CN117991258A - 输水建筑物过流能力监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水利工程技术领域，具体涉及输水建筑物过流能力监测系统。摄像设备对目标输水渠道中的各目标输水建筑物对应的预设区域进行拍摄，得到区域流态分布图像。电子设备对区域流态分布图像进行图像处理，确定过流能力监测设备对应的安装位置；高程测量设备计算各安装位置的雷达设备对应的位置高程；雷达设备测量雷达设备与渠道水面之间的距离。流速流量测量设备，用于监测渠道断面对应的断面流量和断面流速。电子设备根据各目标输水建筑物对应的断面水位、断面流量、断面流速确定各目标输水建筑物之间渠道的输水能力。从而实现了确定各目标输水建筑物之间渠道的输水能力，及时掌握总干渠的水情综合状况，探究继续提升输水能力。
Description
技术领域
本发明涉及水利工程技术领域，具体涉及输水建筑物过流能力监测系统。
背景技术
跨地区、跨流域的大型明渠调水工程能够保证沿线的生产和生活用水，显著改善沿线居民的用水水质和区域生态环境，直接受益人口众多，具有重大社会效益和经济效益。
而对于单个的输水建筑物而言，在大流量输水期间输水渡槽及渠道倒虹吸的上下游出现局部流态紊乱等现象，同时在长距离输水工程中，由于布设水位流量等监测设备缺乏以及精度不高，无法对输水建筑物的过流能力及流态状况进行有效监测和评价。
因此，为了给长距离明渠输水工程运行管理及调度提供可靠的信息，更便捷的监视渠道段的安全运行，反映渠段的工作状况，对可能发生的险情提前预报，有必要设计一种输水建筑物过流能力监测系统，来及时掌握渠道段的水情综合状况以及探究继续提升输水能力。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种输水建筑物过流能力监测系统，以解决现有技术无法确定各目标输水建筑物之间的渠道的输水能力的问题。
第一方面，本发明提供了一种输水建筑物过流能力监测系统，输水建筑物过流能力监测系统包括摄像设备、过流能力监测设备以及电子设备；其中，过流能力监测设备包括高程测量设备、雷达设备和流速流量测量设备，其中，摄像设备、高程测量设备、雷达设备和流速流量测量设备均与电子设备通信连接，其中：
摄像设备，用于对目标输水渠道中的各目标输水建筑物对应的上游第一预设区域和下游第二预设区域进行拍摄，分别得到各目标输水建筑物对应的上游区域流态分布图像和下游区域流态分布图像，并将各上游区域流态分布图像和各下游区域流态分布图像传输至电子设备；
电子设备，用于针对各目标输水建筑物，对目标输水建筑物对应的上游区域流态分布图像和下游区域流态分布图像进行图像处理，分别确定上游第一预设区域对应的第一表面流速和第一表面涡量和下游第二预设区域对应的第二表面流速和第二表面涡量；根据第一表面流速和第一表面涡量，在上游第一预设区域确定过流能力监测设备对应的第一安装位置；根据第二表面流速和第二表面涡量在下游第二预设区域确定过流能力监测设备对应的第二安装位置；
高程测量设备，用于计算安装在第一安装位置的雷达设备对应的第一位置高程以及安装在第二安装位置的雷达设备对应的第二位置高程；将第一位置高程和第二位置高程传输至电子设备；
安装在第一安装位置的雷达设备，用于测量雷达设备到第一安装位置对应的第一渠道断面的水面之间的第一距离，并将第一距离传输至电子设备；
安装在第二安装位置的雷达设备，用于测量雷达设备到第二安装位置对应的第二渠道断面的水面之间的第二距离，并将第二距离传输至电子设备；
流速流量测量设备，用于监测各目标输水建筑物对应的第一渠道断面对应的第一断面流量和第一断面流速，以及第二渠道断面对应的第二断面流量和第二断面流速；并将第一断面流量、第一断面流速、第二断面流量和第二断面流速传输至电子设备；
