CN113739879B - 一种明渠量测水率定方法及终端 - Google Patents
一种明渠量测水率定方法及终端 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开一种明渠量测水率定方法及终端，获取渠道的监测站点的流量计算模型，根据所述流量计算模型计算得到所述监测站点的流量值，并生成流量数据统计表；根据接收的与所述监测站点对应的流量率定请求基于所述流量数据统计表确定与所述监测站点对应的流量率定因子；根据所述流量率定因子对所述流量计算模型进行更新，得到更新后的流量计算模型，无需对不同监测方法使用不同的率定方法，而是引入流量率定因子进行率定，根据不同的流量测量方法，流量率定因子实现自更新，从而实现了率定方法的统一，且实现了流量计算模型的实时更新，从而提高了量测水率定的时效性，提高了监测站点流量计算的精确度。
Description
技术领域
本发明涉及水工建筑物技术领域，尤其涉及一种明渠量测水率定方法及终端。
背景技术
量测水指的是在灌区行业中计量渠道输水的流量和水量，可通过不同技术、不同监测方法获取渠道的流量和水量。在获取渠道量测水后需要对其进行率定，现有技术中，通常是依托前端监测设施，通过测量得到的水位流量关系映射表来进行流量值的率定，这种率定方法存在以下几点不足：
(1)当前端监测设施使用多种监测方式时，一种监测方式需要对应的一个率定方式进行率定，方法不统一，导致率定标准和结果可信度不高；
(2)需要前端物理环境或监测设施作为依托配套使用，导致应用场景单一，适用性较低；
(3)需要针对某一固定时间段内的数据进行率定，只能代表一段时间内的流量计算方法的精度，要保持这样的精度，就需要人工不断地进行率定和修改，工作量大，并且率定后的参数需要等下一次率定才能进行校核，两次率定周期之间由于渠道淤积、断面变化等因素都会导致流量值不准，不能自动进行参数率定，时效性差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种明渠量测水率定方法及终端，提高了量测水率定的时效性。
为了解决上述技术问题，本发明采用的一种技术方案为：
一种明渠量测水率定方法，包括：
获取渠道的监测站点的流量计算模型，根据所述流量计算模型计算得到所述监测站点的流量值，并生成流量数据统计表；
根据接收的与所述监测站点对应的流量率定请求基于所述流量数据统计表确定与所述监测站点对应的流量率定因子；
根据所述流量率定因子对所述流量计算模型进行更新，得到更新后的流量计算模型。
为了解决上述技术问题，本发明采用的另一种技术方案为：
一种明渠量测水率定终端，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
获取渠道的监测站点的流量计算模型，根据所述流量计算模型计算得到所述监测站点的流量值，并生成流量数据统计表；
根据接收的与所述监测站点对应的流量率定请求基于所述流量数据统计表确定与所述监测站点对应的流量率定因子；
根据所述流量率定因子对所述流量计算模型进行更新，得到更新后的流量计算模型。
本发明的有益效果在于：获取渠道的监测站点的流量计算模型，根据流量计算模型计算得到监测站点的流量值，并生成流量数据统计表，基于流量数据统计表确定流量率定因子，根据流量率定因子对流量计算模型进行更新，在流量率定时，无需对不同监测方法使用不同的率定方法，而是引入流量率定因子进行率定，根据不同的流量测量方法，流量率定因子实现自更新，从而实现了率定方法的统一，且实现了流量计算模型的实时更新，从而提高了量测水率定的时效性，提高了监测站点流量计算的精确度。
附图说明
图1为本发明实施例的一种明渠量测水率定方法的步骤流程图；
