CN116222676B - 精准定位的毫米波水流量监测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及河流水流量测量技术领域，具体涉及一种精准定位的毫米波水流量监测方法及系统，其通过毫米波雷达对一区段内的河流表面划分若干网格，并采集每个所述网格的格流速；通过摄像头采集所述区段内的河流表面及岸边图像，结合边缘算法提取所述河流表面的轮廓，再结合各个所述格流速与河床模型及流量计算算法模型计算获得所述区段内的河流断面平均流量。本发明通过毫米波射雷达及数据处理单元对河面某一网格内的流速进行无接触监测，其摄像头的光轴及窄波天线的波束中心线在云台架的作用下能指向河流上各个区块，工作人员通过远程通信单元对监测基站进行控制，可实现对河面一个指定点位进行表面流速采集，进而得出基于该点的河流断面流量。

Description

精准定位的毫米波水流量监测方法及系统

技术领域

本发明涉及河流水流量测量技术领域，具体涉及一种精准定位的毫米波水流量监测方法及系统。

背景技术

陆地上的大小河流，水情均不稳定，有些常年川流不息，有些遇枯水季节可能会出现断流现象，有些在高洪期常常泛滥成灾。而河流的表面流速能有效地反映水情：平静河流的表面流速一般保持在0～1m/s之间；涌动时，流速为1～3m/s；湍急流淌时，能达到4～5m/s以上的高流速。遇断流情况，流速逐渐小于0.5m/s，直至无水流。

此外，洪涝灾害时，最大的表面流速可达8～12m/s。因此，实时掌握天然河流的表面水文变化规律不仅是河流水文学、河流动力学等研究的科学基础，而且对于监测河流的水文现象，预报与防治洪水有着至关重要的作用。由于天然河流复杂的紊动特性及河流周边复杂的现场环境大大增加了水文测验的难度。而我国的大多数河流的宽度在500m以下，宽度在100m以下的河流超过10万条。这些河流与人民生活密切相关，因此对这些河流的监测是水文水利工作的重点任务。

在一些监测技术中，对河宽200m以下的流速流量监测主要采用缆道、ADCP、时差法、浮标法等，这些方法测得的结果较为精确，但是存在测量仪器直接与河水接触，仪器的安置和维护成本很高。采用雷达进行非接触式测量则是近年来发展出来的一种新手段。

如美国Codar公司研制的RiverSonde工作在超高频波段，安装在河岸上完成河流表面流场测量，在河流水文观测中取得了较好的结果。

武汉大学开发了超高频雷达系统(专利号：201520806406.9)，在汤逊湖、汉江、中国东海沿海等地做了验证性实验；该系统工作频段在340MHz，距离分辨率10米，最大可测流速为4.1m/s，最大可探测距离为5km。

上海航征公司开发了雷达电波流速仪(专利号：CN107044875B)，采用组阵测量的方法完成河流表面流速流量测量。

武汉大学开发超高频雷达由于工作频率低，适用于大江大河(河宽200m以上)。上海航征公司开发的雷达电波流速仪存在安装复杂，受天气影响大的不足。

可见在现有的监测技术中，通过单一的雷达多普勒测速，或者通过摄像头特征移动测速，其雷达设备的结构相对简单，监测范围较小，对应较宽河面时，雷达焦距无法根据河面近端与远端的位置不同进行自动调节，设备中的摄像头移动测速容易受到环境，光线干扰，雷达通过发送接收微波，通过多普勒频移得到表面流速，覆盖区域与微波衰减，限制表面流速覆盖，同时表面流速不均匀，摄像头测速，天气因素导致特征点变差。

发明内容

本发明提供一种精准定位的毫米波水流量监测方法及系统，通过毫米波射雷达及数据处理单元对河面某一网格内的流速进行无接触监测，由于摄像头指向与天线组的波束指向一致，因此摄像头获取采集点所在河面中的位置，并根据河道内垂线流速的分布曲线来分析计算河道整体的流速。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种精准定位的毫米波水流量监测方法，其通过毫米波雷达对一区段内的河流表面划分若干网格，并采集每个所述网格的格流速；通过摄像头采集所述区段内的河流表面及岸边图像，结合边缘算法提取所述河流表面的轮廓，再结合各个所述格流速与河床模型及流量计算算法模型计算获得所述区段内的河流断面平均流量。

