CN110764113A - 一种湖流轨迹追踪系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种湖流轨迹追踪系统及方法，涉及湖流测量技术领域，所述系统包括：湖流测量装置，用于接收卫星定位信号，将卫星定位信号上传至服务器；服务器，用于接收卫星定位信号生成位置信息，并回传给湖流测量装置；数据库，用于存储所述湖流测量装置发送的位置信息；处理器，用于调取数据库中的数据，并进行处理和计算，得到湖流轨迹。本发明实施例能够解决现有技术中湖流测量技术存在建设成本高，测量设备受风浪影响大，湖流轨迹难以测量和测量精度不高等问题。极大提高测量精度，得到湖流轨迹，对湖泊水生态修复、防洪安全治理等具有重要的指导作用。

Description

一种湖流轨迹追踪系统及方法
技术领域
本发明实施例涉及湖流测量技术领域，具体涉及一种湖流轨迹追踪系统及方法。
背景技术
湖流是指湖泊中沿某一方向运动的水流，湖流有运动方向和大小，其中，湖流大小，即速度，是通过单位时间的长度表示，如每秒若干厘米或若干米。湖流的运动路线则称之为湖流轨迹。湖流影响着湖中各类污染物质、营养盐、微生物、悬浮物等的迁移、转化、扩散等，是湖泊一个重要的动力学指标，对湖泊水生态修复、防洪安全治理等具有重要的指导作用。
湖流监测的意义在于：积累不同水文条件下湖流轨迹和速度观测数据，为湖泊相关问题综合研究中的规划设计提供基础的湖流场水文数据，为湖泊相关问题综合研究中的数学模型或者物理模型提供验证必须的水文数据，利用验证后的数学模型或者物理模型，可以进一步分析获得完整的湖流场。
现有湖流测量技术通常包括单点测流与剖面测流方式，其中比较典型的单点测流设备包括转子式流速仪，ADV声学多普勒流速仪；典型的剖面测流设备如ADCP声学多普勒剖面流速仪。单点测流设备需要固定安装在湖泊测站上，建站投入较大，且单点流速难以反应湖流轨迹。ADCP声学多普勒剖面流速仪通常采用船载的安装方式，它的好处是可以获得船舶航行断面的分层流速，但是汛期时湖泊行水通道内流速较大，如果再遭遇风浪，则行船风险较高。更重要的是，诸多浅水湖泊，水深一般不超过2m，会影响ADCP的测量精度，如果船舶航行的稳定性受到风浪的影响，也会严重影响ADCP的测量精度。另外，对于湖流而言，除非在汛期，出入湖的流量较大的情况下，湖泊的主要过水通道内流速较大以外，一般流速较小。对于风力驱动的湖流而言，流速往往不到几个厘米每秒，且受风浪的影响，局部点位流态紊乱，常规设备无法较为准确的测量湖流大小。
综上所述，现有的湖流测量技术存在建设成本高，测量设备受风浪影响大，湖流轨迹测量不精准等问题。
发明内容
为此，本发明实施例提供一种湖流轨迹追踪系统及方法，以解决现有技术中湖流测量技术存在建设成本高，测量设备受风浪影响大，湖流轨迹难以测量和测量精度不高等问题。
为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
根据本发明实施例的第一方面，提供一种湖流轨迹追踪系统，
所述系统包括：湖流测量装置，用于接收卫星定位信号，将卫星定位信号上传至服务器；服务器，用于接收卫星定位信号生成位置信息，并回传给湖流测量装置；数据库，用于存储所述湖流测量装置发送的位置信息；处理器，用于调取数据库中的数据，并进行处理和计算，得到湖流轨迹。
进一步地，所述湖流测量装置包括定位终端和浮球，所述定位终端安装在浮球内，所述定位终端具有第一天线和第二天线，所述第一天线用于接收卫星定位信号，所述第二天线用于与服务器建立通信，并将位置信息传输到数据库中。
进一步地，所述定位终端内设置有通讯模块和多频定位模块，所述通讯模块用于和服务器以及处理器进行通信，所述多频定位模块用于与定位卫星建立联系，实现定位。
进一步地，所述定位终端为NTU-F9P千寻定位终端。
根据本发明实施例的第二方面，提供一种湖流轨迹追踪方法，
所述方法包括：湖流测量装置接收定位卫星的定位信号，并将所述定位信号传输至服务器；服务器对所述定位信号进行解析，生成位置信息，并将所述位置信息回传至湖流测量装置；湖流测量装置将所述位置信息传输到数据库中，进行存储；处理器根据调取位置信息命令获取数据库中的位置信息，进行处理和计算，生成湖流轨迹。
进一步地，所述处理器对位置信息处理的方法包括：记录任一时刻湖流测量装置的位置，形成湖流测量装置轨迹图，根据取近似值或排除干扰点的方法对所述湖流测量装置轨迹图进行平滑处理，得到湖流轨迹。
进一步地，所述方法还包括计算预设时间段内湖流测量装置的运动距离，计算出该预设时间段内湖流测量装置的平均速度，从而得出湖流的移动速度；通过相邻时间点的位置得到湖流的移动方向。
根据本发明实施例的第三方面，提供一种计算机存储介质，
所述计算机存储介质中包含一个或多个程序指令，所述一个或多个程序指令用于被一种湖流轨迹追踪系统执行一种湖流轨迹追踪方法。
本发明实施例具有如下优点：