图2为本发明实施例的一种明渠量测水率定终端的结构示意图；
图3为本发明实施例明渠量测水率定方法中的流程示意图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
请参照图1，本发明实施例提供了一种明渠量测水率定方法，包括：
获取渠道的监测站点的流量计算模型，根据所述流量计算模型计算得到所述监测站点的流量值，并生成流量数据统计表；
根据接收的与所述监测站点对应的流量率定请求基于所述流量数据统计表确定与所述监测站点对应的流量率定因子；
根据所述流量率定因子对所述流量计算模型进行更新，得到更新后的流量计算模型。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：获取渠道的监测站点的流量计算模型，根据流量计算模型计算得到监测站点的流量值，并生成流量数据统计表，基于流量数据统计表确定流量率定因子，根据流量率定因子对流量计算模型进行更新，在流量率定时，无需对不同监测方法使用不同的率定方法，而是引入流量率定因子进行率定，根据不同的流量测量方法，流量率定因子实现自更新，从而实现了率定方法的统一，且实现了流量计算模型的实时更新，从而提高了量测水率定的时效性，提高了监测站点流量计算的精确度。
进一步地，所述流量率定请求包括预设流量计算时间段及所述监测站点的标识；
所述根据接收的与所述监测站点对应的流量率定请求基于所述流量数据统计表确定与所述监测站点对应的流量率定因子包括：
根据接收的与所述监测站点对应的流量率定请求中的所述标识确定流量数据统计表，基于所述流量数据统计表确定所述预设流量计算时间段对应的上下游水位差以及流量值；
基于所述预设流量计算时间段对应的上下游水位差以及流量值确定与所述监测站点对应的流量率定因子。
由上述描述可知，率定时，无论使用哪一流量计算模型，均引入流量率定因子进行率定，既能准确、有效地实现流量率定，也能够保证率定方法的统一，提高率定可靠性。
进一步地，所述基于所述预设流量计算时间段对应的上下游水位差以及流量值确定与所述监测站点对应的流量率定因子包括：
所述流量率定因子F为：
F＝a0+a1h+a2h2+…+aihk；
上述等式中，h表示所述上下游水位差，ai表示待定量，k表示指数常量，i表示所述预设流量计算时间段内的所述上下游水位差的数量；
根据标准差计算方式求解所述等式，得到所述待定量，从而得到所述流量率定因子；
所述根据所述流量率定因子对所述流量计算模型进行更新，得到更新后的流量计算模型包括：
所述更新后的流量计算模型Q’为：
Q’＝Q*F；
式中，Q表示所述流量计算模型。
由上述描述可知，按照标准差计算方式求解等式，得到待定量，从而得到流量率定因子，能够简单、快速地实现量测水率定，根据流量率定因子对流量计算模型进行更新，能够实现流量计算模型的动态更新，进而提高了流量计算的精确度。
进一步地，所述获取渠道的监测站点的流量计算模型包括：
获取渠道的监测站点的断面信息，并根据所述断面信息确定与所述断面信息对应的流量计算模型。
由上述描述可知，在计算流量值时，根据渠道不同监测站点的断面信息使用对应的流量计算模型进行计算，实现了一条渠道多种监测方法的融合应用，提高了适用性。
进一步地，所述断面信息包括标准断面；
若获取渠道的监测站点的断面信息为所述标准端面，则获取所述监测站点对应的过水断面面积、谢才系数、水力半径以及坡降；
基于所述过水断面面积、谢才系数、水力半径以及坡降确定与所述标准断面对应的第一流量计算模型；
所述第一流量计算模型Q1为：
式中，A表示所述过水断面面积，C表示所述谢才系数，R表示所述水力半径，j表示所述坡降。
由上述描述可知，当监测站点的断面信息为标准断面时，使用标准断面对应的流量计算模型进行流量值的计算，能够准确计算出标准断面的监测站点的流量值。
