CN112800622A - 一种河道过水断面面积快速计算方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种河道过水断面面积快速计算方法及系统，属于水利工程管理信息技术领域。本发明将现有河道特征参数以及DEM数据提前内置在控制与计算终端中，利用装载RTK的无人测船在指定河流断面中心位置获取经纬度位置信息和河流水位高程数据；比对DEM数据，提取对应经纬度的河底高程、河漫滩、左右岸边坡高程等参数，建立基于河道高程、河道水位的河道过水断面计算方法，利用该计算方法可快速得到当前河道过水断面面积并反馈给用户，提高水文测量的效率。

Description

一种河道过水断面面积快速计算方法及系统
技术领域
本发明涉及水利工程管理信息技术领域，特别涉及一种河道过水断面面积快速计算方法及系统。
背景技术
某一研究时刻的水面线与河底线包围的面积，称为过水断面。过水断面是与元流或总流所有流线正交的横断面。过水断面不一定是平面，其形状与流线的分布情况有关。只有当流线相互平行时，过水断面才为平面，否则为曲面。过水断面面积的确定多是从已测得的过水断面图上量算出来的。如果断面图纵向、横向比例尺相同，可用求积仪或方格法直接量算。比例不同，可把图划为若干梯形或三角形，分别用梯形、三角形面积公式计算。每一个水位都对应有一个过水断面面积。根据不同水位时的过水断面面积资料可以绘制水位面积关系曲线图。有了水位面积关系曲线图，就可根据水位值推求过水断面面积。但必须是河道断面无冲淤变化。若河道发生冲淤，必须重新施测，绘出新的水位面积关系曲线才能使用。
河道过水断面面积计算是水文监测的重要一项内容，河道过水断面面积是洪水预报、水量分析、水文水资源计算的一种重要指标参数。
传统的河道过水断面面积计算方法是利用水下地形勘测设施，测量河底断面的高程以及河流水深，而后将测量数据进行内业的整理，从而计算得出河道过水断面面积。同时对于复式断面的计算，往往需要人工对其进行分割成多个部分而相加计算而成。传统的河道过水断面面积计算方法需要耗费大量的人力，且计算效率低。
因此，开发一种可快速计算河道过水断面面积的方法及系统是亟待解决的问题。
发明内容
为了弥补现有技术的不足，解决现有技术中河道过水断面面积计算方法需要耗费大量的人力，且计算效率低的问题，本发明提供了一种河道过水断面面积快速计算方法及系统。本发明利用装载RTK的无人测船在指定河流断面中心位置获取河流水位高程数据；利用河道DEM数据和GPRS定位信息，获取河底高程、河漫滩、左右岸边坡高程，建立基于河道高程、河道水位的河道过水断面计算方法，利用该计算方法可快速得到当前河道过水断面面积。
本发明的技术方案为：
一种河道过水断面面积快速计算系统，包括：
无人测船，装载有船载RTK，所述船载RTK与通讯卫星和测量基站通信连接用于获取经纬度位置信息；所述船载RTK还设有用于获取河流水位的探测器；
控制与计算终端，包括控制模块和计算模块；所述控制模块与无人测船通信连接，用于向无人测船发送移动位置指令；所述计算模块与无人测船通信连接，用于接收无人测船获得的经纬度位置信息与河流水位信息并结合内置的河道特征参数以及河道DEM数据提取当前经纬度信息对应的河道断面计算参数，根据计算模型计算河道过水断面面积。
作为一种实施方式，所述河道断面计算参数包括左滩高程h左滩、右滩高程h右滩、河底高程h河底、右堤高程h右堤、左堤高程h左堤、河底宽度b、左滩宽度b左滩、右滩宽度b右滩、边坡系数m1、m2。
作为一种实施方式，所述船载RTK中设置有用于接收通讯卫星和测量基站信息的接收电台和用于对位置信息进行接收和处理的GPS模块；所述接收电台分别通过3G和GPRS通信网络与通讯卫星和测量基站通信连接。
作为一种实施方式，所述控制与计算终端与GPS模块通信连接。
作为一种实施方式，所述控制与计算终端将计算结果储存在本地或通过移动网络传输至云端数据库。
作为一种实施方式，所述的计算结果在控制与计算终端界面显示。
