CN111800607A - 入湖河道流量在线计算方法及使用此方法的视频监控系统 - Google Patents

Abstract

入湖河道流量在线计算方法及使用此方法的视频监控系统，其计算方法包括：

其中，K为垂线平均流速～断面平均流速的关系系数，n为测速垂线的数量，L为河道宽度，v_i为V‑ADCP的分层流速，m为V‑ADCP的分层流速有效个数，断面过水面积A＝ΣA_i，H为V‑ADCP的实测水面高程，H₀为V‑ADCP同步记录水位，α_左为左岸岸边系数，α_右为右岸岸边系数。本发明与传统技术相比，通过分离的现场采集和远程监控能够实现河道流量监测从传统的现场采集室内计算到远程可视化、信息化监测的转变，从而解决野外现场不同恶劣条件下的河道流量监控问题，可直接服务于国家级水文站点监测、入湖河口、湿地工程、水利工程、水环境治理运行与管理，具有广阔的应用前景。

Description

入湖河道流量在线计算方法及使用此方法的视频监控系统

技术领域

本发明涉及入湖河道流量计算技术领域，具体涉及入湖河道流量在线计算方法及使用此方法的视频监控系统。

背景技术

目前，入湖河道流量的监测方法利用入湖河道已有水文站，以此测算该站控制河道的水量；同时设立若干巡测辅助站，建立辅助站与巡测断面之间的流量关系来推算巡测段流量。水文站和辅助站每日定时施测两次流量，视水情适当加密测次，使测得流量能基本反映河道流量变化过程；巡测段枯季每月施测1～2次，汛期每月2～3次，并视水情适当加密测次，高、中、低水都要有一定测次，以满足流量定线要求。

然而现有的通过巡测断面远离工程区域及通过定期的现场测验定线推算流量，增加了现场的工作量，同时不能及时反映河道的流量情况，尤其针对短时间内大流域的强降雨汇交至河道，致使河道水位和流量迅速增长，短时瞬间流量突变无法判断和预警。

为解决上述问题，我们做出了一系列改进。

发明内容

本发明的目的在于，提供入湖河道流量在线计算方法及使用此方法的视频监控系统，以克服现有技术所存在的缺点和不足。

入湖河道流量在线计算方法，包括：

其中，所述K为垂线平均流速～断面平均流速的关系系数，所述n为测速垂线的数量，所述L为河道宽度，所述v_i为V-ADCP的分层流速，所述m为V-ADCP的分层流速有效个数，所述断面过水面积A＝ΣA_i，所述H为V-ADCP的实测水面高程，所述H₀为V-ADCP同步记录水位，所述α_左为左岸岸边系数，所述α_右为右岸岸边系数。

进一步，所述K＝V_断面/V_单，所述V_单为V-ADCP多层有效单元的流速算术平均值，所述V_断面为断面平均流速。

进一步，所述V_断面为全断面的流量/断面过水面积，其公式为V_断面＝Q/A，所述断面平均流速全断面的流量Q＝ΣQ_i。

进一步，所述Q_i为通过部分面积上的流量，所述Q_i通过的部分面积为A_i，所述Q_i为V-ADCP的分层流速和部分面积两者的乘积，其公式为v_i*A_i＝Q_i。

使用入湖河道流量在线计算方法的视频监控系统，包括：电源系统、采集系统、控制系统、监控中心和手机移动端，所述电源系统与采集系统和控制系统连接，所述采集系统与控制系统连接，所述控制系统通过基站与监控中心和手机移动端连接。

进一步，所述电源系统包括：定时器、充电器和110AH电瓶，所述定时器通220V市电，所述定时器与充电器连接，所述充电器连接110AH电瓶和采集系统，所述110AH电瓶与控制系统连接。

进一步，所述采集系统包括：垂向式声学多普勒流速剖面仪和网络摄像头，所述垂向式声学多普勒流速剖面仪的缩写为V-ADCP，所述垂向式声学多普勒流速剖面仪具有数据串口输出结构，所述网络摄像头具有网线接口输出结构，所述网络摄像头与充电器连接，所述垂向式声学多普勒流速剖面仪和网络摄像头与控制系统连接。

进一步，所述控制系统包括：DTU通讯模块、供电稳压系统、散热风扇和防雨通风控制箱，所述防雨通风控制箱内设有DTU通讯模块、供电稳压系统和散热风扇，所述DTU通讯模块与供电稳压系统、垂向式声学多普勒流速剖面仪和网络摄像头连接，所述供电稳压系统与垂向式声学多普勒流速剖面仪和网络摄像头连接，所述散热风扇与110AH电瓶连接。本发明的有益效果：

本方案提供的入湖河道流量在线计算方法和视频监控系统可以通过分离的现场采集和远程监控能够实现河道流量监测从传统的现场采集室内计算到远程可视化、信息化监测的转变，与智慧城市运维平台结合，从而解决野外现场设备安装困难、市电供应紧张、宽带网络安装不便等条件下的河道流量监控问题，可直接服务于国家级水文站点监测、入湖河口、湿地工程、水利工程、水环境治理运行与管理，具有广阔的应用前景。