优选的，所述格流速的采集方法包括：

S1、对毫米波雷达照射河面的回波信号进行射频放大,正交解调和基带放大；

S2、通过正交解调的IQ信号进行A/D采样；

S3、对IQ信号进行脉冲压缩，实现距离上的高精度分辨率；

S4、通过加窗FFT计算、杂波抑制、非相干积累，得到功率谱；

S5、采用小波分析算法对所述功率谱进行计算，得到河流表面径向速度数据。

优选的，所述S4中，所述杂波抑制包括：对选取的m-1帧数据进行均值计算，将这m-1帧数据分别减去平均值，将数据零均值化，并将已零均值化的数据进行重构，将数据重置为n行m-1列，按列取数据并进行滤波及FFT加窗计算，再利用内插算法对杂波进行处理。

优选的，所述内插算法包括：先将中心点前后相同长度的数据进行平均处理，将平均值作为中心点前后内插的y值；再将要处理杂波部分的首尾两点字节数作为内插的x值；最后采用内插方法完成对零频杂波附近部分值的内插。

优选的，所述小波分析算法包括：

S51、对所述功率谱的各个频谱点做平滑；即，将每个频谱点左右相邻的各8个频谱点的平均值，作为该频谱点的值；

S52、找到幅度最大值所对应的频谱点，该频谱点左右各取8个相邻的频谱，并计算这17个频谱点的频率、幅度的加权平均，并将该平均值作为多普勒频率的估计值；

S53、连续采样；对每10个频谱图的估计值做一次平均，作为水流的多普勒频移，获得河流表面径向速度数据。

优选的，所述毫米波雷达的波束宽度小于2度。

优选的，所述河床模型通过摄像头采集河流不同水位的边缘轮廓，并结合边缘算法进行河床建模。

优选的，一种监测系统，其包括:

监测基站，所述监测基站内设有收发模块、图像处理系统、信号处理单元、数据处理单元和云台控制单元；

云台架，所述云台架设立在河流的岸边，并且所述云台架顶部设有朝向所述河流同一个区段的窄波天线和摄像头，所述窄波天线、所述摄像头及所述云台架的伺服电机分别与对应的所述收发模块、所述图像处理系统及所述云台控制单元电性连接；

所述数据处理单元通过所述云台控制单元及所述图像处理系统对所述区段内各个时期中不同高度的河面边缘进行识别，并结合所述伺服电机的角度及图像边缘处理算法生成所述区段内的河床模型；

所述监测基站通过所述图像处理系统对所述区段内的河面进行网格划分，形成若干块区；

所述监测基站通过所述云台控制单元及所述收发模块对各个所述块区进行毫米波信号采集；

所述信号处理单元接收所述收发模块反馈的所述毫米波信号，并进行信号处理，所述数据处理单元根据处理后的信号对各个所述块区的表面流速进行计算，并结合表面流速与河床模型及流量计算算法模型计算获得所述河流区段内的河流断面平均流速。

优选的，所述云台架包括：

基座，所述基座顶部设有水平的转台，所述基座设有驱动所述转台旋转的第一马达；所述转台顶部中央竖直的设有立柱；

摆台，所述摆台位于所述立柱的顶部，且所述摆台底部通过水平的铰接轴与所述立柱顶部铰接配合，所述立柱设有驱动所述摆台翻转的第二马达；所述摆台顶部中央垂直的设有支架，所述摆台对应所述支架的两侧分别垂直的设有轴头，两个所述轴头与所述支架呈直线排列，且排列方向与所述铰接轴相平行；

天线微调座，所述天线微调座成对设置，并分别配合在对应的两个所述轴头上；所述窄波天线包括第一天线和第二天线，所述第一天线与所述第二天线分别设置在对应的两个所述天线微调座顶部；所述摄像头设置在所述支架顶部，并且所述摄像头的朝向与所述铰接轴方向相垂直，并且所述摄像头高度与所述第一天线及所述第二天线中心高度平齐；

所述转台顶部设有与所述铰接轴朝向垂直的轨道，所述轨道顶部设有调节台，所述调节台与所述转台之间设有调节丝杠；所述调节台顶部中央竖直的设有内螺套，所述内螺套内螺纹配合有向上延伸的前束调节杆，两个所述天线微调座相近一侧的边缘分别与所述前束调节杆顶端之间铰接有鱼眼拉杆。

