CN115523969A - 一种声层析江河流量应急测量系统及方法 - Google Patents

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张叔安
郑红
邓伟清
梁晓窗
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    • G01F1/704—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow using marked regions or existing inhomogeneities within the fluid stream, e.g. statistically occurring variations in a fluid parameter
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Abstract

本发明提供了一种声层析江河流量应急测量系统及方法，系统包括声基站，所述声基站通过稳固桩体连接于岸边，且所述声基站之间的连线与河水流向的夹角为θ；还包括操控平台，所述操控平台与所述声基站建立通信；其布放简便，抗干扰性能强，且不受河流测量现场恶劣天气的影响，洪水期间能在保证水情监测人员安全的情况下，持续、准确地测量和传输流量数据。

Description

一种声层析江河流量应急测量系统及方法
技术领域
本发明涉及江河流量监测领域，特别是涉及一种声层析江河流量应急测量系统及方法。
背景技术
洪涝灾害的频发严重威胁着我国广大人民群众的生命财产安全。在洪水来临前后提供河流表面流量数据对于洪水防汛决策的时效性、降低灾害带来的损失具有重要意义。
目前，我国江河流量的监测主要以缆道铅鱼、雷达测速仪、声学多普勒流速剖面仪(ADCP)等设备为主，这些测量设备多适用于流速较平缓时段，在洪水期间，缆道铅鱼无法下水作业，走航式ADCP也无法安全的进行测量。虽然无人机机载测量设备可以解决洪汛期间难以测量的状况，但无人机设备拥有续航短、测量稳定性低、大风天气易偏航等缺点。同时因为测量难度高，测到的流量精度也不够准确，常错失抢测洪峰时机，暴雨易发区河流洪水涨落变化剧烈，常规测速方法难以满足大洪水防汛决策时效性。
因此，亟需一种声层析江河流量应急测量系统及方法，能够解决现有测量方法在监测洪水期间江河流量过程中存在的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种声层析江河流量应急测量系统及方法，以解决上述现有江河流量测量设备无法在洪汛期间测量，无人机机载测量设备易受环境影响无法精确测量的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种声层析江河流量应急测量系统，包括声基站，所述声基站通过稳固桩体连接于岸边，且所述声基站之间的连线与河水流向的夹角为θ；还包括操控平台，所述操控平台与所述声基站建立通信。
优选地，所述声基站安装于浮球的底部，所述浮球内设有遥测终端机和电源，所述遥测终端机和所述电源均与所述声基站电性连接。
本发明还提供一种声层析江河流量应急测量方法，采用上述声层析江河流量应急测量系统，包括以下步骤：
S1.将声基站改造为便携式结构，将便携式声基站安装在浮球底部并与遥测终端机和电源连接；
S2.使用防水安全绳将安装有声基站的浮球与岸边的稳固桩体连接，投放安装有声基站的浮球，并使声基站之间的连线与河水流向的夹角为θ；
S3.计算当前河水流速；
S4.通过操控平台远程预设地形值，并实时同步河水流速和水位，计算当前横截面流量。
优选地，步骤S3中，计算方法为：测量声波从声基站A传播至声基站B所需的时间tAB，测量声波从声基站B传播至声基站A所需的时间tBA，利用公式(1)
Figure BDA0003849231070000021
和公式(2)
Figure BDA0003849231070000022
计算沿声基站A到声基站B方向的流速um和声速cm，其中R为声基站A到声基站B的距离，再利用公式(3)
Figure BDA0003849231070000023
计算当前河流流速vm。
优选地，声层析江河流量应急测量系统采用GPS授时同步技术。
优选地，声层析江河流量应急测量系统中的信号收发体系采用水声带宽扩频技术。
本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：
本发明提供的一种声层析江河流量应急测量系统及方法，系统包括声基站，所述声基站通过稳固桩体连接于岸边，且所述声基站之间的连线与河水流向的夹角为θ；还包括操控平台，所述操控平台与所述声基站建立通信；其布放简便，抗干扰性能强，且不受河流测量现场恶劣天气的影响，洪水期间能在保证水情监测人员安全的情况下，持续、准确地测量和传输流量数据。
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为本发明提供的一种声层析江河流量应急测量系统中浮球结构示意图；
图2为本发明提供的一种声层析江河流量应急测量方法实施状态图；
图3为本发明提供的一种声层析江河流量应急测量方法中河水流速计算原理图；
图中：1：声基站、2：浮球、3：遥测终端机、4：电源。
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，显然，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。
