CN112415219A - 一种河流非接触侧扫流速测量固定测速垂线定位修正方法 - Google Patents

一种河流非接触侧扫流速测量固定测速垂线定位修正方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112415219A
CN112415219A CN202011236594.8A CN202011236594A CN112415219A CN 112415219 A CN112415219 A CN 112415219A CN 202011236594 A CN202011236594 A CN 202011236594A CN 112415219 A CN112415219 A CN 112415219A
Authority
CN
China
Prior art keywords
flow velocity
contact side
fixed speed
measuring
river
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202011236594.8A
Other languages
English (en)
Inventor
许全喜
熊明
李�雨
吴琼
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bureau of Hydrology Changjiang Water Resources Commission
Original Assignee
Bureau of Hydrology Changjiang Water Resources Commission
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bureau of Hydrology Changjiang Water Resources Commission filed Critical Bureau of Hydrology Changjiang Water Resources Commission
Priority to CN202011236594.8A priority Critical patent/CN112415219A/zh
Publication of CN112415219A publication Critical patent/CN112415219A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C13/00—Surveying specially adapted to open water, e.g. sea, lake, river or canal

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Volume Flow (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)

Abstract

本发明提供了一种河流非接触侧扫流速测量固定测速垂线定位修正方法，包括安装非接触侧扫流速测量仪器：在河流岸边水文测验断面附近，选择岸坡稳定、通视条件较好的位置安装固定非接触侧扫流速测量仪器，并施测测量仪器的安装高程H；该方法通过提出一种河流非接触侧扫流速测量固定测速垂线定位修正方法，消除随水位变化导致的固定测速垂线的定位误差，可最大限度地提高河流流量的观测精度，满足河流防洪、水资源、生态环境的需求；该方法填补了河流非接触侧扫流速测量固定测速垂线定位修正方法的空白，适合推广使用。