附图说明：

图1为本发明的监控系统结构示意图。

附图标记：

电源系统100、定时器110、充电器120和110AH电瓶130。

采集系统200、垂向式声学多普勒流速剖面仪210和网络摄像头220。

控制系统300、DTU通讯模块310、供电稳压系统320、散热风扇330和防雨通风控制箱340。

监控中心400、手机移动端500和基站600。

具体实施方式

以下结合具体实施实例，对本发明作进一步说明，以下实施实例仅用于说明本发明而非用于限定本发明的范围。

实施例1

图1为本发明的监控系统结构示意图。

入湖河道流量在线计算方法，包括：

其中，K为垂线平均流速～断面平均流速的关系系数，n为测速垂线的数量，L为河道宽度，v_i为V-ADCP的分层流速，m为V-ADCP的分层流速有效个数，断面过水面积A＝ΣA_i，H为V-ADCP的实测水面高程，H₀为V-ADCP同步记录水位，α_左为左岸岸边系数，α_右为右岸岸边系数。

K＝V_断面/V_单，V_单为V-ADCP多层有效单元的流速算术平均值，V_断面为断面平均流速。

V_断面为全断面的流量/断面过水面积，其公式为V_断面＝Q/A，断面平均流速全断面的流量Q＝ΣQ_i。

Q_i为通过部分面积上的流量，Q_i通过的部分面积为A_i，Q_i为V-ADCP的分层流速和部分面积两者的乘积，其公式为v_i*A_i＝Q_i。

如图1所示，使用入湖河道流量在线计算方法的视频监控系统，包括：电源系统100、采集系统200、控制系统300、监控中心400和手机移动端500，电源系统100与采集系统200和控制系统300连接，采集系统200与控制系统300连接，控制系统300通过基站600与监控中心400和手机移动端500连接。

电源系统100包括：定时器110、充电器120和110AH电瓶130，定时器110通220V市电，定时器110与充电器120连接，充电器120连接110AH电瓶130和采集系统200，110AH电瓶130与控制系统300连接。提供稳定可靠的电源输入。

采集系统200包括：垂向式声学多普勒流速剖面仪210和网络摄像头220，垂向式声学多普勒流速剖面仪的缩写为V-ADCP，垂向式声学多普勒流速剖面仪210具有数据串口输出结构，网络摄像头220具有网线接口输出结构，网络摄像头220与充电器120连接，垂向式声学多普勒流速剖面仪210和网络摄像头220与控制系统300连接。负责功能数据输入。

控制系统300包括：DTU通讯模块310、供电稳压系统320、散热风扇330和防雨通风控制箱340，防雨通风控制箱340内设有DTU通讯模块310、供电稳压系统320和散热风扇330，DTU通讯模块310与供电稳压系统320、垂向式声学多普勒流速剖面仪210和网络摄像头220连接，供电稳压系统320与垂向式声学多普勒流速剖面仪210和网络摄像头220连接，散热风扇330与110AH电瓶130连接。负责数据存储、数据查看、数据延迟警报、报表分发等功能。

入湖河道流量在线计算方法，其原理是，利用与之配套的系统化采集设备，通过捕捉到的参数，配合建立的数学模型进行计算。在传统的计算过程中，由于现场数据不能及时反映河道的流量情况，所以需要更多的参数进行比较，且推导的数据也有偏差。

因此该计算方法的第一步就是精简参数。之后根据精简后的参数，我们对采集设备选用的是垂向式声学多普勒流速剖面仪210和网络摄像头220，通过捕捉河流宽度、水位的多个变化值、断面面积和流速，来计算流量。具体的计算过程如下：现场断面流量测量，建立垂线平均流速～断面平均流速的关系系数K。流量测量的方法采用流速面积法，流速面积法测流工作包括断面测量和流速测量两部分，其测流原理：假设沿河道横断面布设了n条测速垂线，通过测算分层流速V_i和部分面积A_i两者的乘积为通过该部分面积上的流量Q _i，累计可求得全断面的流量Q＝ΣQ_i和断面过水面积A＝ΣA_i，从而可以得到断面平均流速V_断面＝Q/A。

现场测流时测距仪丈量河道宽度L及V-ADCP同步记录水位H₀和分层流速v_i资料；V_单按垂向式声学多普勒流速剖面仪多层有效单元的流速算术平均；计算垂线平均流速～断面平均流速关系系数K＝V_断面/V_单。

逐时流量根据V_单～V_断面关系计算断面平均流速，乘水道断面面积即为流量。

监控系统的安装和使用：

垂向式声学多普勒流速剖面仪210宜采用坐地式仰视安装方式，其布设位置宜选择在河道断面深泓处，单元层厚度设置20㎝，采样率4hz，串口数据每10分钟输出水深及分层流速流向。

网络摄像头220宜采用H.264格式网络线输出视频信号的摄像头，安装位置具有一定高度，离河道最大水位以上2米，监测视频的范围宜监测整个河道横断面，宜安装在河道边立杆顶部位置，同时兼顾防雷措施。