本发明有益效果为：通过毫米波射雷达及数据处理单元对河面某一网格内的流速进行无接触监测，由于摄像头指向与天线组的波束指向一致，因此摄像头获取采集点所在河面中的位置，并根据河道内垂线流速的分布曲线来分析计算河道整体的流速。根据毫米波雷达与图像采集的优异性能，还实现了对河宽10-1000m的河流进行流量监测。其中数据处理单元利用现有的图像识别算法对河面进行划分区块，并将采集到的区块内的河流表面流速进行计算分析，从而得出河流整体的流量数据。

为了能对河流表面不同区块的流速进行采集验证，因此摄像头的光轴及窄波天线的波束中心线在云台架的作用下能指向河流宽度方向上各个区块，工作人员通过远程通信单元对监测基站进行控制，可实现对河面一个指定点位进行表面流速采集，进而得出基于该点的河流断面流量。

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为本发明格流速算法流程图；

图2为本发明数据平滑及流速计算算法流程图；

图3为对采样的IQ信号进行FFT后典型的频谱图；

图4为功率谱频谱点平滑处理后的示意图；

图5为远距离的河流表面多普勒频率；

图6为远距离的河流表面镜像频率；

图7为本发明系统结构示意图；

图8为雷达波束平行状态下的河流表面采集位置示意图；

图9为本发明云台架侧部结构示意图；

图10为本发明云台架顶部结构示意图；

图11为聚焦后的雷达波束与摄像头头对河流表面采集位置示意图。

附图标记：监测基站1、收发模块2、图像处理系统3、信号处理单元4、数据处理单元5、云台控制单元6、云台架7、窄波天线8、摄像头9、基座11、转台12、第一马达13、立柱14、摆台15、铰接轴16、第二马达17、支架18、轴头19、天线微调座20、第一天线21、轨道23、调节台24、调节丝杠25、内螺套26、前束调节杆27、鱼眼拉杆28。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明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作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。

如图1、图2所示，一种精准定位的毫米波水流量监测方法，其通过毫米波雷达对一区段内的河流表面划分若干网格，并采集每个所述网格的格流速；通过摄像头9采集所述区段内的河流表面及岸边图像，结合边缘算法提取所述河流表面的轮廓，再结合各个所述格流速与河床模型及流量计算算法模型计算获得所述区段内的河流断面平均流量。

其中，所述格流速的采集方法包括：

S1、对毫米波雷达照射河面的回波信号进行射频放大,正交解调和基带放大；

S2、通过正交解调的IQ信号进行A/D采样；

S3、对IQ信号进行脉冲压缩，实现距离上的高精度分辨率；

S4、通过加窗FFT计算、杂波抑制、非相干积累，得到功率谱；

S5、采用小波分析算法对所述功率谱进行计算，得到河流表面径向速度数据。

上述方法中，毫米波雷达数据接收时，假设采样率为f_s，采样时间为，累计得到N个采样点的数据算作一次处理数据，将接收到的数据平均分为m组，每组n个字节，将这m组数据分别进行处理并做最后的流速计算。

而对于杂波抑制中，在雷达动目标检测处理中，需要有效抑制杂波，并防止目标被白化，在流速测量过程中，岸边及流水中间小岛反射回来的杂波信号多普勒频率为0，可以认为杂波位于零频附近，并对杂波进行处理。对选取的m-1帧数据（丢弃刚开始收集的一帧数据，防止由于初测不稳定带来的误差）进行均值计算，将这m-1帧数据分别减去平均值，将数据零均值化，并将已零均值化的数据进行重构，将数据重置为n行m-1列，按列取数据并进行滤波及FFT，完成上述处理后，接下来利用内插算法对杂波进行处理。

在对多普勒零频附近杂波进行处理时，若直接挖空则会导致数据误差偏大，采用内插算法，对零多普勒附近频率进行内插处理可以将零频附近处理完成的数据用于流速估计，降低由于中间数据直接挖空带来的流速测量不准确等问题。内插算法包括：sinc函数内插、样条插值、线性插值、双线性插值、双三次插值等，例如在保证计算量一定的情况下可以采用线性内插，其流程为：①将中心点（处理数据为n个字节，则中心点位于n/2字节处）前后相同长度的适当点的数据进行平均处理，该平均值作为中心点前后内插的y值；②将中间要处理杂波部分的首尾两点字节数作为内插的x值；③由采用内插方法完成对零频杂波附近部分值的内插。