进一步地，所述断面信息包括巴歇尔槽；
若获取渠道的监测站点的断面信息为所述巴歇尔槽，则获取所述监测站点对应的喉道宽度以及上游水位；
基于所述喉道宽度以及上游水位确定与所述巴歇尔槽对应的第二流量计算模型；
所述第二流量计算模型Q2为：
式中，W表示所述喉道宽度，h1表示所述上游水位。
由上述描述可知，当监测站点的断面信息为巴歇尔槽，使用巴歇尔槽对应的流量计算模型进行计算，提高计算巴歇尔槽渠段流量值的准确度。
进一步地，所述断面信息包括三角堰；
若获取渠道的监测站点的断面信息为所述三角堰，则获取所述监测站点对应的三角堰堰顶夹角以及堰上水头；
基于所述三角堰堰顶夹角以及堰上水头确定与所述三角堰对应的第三流量计算模型；
所述第三流量计算模型Q3为：
式中，μ表示第一流量系数，θ表示所述三角堰堰顶夹角，H表示所述堰上水头，g表示重力加速度。
由上述描述可知，当监测站点的断面信息为三角堰时，使用三角堰流量计算模型进行计算，保证了三角堰流量值计算的准确度。
进一步地，所述断面信息包括矩形堰；
若获取渠道的监测站点的断面信息为所述矩形堰，则获取所述监测站点对应的堰宽以及堰上水头；
基于所述堰宽、堰上水头以及堰高确定与所述矩形堰对应的第四流量计算模型；
所述第四流量计算模型Q4为：
式中，m表示第二流量系数，b表示所述堰宽，H表示所述堰上水头。
由上述描述可知，当监测站点的断面信息为矩形堰，则使用矩形堰流量计算模型进行计算，由于一段渠道存在不同断面的渠段(即监测站点)，使用与断面信息对应的流量计算模型进行计算，实现了多种流量计算方法的融合应用，提高了流量计算的适用性以及准确度。
进一步地，所述生成流量数据统计表包括：
获取所述监测站点对应的流量计算时间、上游水位、下游水位以及上下游水位差；
根据所述监测站点、所述流量计算模型、所述流量值、所述流量计算时间、所述上游水位、所述下游水位以及所述上下游水位差生成流量数据统计表，并将所述流量数据统计表按照所述上下游水位差的大小进行排序。
由上述描述可知，根据监测站点、流量计算模型、流量值、流量计算时间、上游水位、下游水位以及上下游水位差生成流量数据统计表，流量数据统计表能够更直观体现当前监测站点在不同流量计算时间的流量数据，同时，将流量数据统计表按照上下游水位差的大小进行排序，便于后续根据流量数据统计表进行量测水的率定。
请参照图2，本发明另一实施例提供了一种明渠量测水率定终端，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述明渠量测水率定方法中的各个步骤。
实施例一
请参照图1、3，本实施例的一种明渠量测水率定方法，包括：
S1、获取渠道的监测站点的流量计算模型，根据所述流量计算模型计算得到所述监测站点的流量值，并生成流量数据统计表；
其中，如图3所示，所述获取渠道的监测站点的流量计算模型包括：
获取渠道的监测站点的断面信息，并根据所述断面信息确定与所述断面信息对应的流量计算模型；
所述断面信息包括标准断面，具体的，若获取渠道的监测站点的断面信息为所述标准端面，则获取所述监测站点对应的过水断面面积、谢才系数、水力半径以及坡降；
基于所述过水断面面积、谢才系数、水力半径以及坡降确定与所述标准断面对应的第一流量计算模型；
所述第一流量计算模型Q1为：
式中，A表示所述过水断面面积，C表示所述谢才系数，R表示所述水力半径，j表示所述坡降；
其中，所述坡降为常量，可根据实际情况自行设置，比如1：2000或1：1000；
根据所述标准断面还获取所述监测站点对应的底宽、边坡系数、水深以及渠坡与渠底的水平夹角，所述过水断面面积A＝(b+mh)h，m＝tan a，所述谢才系数所述水力半径/>