作为一种实施方式，所述控制与计算终端中内置河道特征参数以及河道DEM数据。
所述系统的河道过水断面面积计算方法，包括步骤：
1)将无人测船移动至待测位置，并获取当前位置的经纬度信息；
2)根据当前位置的经纬度信息比对数据库，获取当前经纬度对应的河道DEM数据；
3)根据当前经纬度对应的河道DEM数据提取河道断面的高程计算参数包括：左滩高程h左滩、右滩高程h右滩、河底高程h河底、右堤高程h右堤、左堤高程h左堤、河底宽度b、左滩宽度b左滩、右滩宽度b右滩，根据已集成在系统中的河道特征参数，提取该断面的边坡系数m1、m2；
4)比较断面左堤高程h左堤和右堤高程h右堤，分析确定h堤；
Figure BDA0002940593500000031
5)比较断面左滩高程h左滩和右滩高程h右滩，分析确定hmin滩和hmax滩；
如果：h左滩≤h右滩
则另：
Figure BDA0002940593500000032
否则：
Figure BDA0002940593500000033
6)根据获得的水位信息h监测以及确定好的计算参数带入公式Ⅰ中进行计算，即可得到当前河道过水断面面积；
Figure BDA0002940593500000034
其中，
Figure BDA0002940593500000041
本发明的有益效果为：
将现有河道特征参数以及DEM数据提前内置在控制与计算终端中，通过载有船载RTK的无人测船来进行位置信息以及水位信息测量后，将信息反馈至控制与计算终端中，通过控制与计算终端中的计算模块，快速计算得出当前过水断面的面积并反馈给用户，提高水文测量的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明河道过水断面面积快速计算系统的硬件结构示意图；
图2为本发明河道过水断面面积快速计算方法的流程图；
图3为系统计算界面显示图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例仅仅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
如图1所示，本发明的河道过水断面面积快速计算系统，包括无人测船6和控制与计算终端12。控制与计算终端12包括控制模块和计算模块。控制模块与无人测船通信连接，用于向无人测船发送移动位置指令；计算模块与无人测船通信连接，用于接收无人测船获得的经纬度位置信息与河流水位信息并结合内置的河道特征参数以及河道DEM数据提取当前经纬度信息对应的河道断面计算参数，根据计算模型计算河道过水断面面积。
无人测船6上装有船载RTK 7，船载RTK 7中包括接收电台8、GPS模块9和探测器10。通讯卫星2通过GPRS和3G通讯网络3将位置信息传输到测量基站1中，无人测船6通过控制和计算终端12移动到想要测量河流断面的位置，船载RTK 7中的接收电台8接收通过3G 4和GPRS通信网络5传输的来自于通讯卫星2和测量基站1经纬度位置信息，GPS模块9进行位置信息的接受和处理，探测器10对当前河流水位进行获取。
而后将经纬度位置信息和河流水位信息通过3G和GPRS通信网络11传输到控制与计算终端12，其通过内置的计算模块对当前河流断面面积进行分析计算，并可控制和计算终端12向用户展示信息，可以储存在本地，亦可通过移动网络将信息传输当所对应的云端数据库，为水文计算分析提供依据。
如图2所示，本发明河道过水断面面积快速计算系统的计算方法为：
1)将无人测船1移动至指定位置，通过无人测船1以及通讯卫星2、测量基站1获取无人测船1当前位置的经纬度信息(即为设定的待计算的位置)；
2)根据无人测船当前位置的经纬度信息比对数据库，获取当前经纬度对应的河道DEM数据；
3)根据当前经纬度对应的河道DEM数据提取河道断面的高程计算参数包括：左滩高程h左滩、右滩高程h右滩、河底高程h河底、右堤高程h右堤、左堤高程h左堤、河底宽度b、左滩宽度b左滩、右滩宽度b右滩，根据已集成在系统中的河道特征参数，提取该断面的边坡系数m1、m2；