另外，S5中的小波分析算法包括：

S51、对所述功率谱的各个频谱点做平滑；即，将每个频谱点左右相邻的各8个频谱点的平均值，作为该频谱点的值，如图4所示；而边缘的频谱点则忽略。

S52、找到幅度最大值所对应的频谱点，该频谱点左右各取8个相邻的频谱，并计算这17个频谱点的频率、幅度的加权平均，并将该平均值作为多普勒频率的估计值；

S53、连续采样；对每10个频谱图的估计值做一次平均，作为水流的多普勒频移，获得河流表面径向速度数据。

图3示出了S4中对采样的IQ信号进行FFT后典型的频谱图，其中，以频率0为中心，有类似钟形曲线的频谱通常是地物回波，而频率在+30和-30附近也有类似钟形曲线的频谱，这通常是反应水流速度的多普勒频移所对应的频谱及其镜像频率。

其中，对于远距离的河流表面水流回波信号，此时零频附近幅度很高，其多普勒频率及其镜像频率如图5和图6所示。而此时可在应用软件操作中勾选“非低速水流测量”，并启用滤波算法将0频附近若干点的频谱过滤掉，再采用S52、S53的步骤进行计算即可。对杂波处理完成后的数据进行平滑处理及求出流速，流程图表示如图2，对线性内插后的数据进行平滑处理可以降低对整体平均的影响，即进一步消除噪声影响，然后对平滑后数据求峰值，找到峰值所在点对应下标，对平滑后数据赋值并求取平滑数据的平均值。

上述方法中，找到多普勒中心频率后需要利用中心频率附近前后任意点的FFT的数据，计算出精确速率。首先求取多普勒中心，前面已经找到峰值所在点，峰值所在点对应的频率即多普勒中心频率，对已经求得的峰值所在点前后任意个点进行处理，处理流程为：①判断该点处平滑值是否大于平滑平均值权值；②若大于则对该区域值以所在点标号作为权值进行求和；③将大于平滑平均值的所有平滑值进行求和。根据以上求得的数据得到中心点，利用中心点与采样频率的关系得出多普勒频率，并按照多普勒频率与速度的关系反求流速，每次处理计算一次平均流速，次处理得到的速度平均即为最终流速。

根据图7所示，在实际应用中，精准定位的毫米波水流量监测方法通过一种监测系统来实现，这种检测系统，包括:监测基站1，所述监测基站1内设有收发模块2、图像处理系统3、信号处理单元4、数据处理单元5和云台控制单元6，以及为它们提供工作电流的电源系统，其中的电源系统可采用市电或带有太阳能充电装置的电池等；云台架7，所述云台架7设立在河流的岸边，并且所述云台架7顶部设有朝向所述河流同一个区段的窄波天线8和摄像头9，所述窄波天线8、所述摄像头9及所述云台架7的伺服电机分别与所述收发模块2、所述图像处理系统3及所述云台控制单元6电性连接。

为了使该监测系统能够精确监测河流的流量，监测系统首先要制作该区段内的河床结构模型，并从中获取河床坡面的地形特征，便于后期流量计算中影响流速的河流截面特征，该过程中的数据处理单元5通过云台控制单元6及图像处理系统3对所述区段内各个时期中不同高度的河面边缘进行识别，从而形成对应该河流区段的多个等高线，通过摄像头9与河面边缘线的指向，并结合云台架7的伺服电机的角度及图像边缘处理算法生成所述区段内的河床模型。另外，该河床模型也可通过工作人员通过与数据处理单元5、图像处理系统3的直接联机进行导入实际测绘模型或模型参数来实现。

在河面流速计算过程中，所述监测基站1通过所述图像处理系统3对所述区段内的河面进行网格划分，形成若干块区；所述监测基站1通过所述云台控制单元6及所述收发模块2对各个所述块区进行毫米波信号采集；所述信号处理单元4接收所述收发模块2反馈的所述毫米波信号并进信号处理，数据处理单元5根据处理后的信号对各个所述块区的表面流速进行计算，并结合表面流速与河床模型及流量计算算法模型计算获得所述河流区段内的河流断面平均流速。

该系通过毫米波射雷达及数据处理单元5对河面某一网格内的流速进行无接触监测，由于摄像头9指向与天线组的波束指向一致，因此摄像头9获取采集点所在河面中的位置，并根据河道内垂线流速的分布曲线来分析计算河道整体的流速。根据毫米波雷达与图像采集的优异性能，还实现了对河宽10-1000m的河流进行流量监测。其中数据处理单元5利用现有的图像识别算法对河面进行划分区块，并将采集到的区块内的河流表面流速进行计算分析，从而得出河流整体的流量数据。