式中，b表示所述底宽，m表示所述边坡系数，h表示所述水深，a表示所述渠坡与渠底的水平夹角，n表示壁面粗糙对水流影响的系数常量，0.011≤n≤0.04，P表示过水断面润周；
所述断面信息包括巴歇尔槽，具体的，若获取渠道的监测站点的断面信息为所述巴歇尔槽，则获取所述监测站点对应的喉道宽度以及上游水位；
基于所述喉道宽度以及上游水位确定与所述巴歇尔槽对应的第二流量计算模型；
所述第二流量计算模型Q2为：
式中，W表示所述喉道宽度，h1表示所述上游水位；
所述断面信息包括三角堰，具体的，若获取渠道的监测站点的断面信息为所述三角堰，则获取所述监测站点对应的三角堰堰顶夹角以及堰上水头；
基于所述三角堰堰顶夹角以及堰上水头确定与所述三角堰对应的第三流量计算模型；
所述第三流量计算模型Q3为：
式中，μ表示第一流量系数，θ表示所述三角堰堰顶夹角，H表示所述堰上水头，g表示重力加速度；
其中，当θ＝90°时，即直角三角堰，且槛高大于或等于2倍的堰上水头，渠槽宽大于或等于3～4倍的堰上水头，最小堰上水头大于0.06米时，μ＝0.593，则所述第三流量计算模型Q3为Q3＝1.343H2.47；
所述断面信息包括矩形堰，具体的，若获取渠道的监测站点的断面信息为所述矩形堰，则获取所述监测站点对应的堰宽以及堰上水头；
基于所述堰宽、堰上水头以及堰高确定与所述矩形堰对应的第四流量计算模型；
所述第四流量计算模型Q4为：
式中，m表示第二流量系数，b表示所述堰宽，H表示所述堰上水头，具体的，所述第二流量系数m＝0.407+0.0533H/P，公式适用范围为0<H/P<6；
其中，还可根据不同类型的流量计设备获取所述监测站点的水位、流量数据，可直接作为基础流量值；
所述生成流量数据统计表包括：
获取所述监测站点对应的流量计算时间、上游水位、下游水位以及上下游水位差；
根据所述监测站点、所述流量计算模型、所述流量值、所述流量计算时间、所述上游水位、所述下游水位以及所述上下游水位差生成流量数据统计表，并将所述流量数据统计表按照所述上下游水位差的大小进行排序，如表1所示；
表1流量数据统计表
表1中站点名称可以是所述监测站点的标识；
其中，可将所述流量数据统计表按照所述上下游水位差的大小进行从大到小的排序或从小到大的排序；
在一种可选的实施方式中，在所述监测站点的上下游设置水位监测器，利用水位监测器获取所述上游水位以及所述下游水位；
S2、根据接收的与所述监测站点对应的流量率定请求基于所述流量数据统计表确定与所述监测站点对应的流量率定因子；
S3、根据所述流量率定因子对所述流量计算模型进行更新，得到更新后的流量计算模型。
实施例二
请参照图1，本实施例在实施例一的基础上进一步限定了如何对流量值进行率定，具体的：
所述流量率定请求包括预设流量计算时间段及所述监测站点的标识；
其中，所述预设流量计算时间段可根据实际需要进行设置；
所述S2包括：
S21、根据接收的与所述监测站点对应的流量率定请求中的所述标识确定流量数据统计表，基于所述流量数据统计表确定所述预设流量计算时间段对应的上下游水位差以及流量值；
S22、基于所述预设流量计算时间段对应的上下游水位差以及流量值确定与所述监测站点对应的流量率定因子；
具体的，所述流量率定因子F为：
F＝a0+a1h+a2h2+…+aihk；
上述等式中，h表示所述上下游水位差，ai表示待定量，k表示指数常量，i表示所述预设流量计算时间段内的所述上下游水位差的数量；
根据标准差计算方式求解所述等式，得到所述待定量，从而得到所述流量率定因子；
具体的，所述根据标准差计算方式求解所述等式，得到所述待定量，从而得到所述流量率定因子包括步骤：
S221、将所述流量率定因子F转化为：
式中，t表示所述预设流量计算时间段对应的流量值的数量，qi表示第i个所述上下游水位差对应的所述流量值；