控制箱宜安装在岸边立杆上，高度宜在1.8米以上，防止人为破坏；控制箱除防风防雨外宜采用百叶窗通风及风扇空气交换系统；控制箱配备110AH电瓶一台。

优先选择4G信号的移动网络手机卡号，且支持短信功能的通过DTU设置软件或其他手机发送查询短信，查看网络情况，确保DTU通讯模块310可以移动上网。

安装之前通电测试设备。安装DTU通讯模块310前通过串口线对设备进行设置，设置内容包括服务器地址和端口、透传云设备编号及密码等参数。设备安装固定后首先进行数据线连接并锁紧，再次电源连接，其中网络摄像头220和散热风扇330由电瓶直接供电。

监控中心400要求具有10平方米以上，市电供应稳定，宽带网络连接的电脑一台。

监控中心400电脑需要安装虚拟串口设置、采集软件及监控程序设置。

监控中心400系统运行过程中程序以邮件形式通知管理人员，数据延误20分钟以上软件自动发送数据延迟报警，管理人员可以通过手机短信远程重启DTU通讯模块310，降低数据遗漏。

对于现场水位暴涨或流量过大时，手机客户端可以接收水位和逐时流量信息，还可以通过手机APP查看现场的实际情况，必要时可以通过水工建筑物(水闸)调节入湖流量。

综上，本发明的技术特征在于，对传统的流量计算方式，根据目前需要的即时、在线为目的进行对应的参数调整，配合一整套系统进行现场参数捕捉，实现自动化在线即时流量监控。

以上对本发明的具体实施方式进行了说明，但本发明并不以此为限，只要不脱离本发明的宗旨，本发明还可以有各种变化。

Claims (8)

1.入湖河道流量在线计算方法，其特征在于，包括：

其中，所述K为垂线平均流速～断面平均流速的关系系数，所述n为测速垂线的数量，所述L为河道宽度，所述v_i为V-ADCP的分层流速，所述m为V-ADCP的分层流速有效个数，所述断面过水面积A＝ΣA_i，所述H为V-ADCP的实测水面高程，所述H₀为V-ADCP同步记录水位，所述α_左为左岸岸边系数，所述α_右为右岸岸边系数。

2.根据权利要求1所述的入湖河道流量在线计算方法，其特征在于：所述K＝V_断面/V_单，所述V_单为V-ADCP多层有效单元的流速算术平均值，所述V_断面为断面平均流速。

3.根据权利要求2所述的入湖河道流量在线计算方法，其特征在于：所述V_断面为全断面的流量/断面过水面积，其公式为V_断面＝Q/A，所述断面平均流速全断面的流量Q＝ΣQ_i。

4.根据权利要求3所述的入湖河道流量在线计算方法，其特征在于：所述Q_i为通过部分面积上的流量，所述Q_i通过的部分面积为A_i，所述Q_i为V-ADCP的分层流速和部分面积两者的乘积，其公式为v_i*A_i＝Q_i。

5.根据权利要求1所述的使用入湖河道流量在线计算方法的视频监控系统，其特征在于，包括：电源系统(100)、采集系统(200)、控制系统(300)、监控中心(400)和手机移动端(500)，所述电源系统(100)与采集系统(200)和控制系统(300)连接，所述采集系统(200)与控制系统(300)连接，所述控制系统(300)通过基站(600)与监控中心(400)和手机移动端(500)连接。

6.根据权利要求5所述的使用入湖河道流量在线计算方法的视频监控系统，其特征在于，所述电源系统(100)包括：定时器(110)、充电器(120)和110AH电瓶(130)，所述定时器(110)通220V市电，所述定时器(110)与充电器(120)连接，所述充电器(120)连接110AH电瓶(130)和采集系统(200)，所述110AH电瓶(130)与控制系统(300)连接。

7.根据权利要求6所述的使用入湖河道流量在线计算方法的视频监控系统，其特征在于，所述采集系统(200)包括：垂向式声学多普勒流速剖面仪(210)和网络摄像头(220)，所述垂向式声学多普勒流速剖面仪的缩写为V-ADCP，所述垂向式声学多普勒流速剖面仪(210)具有数据串口输出结构，所述网络摄像头(220)具有网线接口输出结构，所述网络摄像头(220)与充电器(120)连接，所述垂向式声学多普勒流速剖面仪(210)和网络摄像头(220)与控制系统(300)连接。

8.根据权利要求7所述的使用入湖河道流量在线计算方法的视频监控系统，其特征在于，所述控制系统(300)包括：DTU通讯模块(310)、供电稳压系统(320)、散热风扇(330)和防雨通风控制箱(340)，所述防雨通风控制箱(340)内设有DTU通讯模块(310)、供电稳压系统(320)和散热风扇(330)，所述DTU通讯模块(310)与供电稳压系统(320)、垂向式声学多普勒流速剖面仪(210)和网络摄像头(220)连接，所述供电稳压系统(320)与垂向式声学多普勒流速剖面仪(210)和网络摄像头(220)连接，所述散热风扇(330)与110AH电瓶(130)连接。

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