其中，监测基站1还设有远程通信单元，工作人员可通过远程访问来对监测基站1进行控制，例如通过控制云台控制单元6以及图像处理系统3，使摄像头9指向河面中的特定点位，并由雷达系统、信号处理单元4和数据处理单元5对该点位的河面进行表面流速计算。

其中图8示出了常规意义上的雷达系统与摄像头9配合后对河面采集位置的示意图，可见雷达波束的中心线与摄像头9光轴平行，因此不会在河流表面形成一个统一的焦点，这对数据采集精度存在着一定的影响。

如图9、图10所示，为了解决摄像头9、第一天线21及第二天线的指向焦距问题，该检测系统的云台架7包括：基座11，所述基座11顶部设有水平的转台12，所述基座11设有驱动所述转台12旋转的第一马达13；所述转台12顶部中央竖直的设有立柱14；摆台15，所述摆台15位于所述立柱14的顶部，且所述摆台15底部通过水平的铰接轴16与所述立柱14顶部铰接配合，所述立柱14设有驱动所述摆台15翻转的第二马达17；所述摆台15顶部中央垂直的设有支架18，所述摆台15对应所述支架18的两侧分别垂直的设有轴头19，两个所述轴头19与所述支架18呈直线排列，且排列方向与所述铰接轴16相平行；天线微调座20，所述天线微调座20成对设置，并分别配合在对应的两个所述轴头19上；所述窄波天线8包括第一天线21和第二天线，所述第一天线21与所述第二天线分别设置在对应的两个所述天线微调座20顶部；所述摄像头9设置在所述支架18顶部，并且所述摄像头9的朝向与所述铰接轴16方向相垂直，并且所述摄像头9高度与所述第一天线21及所述第二天线中心高度平齐；所述转台12顶部设有与所述铰接轴16朝向垂直的轨道23，所述轨道23顶部设有调节台24，所述调节台24与所述转台12之间设有调节丝杠25；所述调节台24顶部中央竖直的设有内螺套26，所述内螺套26内螺纹配合有向上延伸的前束调节杆27，两个所述天线微调座20相近一侧的边缘分别与所述前束调节杆27顶端之间铰接有鱼眼拉杆28。

上述设置中，云台控制单元6对通过对第二马达17的驱动，实现摆台15的俯仰角度调节，其中摆台15的俯仰角度也可通过在第二马达17上设置编码器或由步进电机实现的第二马达17的脉冲信号实现控制与采集，当摆台15向前倾斜时，可对近岸侧的河面进行表面流速采集，此时由于前束杆不跟随摆台15前倾动作，因此在鱼眼拉杆28的作用下，回拉两个天线微调座20的边缘，使两个天线微调座20带动第一天线21及第二天线的指向向摄像头9的光轴方向靠近，并在近岸侧的河面上形成采集焦点；反之，当摆台15上扬时，摄像头9指向朝向远岸端的河面，此时随之摆台15的上扬，鱼眼拉杆28推动两个天线微调座20的边缘，使其产生偏转，令第一天线21、第二天线的波束中心线与摄像头9光轴的夹角变小，从而在远岸端的河面形成采集焦点，如图11所示。

在云台架7的安装初始化调节过程中，安装施工人员先分别在河面的近岸端及远岸端均设置角反射器，再通过收发模块2查找波束中心点，最后通过查找的波束中心点来与河面近岸端及远岸端的角反射器位置进行对比，从而实现焦距调节。在焦距调节操作中，通过调节丝杠25改变调节台24与支架18之间的距离或通过前束调节杆27的高度来实现天线微调座20的旋转区间，同时还通过调节鱼眼拉杆28的长度来调节天线微调座20的指向，从而满足对应该河面宽度线上的焦距自适应微调功能，由此来提高河面流速采集的精准度。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种精准定位的毫米波水流量监测方法，其特征在于:

通过毫米波雷达对一区段内的河流表面划分若干网格，并采集每个所述网格的格流速；

通过摄像头采集所述区段内的河流表面及岸边图像，结合边缘算法提取所述河流表面的轮廓，再结合各个所述格流速与河床模型及流量计算算法模型计算获得所述区段内的河流断面平均流量；