本发明实施例提供的一种湖流轨迹追踪系统及方法，利用浮球式湖流检测装置因湖流运动而产生的轨迹来对湖流轨迹进行测量，通过定位终端实时获取浮球的位置，即不固定于船舶，也不受涨潮的影响，能够极大提高测量精度，得到湖流轨迹，对湖泊水生态修复、防洪安全治理等具有重要的指导作用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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示例性的，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，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
图1为本发明实施例提供的一种湖流轨迹追踪系统的结构关系示意图；
图2为本发明实施例提供的一种湖流测量装置的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的湖流测量装置的轨迹图；
图4为本发明实施例提供的湖流轨迹图；
图5为本发明实施例提供的一种湖流轨迹追踪方法。
图中：01、湖流测量装置；02、服务器；03、数据库；04、处理器；05、定位卫星；06、定位终端；07、第一天线；08、第二天线；09、隔板；10、配重块；11、电池；12、浮球。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明实施例提供一种湖流轨迹追踪系统，参考图1，该系统包括：
湖流测量装置01，用于接收定位卫星05发送的卫星定位信号，将卫星定位信号上传至服务器02，且能够与数据库03进行信息交互；
服务器02，用于接收卫星定位信号生成位置信息，并回传给湖流测量装置01；
数据库03，用于存储所述湖流测量装置01发送的位置信息；
处理器04，用于调取数据库03中的数据，并进行处理和计算，得到湖流轨迹。
具体地，参考图2，所述湖流测量装置01包括定位终端06和浮球12，定位终端06安装在浮球12内，定位终端06具有第一天线07和第二天线08，第一天线07为GNSS天线，用于接收卫星定位信号，第二天线08为通讯天线，用于使定位终端06与服务器02和数据库03建立通信进行信息交互。且天线与浮球12的球壁无缝连接，可采用密封圈等技术手段实现，从而保证浮球12内部形成密闭空间，防止设备浸湿。
定位终端06设置在设备仓内，且通过螺栓与隔板09固定，以避免定位终端06在漂流过程中摇晃。隔板09上安装有配重块10，配重块10通过螺栓与隔板09固定连接，配重块10的个数可根据具体浮球12质量而定，优选地，配重块10的个数以使浮球12的水下深度为浮球12直径的三分之二为准，既能够保证浮球12能够随着湖流前进，又能保证浮球12不淹没于水下。隔板09的下端还设置有电池11，用于为定位终端06提供电源。
定位终端06为NTU-F9P千寻定位终端06。NTU-F9P千寻定位终端06是一种针对无人机、无人驾驶汽车、机器人等研发的一款具有体积小，功耗低，自动化程度高等特点的定位终端06，内置通讯模块和Ublox-F9P多频定位模块，自动连接千寻服务器02，获取差分数据，标准RS232串口输出定位信息，从而实现精准定位的应用，其水平精度小于2厘米，高程精度小于5厘米。NTU-F9P支持移动、联通4G、3G、2G手机卡，开机自动拨号连接千寻的CORS服务器02，网络断开自动重连时间小于50秒。其中，定位终端06内设置有通讯模块和多频定位模块，通讯模块用于和服务器02以及处理器04进行通信，多频定位模块用于与定位卫星05建立联系，实现定位。
本实施例还提供一种湖流轨迹追踪方法，参考图5，该方法包括：
在湖泊上投放若干湖流测量装置01，湖流测量装置01接收定位卫星05的定位信号，并将定位信号传输至服务器02；
服务器02对定位信号进行解析，生成位置信息，并将位置信息回传至湖流测量装置01；本实施例的服务器02优选千寻CORS服务器02。
湖流测量装置01将位置信息传输到数据库03中，进行存储；
处理器04根据调取位置信息命令获取数据库03中的位置信息，进行处理和计算，生成湖流轨迹。
其中，受风浪的影响，导致局部点位流态紊乱，常规设备无法较为准确的测量湖流大小，而本实施例采用浮球12的方式，即便是受波浪影响出现浮球12摆动情况，但是在湖流速度和方向统计时，通过对浮球12的随流漂浮轨迹的平滑处理以后，是可以忽略这种风浪的影响的。
因此，参考图3，受风浪影响湖流测量装置轨迹图的边缘存在起伏，因此，本实施例首先需要处理器04对位置信息进行处理，包括：记录任一时刻湖流测量装置01的位置，形成湖流测量装置轨迹图，根据取近似值或排除干扰点的方法对所述湖流测量装置轨迹图进行平滑处理，得到湖流轨迹。参考图4，处理后的湖流测量装置轨迹图即是理想状态下的湖流轨迹。
需要说明的是，千寻NTU-F9P定位设备能输出瞬时移动速度和移动方向数据，但是如果湖泊风浪较大，浮球12会随着风浪乱动，此时的瞬时速度就变的毫无意义了，本实施例利用浮球12的运行轨迹，用一段时间内浮球12的平均速度，即平均移动距离与时间的比值，更能反应湖泊表面流的运动方向和运动速度。具体地：通过计算预设时间段内湖流测量装置01的运动距离，计算出该预设时间段内时间内湖流测量装置01的平均速度，从而得出湖流的移动速度；通过相邻时间点的位置得到湖流的移动方向。从上述方法即可得到准确的湖流速度和运动方向。以此得到任意时刻的湖流速度和方向等湖流数据，并将上述湖流数据存储，对湖泊水生态修复、防洪安全治理等具有重要的指导作用，处理器04可以是日常使用的计算机。