本发明的目的是提供一种声层析江河流量应急测量系统及方法，以解决现有江河流量测量设备无法在洪汛期间测量，无人机机载测量设备易受环境影响无法精确测量的问题。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1：
本实施例提供一种声层析江河流量应急测量系统，包括声基站1，声基站1通过稳固桩体连接于岸边，且声基站1之间的连线与河水流向的夹角为θ；还包括操控平台，操控平台与声基站1建立通信。
具体地，如图1所示，声基站1安装于浮球2的底部，浮球2内设有遥测终端机3和电源4，电源4可以采用高能锂电池独立供电，可持续工作两周以上，遥测终端机3和电源4均与声基站1电性连接。
本实施例还提供一种声层析江河流量应急测量方法，采用上述声层析江河流量应急测量系统，包括以下步骤：
S1.将声基站改造为便携式结构，将便携式声基站安装在浮球底部并与遥测终端机和电源连接，以保证系统的正常工作和数据传输；
S2.如图2所示，使用防水安全绳将安装有声基站的浮球与岸边的稳固桩体连接，保证浮球在选定区域内监测流速数据，投放安装有声基站的浮球，浮球投放的位置应尽量选择河床形态规则、变化平缓、无杂草生长的河段，遵循河道顺直，无明显阻碍水流过程的地形区域，尽量避开水工建筑物、河流交汇口、急弯、沙洲、河漫滩等区域，并使声基站之间的连线与河水流向的夹角为θ，以得到声速与流速的相对关系；
S3.计算当前河水流速；基于声波在水体传播中极易受水体温度、盐度、压强、流速等物理参数的影响的工作原理，如图2所示，计算方法为：测量声波从声基站A传播至声基站B所需的时间tAB，测量声波从声基站B传播至声基站A所需的时间tBA，利用公式(1)
Figure BDA0003849231070000041
和公式(2)
Figure BDA0003849231070000042
计算沿声基站A到声基站B方向的流速um和声速cm，其中R为声基站A到声基站B的距离，再利用公式(3)
Figure BDA0003849231070000043
计算当前河流流速vm。
S4.通过操控平台远程预设地形值，并实时同步河水流速和水位，计算当前横截面流量。
其中，由于RATS直接测量的物理量是声波传播时间，为了实现高精度的时间测量，声层析江河流量应急测量系统采用GPS授时同步技术，使得RATS时钟精度和稳定度与GPS保持一致达到10-12秒级，同步误差小于100纳秒。
进一步地，声层析江河流量应急测量系统中的信号收发体系采用水声带宽扩频技术，具有极强的抗干扰性能，使得接收信号输出有较高信噪比，大幅度提高了系统信号到达时间的检测精度，从而精确识别出信号到达时间，为准确测量流速和流量提供了基本保证。
本发明应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种声层析江河流量应急测量系统，其特征在于：包括声基站，所述声基站通过稳固桩体连接于岸边，且所述声基站之间的连线与河水流向的夹角为θ；还包括操控平台，所述操控平台与所述声基站建立通信。
2.根据权利要求1所述的声层析江河流量应急测量系统，其特征在于：所述声基站安装于浮球的底部，所述浮球内设有遥测终端机和电源，所述遥测终端机和所述电源均与所述声基站电性连接。
3.一种声层析江河流量应急测量方法，其特征在于：采用对比文件1-2任一所述的声层析江河流量应急测量系统，包括以下步骤：
S1.将声基站改造为便携式结构，将便携式声基站安装在浮球底部并与遥测终端机和电源连接；
S2.使用防水安全绳将安装有声基站的浮球与岸边的稳固桩体连接，投放安装有声基站的浮球，并使声基站之间的连线与河水流向的夹角为θ；
S3.计算当前河水流速；
S4.通过操控平台远程预设地形值，并实时同步河水流速和水位，计算当前横截面流量。
4.根据权利要求3所述的声层析江河流量应急测量方法，其特征在于：步骤S3中，计算方法为：测量声波从声基站A传播至声基站B所需的时间tAB，测量声波从声基站B传播至声基站A所需的时间tBA，利用公式(1)
Figure FDA0003849231060000011
和公式(2)
Figure FDA0003849231060000012
计算沿声基站A到声基站B方向的流速um和声速cm，其中R为声基站A到声基站B的距离，再利用公式(3)
Figure FDA0003849231060000013
计算当前河流流速vm。
5.根据权利要求3所述的声层析江河流量应急测量方法，其特征在于：声层析江河流量应急测量系统采用GPS授时同步技术。
6.根据权利要求3所述的声层析江河流量应急测量方法，其特征在于：声层析江河流量应急测量系统中的信号收发体系采用水声带宽扩频技术。
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CN117760507A (zh) * 2023-12-27 2024-03-26 广州远动信息技术有限公司 一种基于双频水声基站的江河声层析流量监测系统及方法

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CN117370731A (zh) * 2023-10-10 2024-01-09 广州远动信息技术有限公司 一种基于卷积神经网络的声音到达时间估计方法
CN117370731B (zh) * 2023-10-10 2024-06-04 广州远动信息技术有限公司 一种基于卷积神经网络的声音到达时间估计方法
CN117760507A (zh) * 2023-12-27 2024-03-26 广州远动信息技术有限公司 一种基于双频水声基站的江河声层析流量监测系统及方法

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