所述格流速的采集方法包括：

S1、对毫米波雷达照射河面的回波信号进行射频放大,正交解调和基带放大；

S2、通过正交解调的IQ信号进行A/D采样；

S3、对IQ信号进行脉冲压缩，实现距离上的高精度分辨率；

S4、通过加窗FFT计算、杂波抑制、非相干积累，得到功率谱；

S5、采用小波分析算法对所述功率谱进行计算，得到河流表面径向速度数据。

2.根据权利要求1所述的一种精准定位的毫米波水流量监测方法，其特征在于，所述S4中，所述杂波抑制包括：对选取的m-1帧数据进行均值计算，将这m-1帧数据分别减去平均值，将数据零均值化，并将已零均值化的数据进行重构，将数据重置为n行m-1列，按列取数据并进行滤波及FFT加窗计算，再利用内插算法对杂波进行处理。

3.根据权利要求2所述的一种精准定位的毫米波水流量监测方法，其特征在于，所述内插算法包括：先将中心点前后相同长度的数据进行平均处理，将平均值作为中心点前后内插的y值；再将要处理杂波部分的首尾两点字节数作为内插的x值；最后采用内插方法完成对零频杂波附近部分值的内插。

4.根据权利要求1所述的一种精准定位的毫米波水流量监测方法，其特征在于，所述小波分析算法包括：

S51、对所述功率谱的各个频谱点做平滑；即，将每个频谱点左右相邻的各8个频谱点的平均值，作为该频谱点的值；

S52、找到幅度最大值所对应的频谱点，该频谱点左右各取8个相邻的频谱，并计算这17个频谱点的频率、幅度的加权平均，并将该平均值作为多普勒频率的估计值；

S53、连续采样；对每10个频谱图的估计值做一次平均，作为水流的多普勒频移，获得河流表面径向速度数据。

5.根据权利要求1所述的一种精准定位的毫米波水流量监测方法，其特征在于，所述毫米波雷达的波束宽度小于2度。

6.根据权利要求1所述的一种精准定位的毫米波水流量监测方法，其特征在于，所述河床模型通过摄像头采集河流不同水位的边缘轮廓，并结合边缘算法进行河床建模。

7.一种监测系统，用于权利要求1所述的一种精准定位的毫米波水流量监测方法，其特征在于,包括:

监测基站，所述监测基站内设有收发模块、图像处理系统、信号处理单元、数据处理单元和云台控制单元；

云台架，所述云台架设立在河流的岸边，并且所述云台架顶部设有朝向所述河流同一个区段的窄波天线和摄像头，所述窄波天线、所述摄像头及所述云台架的伺服电机分别与对应的所述收发模块、所述图像处理系统及所述云台控制单元电性连接；

所述数据处理单元通过所述云台控制单元及所述图像处理系统对所述区段内各个时期中不同高度的河面边缘进行识别，并结合所述伺服电机的角度及图像边缘处理算法生成所述区段内的河床模型；

所述监测基站通过所述图像处理系统对所述区段内的河面进行网格划分，形成若干块区；

所述监测基站通过所述云台控制单元及所述收发模块对各个所述块区进行毫米波信号采集；

所述信号处理单元接收所述收发模块反馈的所述毫米波信号，并进行信号处理，所述数据处理单元根据处理后的信号对各个所述块区的表面流速进行计算，并结合表面流速与河床模型及流量计算算法模型计算获得所述河流区段内的河流断面平均流速；

所述云台架包括：

基座，所述基座顶部设有水平的转台，所述基座设有驱动所述转台旋转的第一马达；所述转台顶部中央竖直的设有立柱；

摆台，所述摆台位于所述立柱的顶部，且所述摆台底部通过水平的铰接轴与所述立柱顶部铰接配合，所述立柱设有驱动所述摆台翻转的第二马达；所述摆台顶部中央垂直的设有支架，所述摆台对应所述支架的两侧分别垂直的设有轴头，两个所述轴头与所述支架呈直线排列，且排列方向与所述铰接轴相平行；

天线微调座，所述天线微调座成对设置，并分别配合在对应的两个所述轴头上；所述窄波天线包括第一天线和第二天线，所述第一天线与所述第二天线分别设置在对应的两个所述天线微调座顶部；所述摄像头设置在所述支架顶部，并且所述摄像头的朝向与所述铰接轴方向相垂直，并且所述摄像头高度与所述第一天线及所述第二天线中心高度平齐；

所述转台顶部设有与所述铰接轴朝向垂直的轨道，所述轨道顶部设有调节台，所述调节台与所述转台之间设有调节丝杠；所述调节台顶部中央竖直的设有内螺套，所述内螺套内螺纹配合有向上延伸的前束调节杆，两个所述天线微调座相近一侧的边缘分别与所述前束调节杆顶端之间铰接有鱼眼拉杆。