Description

一种河流非接触侧扫流速测量固定测速垂线定位修正方法
技术领域
本发明涉及水文测验应用技术领域，尤其涉及一种河流非接触侧扫流速测量固定测速垂线定位修正方法。
背景技术
国际标准的河流流量测量，一般通过流速仪实测足够多测速垂线的点流速，由点流速计算垂线平均流速，按两垂线间流速面积法计算分部流量并累加所有垂线之间的流量得到河流流量。测速垂线的选择，则需通过大量流量比测试验，采用流量测验误差最小原则优化确定，测速垂线的定位采用精度较高的缆道、测绘方法或GNSS方式测量，测速垂线一旦确定就相对固定，称为固定测速垂线。
近年来，出现了较多通过岸边侧扫方式测量河道表面流速的测量仪器，此类仪器不与水面接触，测量人员及仪器的安全性大大增加。此类仪器通过图像、视频等图像信号或雷达回波信号确定测点相对位置和流速，其受水位涨落影响较大，一般较难定位施测到固定测速垂线，造成采用的垂线流速和垂线间分部过水面积出现较大的偏差，直接影响河流流量测量精度。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供了一种河流非接触侧扫流速测量固定测速垂线定位修正方法，解决采用非接触侧扫流速测量河岸相对定位方法，因水位变化导致不能准确定位固定测速垂线问题。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
本发明提供了一种河流非接触侧扫流速测量固定测速垂线定位修正方法，包括如下步骤：
S1、安装非接触侧扫流速测量仪器：在河流岸边水文测验断面附近，选择岸坡稳定、通视条件较好的位置安装固定非接触侧扫流速测量仪器，并施测测量仪器的安装高程H；
S2、匹配固定测速垂线测量仪器的观测角：利用水文测验断面起点距为xi,(i＝1,2,...n)固定测速垂线,采用非接触侧扫流速测量仪器与国际标准的流速仪或浮标法在同一固定测速垂线同步观测，匹配此固定测速垂线的非接触侧扫流速测量仪器观测角αi,(i＝1,2,...n)，记录此固定测速垂线同步观测时的河流水位高程Z1i(i＝1,2,...n)；
S3、修正不同水位时固定测速垂线测量仪器的观测角：根据水文断面实测水位Z2，确定起点距xi固定测速垂线对应非接触侧扫流速测量仪器观测角αi的修正值
Figure BDA0002766899930000021
S4、提取或插补固定测速垂线的流速：在非接触侧扫流速测量仪器软件中，提取观测角α′i对应的流速观测值，作为实测水位Z2时起点距xi固定测速垂线的表面流速；
若非接触侧扫流速测量仪器无准确观测角α′i对应流速，则提取观测角α＜α′i和α＞α′i最近的垂线流速插补。
进一步，所述河流包括天然河流、渠道、湖泊和水库。
进一步，所述非接触侧扫流速测量仪器，包括基于图像、视频、雷达的原理制造的各种表面流速测量仪器。
进一步，所述安装高程H是指采用包括但不限于水准仪、经纬仪、全站仪和GNSS的高程测量仪器，按高程测绘方法测量的非接触侧扫流速测量仪器发射端口处高程。
进一步，所述固定测速垂线，指为通过大量的流量比测试验选择的水文测验断面最佳代表性测速垂线。
进一步，所述固定测速垂线同步观测，可采用所有固定测速垂线的非接触侧扫流速测量仪器与国际标准的流速仪或浮标法同时观测，也可每条固定测速垂线在不同时间非采用接触侧扫流速测量仪器与国际标准的流速仪或浮标法同时观测。
进一步，所述固定测速垂线测量仪器观测角αi,(i＝1,2,...n)，指水文断面固定测速垂线交点和非接触侧扫流速测量仪器安装高程点与大地垂线之间的夹角；
若采用水文断面固定测速垂线交点和非接触侧扫流速测量仪器安装高程点与大地水平线之间的夹角，则需经过直角转换。
进一步，所述固定测速垂线测量仪器观测角，可根据非接触侧扫流速测量仪器原理或特点，由各自所带软件中提取或计算，包括但不限于直接读数，相邻阵元相位、帧图像相位等方法计算。
进一步，所述最近的垂线流速插补，包括但不限于线性、非线性的连续性插补方法。
进一步，完成所述固定测速垂线同步观测后，所述固定测速垂线测量仪器观测角将在水文断面流量实测中长期使用，直至下一次同步观测重新匹配该观测角。
本发明的有益效果为：该方法通过提出一种河流非接触侧扫流速测量固定测速垂线定位修正方法，消除随水位变化导致的固定测速垂线的定位误差，可最大限度地提高河流流量的观测精度，满足河流防洪、水资源、生态环境的需求；该方法填补了河流非接触侧扫流速测量固定测速垂线定位修正方法的空白，适合推广使用。
附图说明