4)比较断面左堤高程h左堤和右堤高程h右堤，分析确定h堤；
Figure BDA0002940593500000051
5)比较断面左滩高程h左滩和右滩高程h右滩，分析确定hmin滩和hmax滩；
如果：h左滩≤h右滩
则另：
Figure BDA0002940593500000052
否则：
Figure BDA0002940593500000061
6)根据获得的水位信息h监测以及确定好的计算参数带入公式Ⅰ中进行计算，即可得到当前河道过水断面面积；
Figure BDA0002940593500000062
其中，
Figure BDA0002940593500000063
7)计算结果展示与存档，系统界面显示如图3所示。

Claims (8)

1.一种河道过水断面面积快速计算系统，其特征在于，包括：
无人测船，装载有船载RTK，所述船载RTK与通讯卫星和测量基站通信连接用于获取经纬度位置信息；所述船载RTK还设有用于获取河流水位的探测器；
控制与计算终端，包括控制模块和计算模块；所述控制模块与无人测船通信连接，用于向无人测船发送移动位置指令；所述计算模块与无人测船通信连接，用于接收无人测船获得的经纬度位置信息与河流水位信息并结合内置的河道特征参数以及河道DEM数据提取当前经纬度信息对应的河道断面计算参数，根据计算模型计算河道过水断面面积。
2.如权利要求1所述河道过水断面面积快速计算系统，其特征在于：所述河道断面计算参数包括左滩高程h左滩、右滩高程h右滩、河底高程h河底、右堤高程h右堤、左堤高程h左堤、河底宽度b、左滩宽度b左滩、右滩宽度b右滩、边坡系数m1、m2。
3.如权利要求1所述河道过水断面面积快速计算系统，其特征在于：所述船载RTK中设置有用于接收通讯卫星和测量基站信息的接收电台和用于对位置信息进行接收和处理的GPS模块；所述接收电台分别通过3G和GPRS通信网络与通讯卫星和测量基站通信连接。
4.如权利要求1所述河道过水断面面积快速计算系统，其特征在于：所述控制与计算终端与GPS模块通信连接。
5.如权利要求1所述河道过水断面面积快速计算系统，其特征在于：所述控制与计算终端将计算结果储存在本地或通过移动网络传输至云端数据库。
6.如权利要求1所述河道过水断面面积快速计算系统，其特征在于：所述的计算结果在控制与计算终端界面显示。
7.如权利要求1所述河道过水断面面积快速计算系统，其特征在于：所述控制与计算终端中内置河道特征参数以及河道DEM数据。
8.如权利要求1所述系统的河道过水断面面积计算方法，其特征在于，包括步骤：
1)将无人测船移动至待测位置，并获取当前位置的经纬度信息；
2)根据当前位置的经纬度信息比对数据库，获取当前经纬度对应的河道DEM数据；
3)根据当前经纬度对应的河道DEM数据提取河道断面的高程计算参数包括：左滩高程h左滩、右滩高程h右滩、河底高程h河底、右堤高程h右堤、左堤高程h左堤、河底宽度b、左滩宽度b左滩、右滩宽度b右滩，根据已集成在系统中的河道特征参数，提取该断面的边坡系数m1、m2；
4)比较断面左堤高程h左堤和右堤高程h右堤，分析确定h堤；
Figure FDA0002940593490000021
5)比较断面左滩高程h左滩和右滩高程h右滩，分析确定hmin滩和hmax滩；
如果：h左滩≤h右滩
则另：
Figure FDA0002940593490000022
否则：
Figure FDA0002940593490000023
6)根据获得的水位信息h监测以及确定好的计算参数带入公式Ⅰ中进行计算，即可得到当前河道过水断面面积；
Figure FDA0002940593490000024
其中，
Figure FDA0002940593490000025
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