S222、按照标准差计算方式求解所述等式，得到所述待定量；
具体的，所述流量率定因子为一个多项式等式，按照标准差计算方式进行计算，当标准差得到最小值时，即可得出该多项式的解，因此，可将流量率定因子先进行转化，然后结合F＝a0+a1h+a2h2+…+aihk以及对待定量ai＝0，1，2，3……t求偏导，得到t+1个等式，如下式所示：
以矩阵的形式将上述等式进行转化，矩阵如下所示：
S223、利用最小二乘法的思维对矩阵进行计算得到最小值对应的数组[a0，a1，...，at]，即所述流量率定因子的解，从而得到所述流量率定因子；
从上述量测水方法来看(即上述几种流量计算模型)，本质上都是水位-流量关系曲线，可以通过两次的水位、流量数据的对比获取一个确定的比例系数常量，由于渠道断面的供水情况是动态变化的，不同时刻计算出来的系数是不一样的，因此引入流量率定因子多项式，这个多项式就是以水位-流量为基础进行率定，流量率定因子实现自更新，可以在一段时间内自动进行流量率定，从而实现了率定方法的统一，且实现了流量计算模型的实时更新，从而提高了量测水率定的时效性，提高了监测站点流量计算的精确度；
所述S3包括：
所述更新后的流量计算模型Q’为：
Q’＝Q*F；
式中，Q表示所述流量计算模型；
具体的，管理人员可根据实际需要不定期的进行量测水的率定，使用所述更新后的流量计算模型进行下一次流量值计算；
还包括：
按照预设周期重置所述流量计算模型与所述流量率定因子，所述预设周期为一年；
具体的，由于每年的渠道会进行清淤，断面信息和流态都会变化，前一年的流量计算模型不一定适用于当年，每年年初对流量计算模型进行重置，重新回到初始流量计算模型，并重新确定流量率定因子，提高了量测水的适用性和可靠性。
实施例三
请参照图2，一种明渠量测水率定终端，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现实施例一或实施例二中的明渠量测水率定方法中的各个步骤。
综上所述，本发明提供的一种明渠量测水率定方法及终端，获取渠道的监测站点的断面信息，并根据断面信息确定与断面信息对应的流量计算模型，根据流量计算模型计算得到所述监测站点的流量值，并生成流量数据统计表，根据渠道不同监测站点的断面信息使用对应的流量计算模型进行计算，实现了一条渠道多种监测方法的融合应用，提高了适用性；根据接收的与所述监测站点对应的流量率定请求中的标识确定流量数据统计表，基于流量数据统计表确定预设流量计算时间段对应的上下游水位差以及流量值，基于预设流量计算时间段对应的上下游水位差以及流量值确定与监测站点对应的流量率定因子，无论使用哪一流量计算模型，均引入流量率定因子进行率定，既能准确、有效地实现流量率定，也能够保证率定方法的统一，提高率定可靠性；根据流量率定因子对流量计算模型进行更新，得到更新后的流量计算模型，实现了流量计算模型的实时更新，从而提高了量测水率定的时效性，提高了监测站点流量计算的精确度。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (9)
1.一种明渠量测水率定方法，其特征在于，包括：
获取渠道的监测站点的流量计算模型，根据所述流量计算模型计算得到所述监测站点的流量值，并生成流量数据统计表；
根据接收的与所述监测站点对应的流量率定请求基于所述流量数据统计表确定与所述监测站点对应的流量率定因子；
根据所述流量率定因子对所述流量计算模型进行更新，得到更新后的流量计算模型；
所述流量率定请求包括预设流量计算时间段及所述监测站点的标识；
所述根据接收的与所述监测站点对应的流量率定请求基于所述流量数据统计表确定与所述监测站点对应的流量率定因子包括：