图1为本发明一种河流非接触侧扫流速测量固定测速垂线定位修正方法的原理图；
图2为仙桃水文站流速仪不同水深与雷达表面流速横向分布对比图；
图3为仙桃水文站240m起点距雷达表面流速与垂线平均流速相关图。
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，下面结合附图，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用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1所示，一种河流非接触侧扫流速测量固定测速垂线定位修正方法，包括非接触侧扫流速测量仪器安装方法、固定测速垂线测量仪器观测角匹配方法、不同水位固定测速垂线测量仪器观测角修正方法以及固定测速垂线流速提取或插补方法。按以下步骤和方法顺序实施：
(1)非接触侧扫流速测量仪器1安装
在河流(天然河流、渠道、湖泊、水库等各类水体)岸边水文测验断面附近，选择岸坡稳定、通视条件较好的位置，安装固定基于时空图像、视频、雷达(Ku、VHF、UHF)等原理制造的非接触侧扫流速测量仪器，采用水准仪、经纬仪、全站仪和GNSS等高程测绘仪器，按高程测绘方法测量非接触侧扫流速测量仪器1发射端口处高程H，高程测量精度按水文测量相关要求控制。
若确定非接触侧扫流速测量仪器发射端口处高程H，将在水文断面流量实测工作中长期使用，直至下次高程校测中发生变化。
(2)固定测速垂线测量仪器观测角匹配
选取通过大量的流量比测试验，用于水文测验断面推求河流流量的固定测速垂线，根据水文测验断面的起点距xi,(i＝1,2,...n)固定测速垂线,通过采用非接触侧扫流速测量仪器与国际标准的流速仪或浮标法在同一固定测速垂线同步观测，匹配此固定测速垂线的非接触侧扫流速测量仪器观测角αi,(i＝1,2,...n)，记录同步观测时的河流水位高程Z1i(i＝1,2,...n)。
完成固定测速垂线同步观测后，此固定测速垂线测量仪器观测角将在水文断面流量实测中长期使用，直至下一次同步观测重新匹配该观测角。
固定测速垂线同步观测，可采用所有固定测速垂线的非接触侧扫流速测量仪器与国际标准的流速仪或浮标法同时观测，亦可每条固定测速垂线在不同时间非采用接触侧扫流速测量仪器与国际标准的流速仪或浮标法同时观测。
非接触侧扫流速测量仪器1观测角根据非接触侧扫流速测量仪器原理或特点，由各自所带软件中提取或计算，若不能直接读数，可通过相邻阵元相位、帧图像相位等方法计算。
(3)不同水位时固定测速垂线测量仪器观测角修正方法
根据实测水位Z2以及数学几何定理推算，确定起点距xi,(i＝1,2,...n)固定测速垂线对应非接触侧扫流速测量仪器观测角αi,(i＝1,2,...n)的修正值
Figure BDA0002766899930000061
(4)固定测速垂线流速提取或插补方法
在非接触侧扫流速测量仪器软件中，提取观测角α′i对应的流速观测值，作为起点距xi固定测速垂线的表面流速。
非接触侧扫流速测量仪器无准确提取观测角α′i对应流速，则提取观测角α＜α′i和α＞α′i最近的垂线流速插补。插补方法包括但不限于线性、非线性等连续性插补方法，根据水文测验断面特性选择。
实施例一
本发明选取汉江流域仙桃水文站开展试验，经过固定测速垂线改正与流速仪流量测验方法比较，如图2和图3，改正后断面流速分布更加贴近国际标准的流速仪测量数据，精度提高、误差降低。
现行各类测扫仪器安装完成后，计算方法和参数的确定主要是依据最近一次的人工实测流量成果而定，未考虑仪器测量和人工比测时由水位变化带来的误差。由图2可知，随着水位的变化，不同起点距测速垂线上由于水深的不同，其流速横向分布会发生较大变化，在计算时如不对仪器监测成果进行改正，将会出现较大误差，且误差会随水位的升高呈逐渐增大的趋势。此点在图3中表现尤为明显，图中标注Y＝X的虚线即为起点距240m处测速垂线上未改正前的流速分布拟合线，图中实线为改正后的流速分布拟合线，可以看出高、中、低水情况下实测点均匀的分布在实线的附近，与实线拟合更好，且随着水位的升高，与虚线的偏离程度越来越大，因此本发明提出的改正技术方法具有更大的优势和更好的效果。
以上所述实施案例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种河流非接触侧扫流速测量固定测速垂线定位修正方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、安装非接触侧扫流速测量仪器：在河流岸边水文测验断面附近，选择岸坡稳定、通视条件较好的位置安装固定非接触侧扫流速测量仪器，并施测测量仪器的安装高程H；
