥测终端机的数据处理量。
2、加强了涌潮检测技术的抗干扰性，由于雷达测量的数据中无效数据占有一定比例，首先将无效数据的剔除，能减少误判率(现阶段使用的基于流速的涌潮判别方法中，没有对无效数据的有效处理，如果出现大量连续的无效数据将造成涌潮的判别失败)。
3、对有效数据的去极值平均滤波，能提高涌潮流速测量的准确性，经过多次试验，首尾20％数据的剔除能滤除雷达测量过程中的误差干扰，而且能够保证数据处理上的高效性和结构的准确性。
4、遥测终端机接收数据的减少，能加大对钱塘江流速的检测频率，并提高与监测中心数据传输的速率，减少在信息发布上的延迟。
附图说明
图1为实施例流程图；
图2为原始流速数据图；
图3为利用本发明对原始流速数据处理后的数据图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，本实施例包括以下步骤：
步骤一：将雷达与嵌入式设备连接，通过嵌入式系统实现流速数据的初步接收和发送。
步骤二：将雷达放置在江边合适的地点，开启雷达和适配器，配置雷达命令参数，通过适配器设置雷达水平角度和垂直角度。
步骤三：雷达工作，适配器接收雷达测量数据，并保存初始的流速数据。
步骤四：处理一分钟内全部流速数据，判断是否为零，若是则删除；若不为零则保存进行下一步处理，如果一分钟内数据全为零，则该时间流速取零。
步骤五：对一分钟内不为零的有效数据进行排序。
步骤六：对排序后的数据删除20％的大数据和20％的小数据，并对中间60％的数据求平均值，得到的结果代表整一分钟的流速大小。
步骤七：将计算过后的流速值发送给遥测终端机，并对下一分钟的数据处理，重复步骤4。
雷达电波流速仪的原始数据如下(参见图2)：
时间 流速 时间 流速 时间 流速 时间 流速 时间 流速
13:48:23 0 13:48:26 3.44 13:48:30 3.72 13:48:34 3.63 13:48:38 3.86
13:48:23 0 13:48:27 3.44 13:48:31 3.69 13:48:34 3.69 13:48:38 3.94
13:48:23 0 13:48:27 3.38 13:48:31 3.66 13:48:35 3.66 13:48:38 0
13:48:23 0 13:48:27 3.41 13:48:31 3.69 13:48:35 3.63 13:48:39 0
13:48:23 0 13:48:27 3.41 13:48:31 3.63 13:48:35 3.58 13:48:39 4.05
13:48:24 0 13:48:28 3.38 13:48:31 3.58 13:48:35 3.55 13:48:39 4.22
13:48:24 0 13:48:28 3.35 13:48:32 3.55 13:48:35 3.49 13:48:39 0
13:48:24 0 13:48:28 3.3 13:48:32 3.6 13:48:36 3.49 13:48:39 0
13:48:24 0 13:48:28 3.24 13:48:32 0 13:48:36 3.52 13:48:40 3.83
13:48:25 0 13:48:28 3.32 13:48:32 3.66 13:48:36 3.58 13:48:40 3.86
13:48:25 0 13:48:29 3.3 13:48:32 3.66 13:48:36 3.55 13:48:40 3.88
13:48:25 3.3 13:48:29 3.35 13:48:33 3.66 13:48:36 3.55 13:48:40 3.94
13:48:25 3.21 13:48:29 3.38 13:48:33 3.74 13:48:37 3.52 13:48:41 4
13:48:25 3.24 13:48:29 3.49 13:48:33 3.69 13:48:37 3.52 13:48:41 4.05
13:48:26 3.1 13:48:29 3.46 13:48:33 3.69 13:48:37 3.58 13:48:41 4.11
13:48:26 3.13 13:48:30 3.44 13:48:33 3.66 13:48:37 3.77 13:48:41 0
13:48:26 3.3 13:48:30 3.69 13:48:34 3.63 13:48:38 3.86 13:48:41 0
13:48:26 3.44 13:48:30 3.66 13:48:34 3.66 13:48:38 3.88 13:48:42 4.11
时间 流速 时间 流速 时间 流速 时间 流速 时间 流速
13:48:42 0 13:48:45 3.72 13:48:47 0 13:48:50 0 13:48:53 0
13:48:42 0 13:48:45 0 13:48:48 0 13:48:50 0 13:48:53 0
13:48:42 0 13:48:45 0 13:48:48 0 13:48:51 4.53 13:48:53 0
13:48:42 0 13:48:45 0 13:48:48 0 13:48:51 4.61 13:48:54 4.58
13:48:43 0 13:48:45 0 13:48:48 4.41 13:48:51 4.64 13:48:54 4.86
13:48:43 3.74 13:48:46 0 13:48:48 4.36 13:48:51 4.67 13:48:54 4.75
13:48:43 0 13:48:46 0 13:48:49 4.36 13:48:51 0 13:48:54 4.69
13:48:43 0 13:48:46 0 13:48:49 4.33 13:48:52 0 13:48:54 4.81
13:48:44 3.88 13:48:46 0 13:48:49 0 13:48:52 4.61
13:48:44 4 13:48:47 0 13:48:49 0 13:48:52 4.67
13:48:44 3.77 13:48:47 0 13:48:49 0 13:48:52 0
13:48:44 3.74 13:48:47 0 13:48:50 0 13:48:52 4.69
13:48:44 3.69 13:48:47 0 13:48:50 0 13:48:53 4.72
经处理后的流速数据如下(参见图3)：
时间 流速(m/s) 时间 流速(m/s)
13:30 0 13:44 0
13:31 0 13:45 0
13:32 0 13:46 0
13:33 0 13:47 0
13:34 0 13:48 1.32
13:35 0 13:49 4.55
13:36 0 13:50 3.70
13:37 0 13:51 3.07
13:38 0 13:52 2.3
13:39 0 13:53 2.06
13:40 0 13:54 1.65
13:41 0 13:55 1.49
13:42 0 13:56 1.20
13:43 0 13:57 1.07
。

Claims (1)

1. 一种基于流速自动检测涌潮到达的优化方法，其特征在于该方法包括以下步骤： 
步骤1：在江边选择合适的点，安装雷达电波流速仪，设定参数命令，将雷达与适配器连接；
步骤2：适配器接收每分钟雷达所采集到的全部数据，依次判断流速数据是否无效，即流速值是否为零；剔除无效数据，存储有效数据；
步骤3：对初步筛选过后的数据进行排序；
步骤4：对排序后的数据去除掉20%的大数据和20%的小数据，取中间60%的数据的有效数据求平均值；
步骤5：将这处理过后的数据发送给遥测终端机，该数据即代表这一分钟钱塘江的流速值。
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