根据接收的与所述监测站点对应的流量率定请求中的所述标识确定流量数据统计表，基于所述流量数据统计表确定所述预设流量计算时间段对应的上下游水位差以及流量值；
基于所述预设流量计算时间段对应的上下游水位差以及流量值确定与所述监测站点对应的流量率定因子；
所述基于所述预设流量计算时间段对应的上下游水位差以及流量值确定与所述监测站点对应的流量率定因子包括：
所述流量率定因子F为：
F＝a0+a1h+a2h2+…+aihk；
上述等式中，h表示所述上下游水位差，ai表示待定量，k表示指数常量，i表示所述预设流量计算时间段内的所述上下游水位差的数量；
根据标准差计算方式求解所述等式，得到所述待定量，从而得到所述流量率定因子。
2.根据权利要求1所述的一种明渠量测水率定方法，其特征在于，
所述根据所述流量率定因子对所述流量计算模型进行更新，得到更新后的流量计算模型包括：
所述更新后的流量计算模型Q’为：
Q’＝Q*F；
式中，Q表示所述流量计算模型。
3.根据权利要求1所述的一种明渠量测水率定方法，其特征在于，所述获取渠道的监测站点的流量计算模型包括：
获取渠道的监测站点的断面信息，并根据所述断面信息确定与所述断面信息对应的流量计算模型。
4.根据权利要求3所述的一种明渠量测水率定方法，其特征在于，所述断面信息包括标准断面；
若获取渠道的监测站点的断面信息为所述标准端面，则获取所述监测站点对应的过水断面面积、谢才系数、水力半径以及坡降；
基于所述过水断面面积、谢才系数、水力半径以及坡降确定与所述标准断面对应的第一流量计算模型；
所述第一流量计算模型Q1为：
式中，A表示所述过水断面面积，C表示所述谢才系数，R表示所述水力半径，j表示所述坡降。
5.根据权利要求3所述的一种明渠量测水率定方法，其特征在于，所述断面信息包括巴歇尔槽；
若获取渠道的监测站点的断面信息为所述巴歇尔槽，则获取所述监测站点对应的喉道宽度以及上游水位；
基于所述喉道宽度以及上游水位确定与所述巴歇尔槽对应的第二流量计算模型；
所述第二流量计算模型Q2为：
式中，W表示所述喉道宽度，h1表示所述上游水位。
6.根据权利要求3所述的一种明渠量测水率定方法，其特征在于，所述断面信息包括三角堰；
若获取渠道的监测站点的断面信息为所述三角堰，则获取所述监测站点对应的三角堰堰顶夹角以及堰上水头；
基于所述三角堰堰顶夹角以及堰上水头确定与所述三角堰对应的第三流量计算模型；
所述第三流量计算模型Q3为：
式中，μ表示第一流量系数，θ表示所述三角堰堰顶夹角，H表示所述堰上水头，g表示重力加速度。
7.根据权利要求3所述的一种明渠量测水率定方法，其特征在于，所述断面信息包括矩形堰；
若获取渠道的监测站点的断面信息为所述矩形堰，则获取所述监测站点对应的堰宽以及堰上水头；
基于所述堰宽、堰上水头以及堰高确定与所述矩形堰对应的第四流量计算模型；
所述第四流量计算模型Q4为：
式中，m表示第二流量系数，b表示所述堰宽，H表示所述堰上水头。
8.根据权利要求1、4-7中任一项所述的一种明渠量测水率定方法，其特征在于，所述生成流量数据统计表包括：
获取所述监测站点对应的流量计算时间、上游水位、下游水位以及上下游水位差；
根据所述监测站点、所述流量计算模型、所述流量值、所述流量计算时间、所述上游水位、所述下游水位以及所述上下游水位差生成流量数据统计表，并将所述流量数据统计表按照所述上下游水位差的大小进行排序。
9.一种明渠量测水率定终端，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至8中任一项所述的一种明渠量测水率定方法中的各个步骤。
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