S2、匹配固定测速垂线测量仪器的观测角：利用水文测验断面起点距为xi,(i＝1,2,...n)固定测速垂线,采用非接触侧扫流速测量仪器与国际标准的流速仪或浮标法在同一固定测速垂线同步观测，匹配此固定测速垂线的非接触侧扫流速测量仪器观测角αi,(i＝1,2,...n)，记录此固定测速垂线同步观测时的河流水位高程Z1i(i＝1,2,...n)；
S3、修正不同水位时固定测速垂线测量仪器的观测角：根据水文断面实测水位Z2，确定起点距xi固定测速垂线对应非接触侧扫流速测量仪器观测角αi的修正值
Figure FDA0002766899920000011
S4、提取或插补固定测速垂线的流速：在非接触侧扫流速测量仪器软件中，提取观测角α′i对应的流速观测值，作为实测水位Z2时起点距xi固定测速垂线的表面流速；
若非接触侧扫流速测量仪器无准确观测角α′i对应流速，则提取观测角α＜α′i和α＞α′i最近的垂线流速插补。
2.根据权利要求1所述的一种河流非接触侧扫流速测量固定测速垂线定位修正方法，其特征在于：所述河流包括天然河流、渠道、湖泊和水库。
3.根据权利要求1所述的一种河流非接触侧扫流速测量固定测速垂线定位修正方法，其特征在于：所述非接触侧扫流速测量仪器，包括基于时空图像、视频、雷达的原理制造的各种表面流速测量仪器。
4.根据权利要求1所述的一种河流非接触侧扫流速测量固定测速垂线定位修正方法，其特征在于：所述安装高程H是指采用包括但不限于水准仪、经纬仪、全站仪和GNSS的高程测量仪器，按高程测绘方法测量的非接触侧扫流速测量仪器发射端口处高程。
5.根据权利要求1所述的一种河流非接触侧扫流速测量固定测速垂线定位修正方法，其特征在于：所述固定测速垂线，指为通过大量的流量比测试验选择的水文测验断面最佳代表性测速垂线。
6.根据权利要求1所述的一种河流非接触侧扫流速测量固定测速垂线定位修正方法，其特征在于：所述固定测速垂线同步观测，可采用所有固定测速垂线的非接触侧扫流速测量仪器与国际标准的流速仪或浮标法同时观测，也可每条固定测速垂线在不同时间非采用接触侧扫流速测量仪器与国际标准的流速仪或浮标法同时观测。
7.根据权利要求1所述的一种河流非接触侧扫流速测量固定测速垂线定位修正方法，其特征在于：所述固定测速垂线测量仪器观测角αi,(i＝1,2,...n)，指水文断面固定测速垂线交点和非接触侧扫流速测量仪器安装高程点与大地垂线之间的夹角；
若采用水文断面固定测速垂线交点和非接触侧扫流速测量仪器安装高程点与大地水平线之间的夹角，则需经过直角转换。
8.根据权利要求1所述的一种河流非接触侧扫流速测量固定测速垂线定位修正方法，其特征在于：所述固定测速垂线测量仪器观测角，可根据非接触侧扫流速测量仪器原理或特点，由各自所带软件中提取或计算，包括但不限于直接读数，相邻阵元相位、帧图像相位等方法计算。
9.根据权利要求1所述的一种河流非接触侧扫流速测量固定测速垂线定位修正方法，其特征在于：所述最近的垂线流速插补，包括但不限于线性、非线性的连续性插补方法。
10.根据权利要求6所述的一种河流非接触侧扫流速测量固定测速垂线定位修正方法，其特征在于：完成所述固定测速垂线同步观测后，所述固定测速垂线测量仪器观测角将在水文断面流量实测中长期使用，直至下一次同步观测重新匹配该观测角。
CN202011236594.8A 2020-11-09 2020-11-09 一种河流非接触侧扫流速测量固定测速垂线定位修正方法 Pending CN112415219A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011236594.8A CN112415219A (zh) 2020-11-09 2020-11-09 一种河流非接触侧扫流速测量固定测速垂线定位修正方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011236594.8A CN112415219A (zh) 2020-11-09 2020-11-09 一种河流非接触侧扫流速测量固定测速垂线定位修正方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112415219A true CN112415219A (zh) 2021-02-26