另外，本发明实施例提供一种计算机存储介质，该计算机存储介质中包含一个或多个程序指令，一个或多个程序指令用于被一种湖流轨迹追踪系统执行一种湖流轨迹追踪方法。
本发明实施例提供的一种湖流轨迹追踪系统及方法，利用浮球式湖流检测装置因湖流运动而产生的轨迹来对湖流轨迹进行测量，通过定位终端实时获取浮球的位置，即不固定于船舶，也不受涨潮的影响，能够极大提高测量精度，得到湖流轨迹，对湖泊水生态修复、防洪安全治理等具有重要的指导作用。
本发明所公开的实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序指令，当所述计算机程序指令在计算机上运行时，使得计算机执行上述的方法。
存储介质可以是存储器，例如可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。
其中，非易失性存储器可以是只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)、可编程只读存储器(Programmable ROM，简称PROM)、可擦除可编程只读存储器(Erasable PROM，简称EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(Electrically EPROM，简称EEPROM)或闪存。
易失性存储器可以是随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM可用，例如静态随机存取存储器(Static RAM，简称SRAM)、动态随机存取存储器(Dynamic RAM，简称DRAM)、同步动态随机存取存储器(Synchronous DRAM，简称SDRAM)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(Double Data RateSDRAM，简称DDRSDRAM)、增强型同步动态随机存取存储器(EnhancedSDRAM，简称ESDRAM)、同步连接动态随机存取存储器(Synchlink DRAM，简称SLDRAM)和直接内存总线随机存取存储器(DirectRambus RAM，简称DRRAM)。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种湖流轨迹追踪系统，其特征在于，所述系统包括：
湖流测量装置，用于接收卫星定位信号，将卫星定位信号上传至服务器；
服务器，用于接收卫星定位信号生成位置信息，并回传给湖流测量装置；
数据库，用于存储所述湖流测量装置发送的位置信息；
处理器，用于调取数据库中的数据，并进行处理和计算，得到湖流轨迹。
2.如权利要求1所述的一种湖流轨迹追踪系统，其特征在于，所述湖流测量装置包括定位终端和浮球，所述定位终端安装在浮球内，所述定位终端具有第一天线和第二天线，所述第一天线用于接收卫星定位信号，所述第二天线用于与服务器建立通信，并将位置信息传输到数据库中。
3.如权利要求2所述的一种湖流轨迹追踪系统，其特征在于，所述定位终端内设置有通讯模块和多频定位模块，所述通讯模块用于和服务器以及处理器进行通信，所述多频定位模块用于与定位卫星建立联系，实现定位。
4.如权利要求2所述的一种湖流轨迹追踪系统，其特征在于，所述定位终端为NTU-F9P千寻定位终端。
5.一种湖流轨迹追踪方法，其特征在于，所述方法包括：
湖流测量装置接收定位卫星的定位信号，并将所述定位信号传输至服务器；
服务器对所述定位信号进行解析，生成位置信息，并将所述位置信息回传至湖流测量装置；
湖流测量装置将所述位置信息传输到数据库中，进行存储；
处理器根据调取位置信息命令获取数据库中的位置信息，进行处理和计算，生成湖流轨迹。
6.如权利要求5所述的一种湖流轨迹追踪方法，其特征在于，所述处理器对位置信息处理的方法包括：
记录任一时刻湖流测量装置的位置，形成湖流测量装置轨迹图，根据取近似值或排除干扰点的方法对所述湖流测量装置轨迹图进行平滑处理，得到湖流轨迹。
7.如权利要求6所述的一种湖流轨迹追踪方法，其特征在于，所述方法还包括计算预设时间段内湖流测量装置的运动距离，计算出该预设时间段内湖流测量装置的平均速度，从而得出湖流的移动速度；通过相邻时间点的位置得到湖流的移动方向。
8.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质中包含一个或多个程序指令，所述一个或多个程序指令用于被一种湖流轨迹追踪系统执行如权利要求5-7任一项所述的方法。
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