Family

ID=74782146

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011236594.8A Pending CN112415219A (zh) 2020-11-09 2020-11-09 一种河流非接触侧扫流速测量固定测速垂线定位修正方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112415219A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113390471A (zh) * 2021-06-10 2021-09-14 北京航空航天大学 一种基于gnss反射信号的河流流量估算方法
WO2022188338A1 (zh) * 2021-03-09 2022-09-15 长江水利委员会水文局 一种基于多星源信息耦合的高精度水道重构方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107490410A (zh) * 2017-08-17 2017-12-19 河海大学 一种基于代表垂线点流速测量高洪的非接触式测流方法
CN109060056A (zh) * 2018-08-20 2018-12-21 长江水利委员会长江科学院 一种非接触式雷达测流的河道断面流量计算方法
CN110297104A (zh) * 2019-06-04 2019-10-01 长江水利委员会水文局 一种河流代表垂线流速分布实时在线测量方法
KR102028144B1 (ko) * 2018-10-04 2019-10-04 대한민국 이동식 유량측정장치 및 유량측정방법
CN111735985A (zh) * 2020-08-17 2020-10-02 北京美科华仪科技有限公司 依据大数据修正垂线流速的方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107490410A (zh) * 2017-08-17 2017-12-19 河海大学 一种基于代表垂线点流速测量高洪的非接触式测流方法
CN109060056A (zh) * 2018-08-20 2018-12-21 长江水利委员会长江科学院 一种非接触式雷达测流的河道断面流量计算方法
KR102028144B1 (ko) * 2018-10-04 2019-10-04 대한민국 이동식 유량측정장치 및 유량측정방법
CN110297104A (zh) * 2019-06-04 2019-10-01 长江水利委员会水文局 一种河流代表垂线流速分布实时在线测量方法
CN111735985A (zh) * 2020-08-17 2020-10-02 北京美科华仪科技有限公司 依据大数据修正垂线流速的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
温润锋: "电波流速仪流量测验的规范应用及质量控制", 《广西水利水电》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022188338A1 (zh) * 2021-03-09 2022-09-15 长江水利委员会水文局 一种基于多星源信息耦合的高精度水道重构方法
CN113390471A (zh) * 2021-06-10 2021-09-14 北京航空航天大学 一种基于gnss反射信号的河流流量估算方法
CN113390471B (zh) * 2021-06-10 2022-03-01 北京航空航天大学 一种基于gnss反射信号的河流流量估算方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100898617B1 (ko) ＬｉＤＡＲ 측량값 및 ＭＢＥＳ 측량값의 불규칙삼각망(ＴＩＮ) 보간 성과 검증을 통한 육상부와 수심부가 함께 공존하는 지역의 수치표고모델을 구축하는 방법
KR100898618B1 (ko) 기준점 표석 매설을 통하여 육상부와 수심부가 함께 공존하는 지역의 수치표고모델을 구축하는 방법
CN110081864B (zh) 一种顾及水深值的水深测量综合延迟改正方法
US11566895B2 (en) Method for continuous measurement of river flow based on satellite big data
CN109085655B (zh) 一种水下平台重力测量方案与验证方法
CN103868493B (zh) 一种基于ppp技术的深度基准面大地高测量方法
CN112415219A (zh) 一种河流非接触侧扫流速测量固定测速垂线定位修正方法
CN113091852B (zh) 一种大型水库测深基准场建设方法及用途
KR100898616B1 (ko) 육상부와 수심부가 함께 공존하는 지역의 수치표고모델을 구축하는 방법
Varbla et al. Assessment of marine geoid models by ship-borne GNSS profiles
CN102426352B (zh) 风廓线雷达风计算方法
CN115420328A (zh) 一种风电桩基冲刷检测方法
CN110109167B (zh) 一种基于高程约束的海上精密定位方法
Phelan OTF DGPS for estuarien dredging and sounding surveys
KR101063255B1 (ko) 지피에스를 이용한 실시간 조석 관측 시스템
CN112147578B (zh) 一种高精度深水发射阵及多元垂直接收阵阵元定位系统与方法
Grządziel et al. Estimation of effective swath width for dual-head multibeam echosounder
CN110850382B (zh) 一种评估干涉雷达高度计测量精度的方法及系统
CN109977499B (zh) 基于位置约束的北斗三频/静力水准仪斜拉桥监测方法
Maxwell et al. Generating river bottom profiles with a dual-frequency identification sonar (DIDSON)
CN115423955A (zh) 一种基于多源数据的最优深度基准面大地高模型构建方法
CN110136487A (zh) 地图导航防触礁安全助航技术应用模型
Salleh et al. An observation technique and GPS buoy processing strategy for ocean surface monitoring
CN103410135A (zh) 一种基于网格钎探的河床标高测量方法
Lane et al. Current measurement technology for near-shore waters

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20210226

RJ01 Rejection of invention patent application after publication