电子设备，用于利用第一位置高程减去第一距离，得到第一渠道断面对应的第一断面水位；利用第二位置高程减去第二距离，得到第二渠道断面对应的第二断面水位；根据各目标输水建筑物对应的第一断面水位、第一断面流量、第一断面流速、第二断面水位、第二断面流量和第二断面流速确定各目标输水建筑物之间的渠道的输水能力。
本申请实施例提供的输水建筑物过流能力监测系统，利用摄像设备对目标输水渠道中的各目标输水建筑物对应的上游第一预设区域和下游第二预设区域进行拍摄，分别得到各目标输水建筑物对应的上游区域流态分布图像和下游区域流态分布图像。然后，电子设备针对各目标输水建筑物，对目标输水建筑物对应的上游区域流态分布图像和下游区域流态分布图像进行图像处理，分别确定上游第一预设区域对应的第一表面流速和第一表面涡量和下游第二预设区域对应的第二表面流速和第二表面涡量，保证了确定的上游第一预设区域对应的第一表面流速和第一表面涡量和下游第二预设区域对应的第二表面流速和第二表面涡量的准确性。根据第一表面流速和第一表面涡量，在上游第一预设区域确定过流能力监测设备对应的第一安装位置；根据第二表面流速和第二表面涡量在下游第二预设区域确定过流能力监测设备对应的第二安装位置，保证了确定的第一安装位置和第二安装位置的准确性。然后，利用高程测量设备算安装在第一安装位置的雷达设备对应的第一位置高程以及安装在第二安装位置的雷达设备对应的第二位置高程，保证了计算得到的第一位置高程和第二位置高程的准确性。雷达设备可以测量雷达设备到第一安装位置对应的第一渠道断面的水面之间的第一距离以及雷达设备到第二安装位置对应的第二渠道断面的水面之间的第二距离，从而使得电子设备可以根据第一距离和第一位置高程，计算第一断面水位，并根据第二距离和第二位置高程计算第二断面水位。流速流量测量设备可以用于监测各目标输水建筑物对应的第一渠道断面对应的第一断面流量和第一断面流速，以及第二渠道断面对应的第二断面流量和第二断面流速。电子设备根据各目标输水建筑物对应的第一断面水位、第一断面流量、第一断面流速、第二断面水位、第二断面流量和第二断面流速确定各目标输水建筑物之间的渠道的输水能力，保证了确定的各目标输水建筑物之间的渠道的输水能力的准确性。不需要人工对目标输水渠道中各个目标安装位置的断面流量、断面流速以及断面水位进行监测。实现了及时掌握总干渠的水情综合状况，探究继续提升输水能力。
在一种可选的实施方式中，电子设备，用于对各帧下游区域流态分布图像进行增强处理，生成下游区域流态增强图像；
对各帧下游区域流态增强图像进行识别，确定各帧下游区域流态增强图像中的各粒子从当前帧下游区域流态增强图像到下一帧下游区域流态增强图像对应的最可能位移；
根据各粒子从当前帧下游区域流态增强图像到下一帧下游区域流态增强图像对应的最可能位移，计算下游第二预设区域对应的第二表面流速和第二表面涡量。
本申请实施例提供的输水建筑物过流能力监测系统，对各帧下游区域流态分布图像进行增强处理，生成下游区域流态增强图像，从而便于电子设备对下游区域流态增强图像进行识别，且可以提高对下游区域流态增强图像进行识别的准确性。对各帧下游区域流态增强图像进行识别，确定各帧下游区域流态增强图像中的各粒子从当前帧下游区域流态增强图像到下一帧下游区域流态增强图像对应的最可能位移，保证了确定的最可能位移的准确性。进而根据各粒子从当前帧下游区域流态增强图像到下一帧下游区域流态增强图像对应的最可能位移，计算下游第二预设区域对应的第二表面流速和第二表面涡量，保证了计算得到的下游第二预设区域对应的第二表面流速和第二表面涡量的准确性。
在一种可选的实施方式中，电子设备，用于对各帧下游区域流态增强图像进行区域划分，得到各帧下游区域流态增强图像对应的询问区域；对相邻两帧下游区域流态增强图像进中的各询问区域进行交叉相关计算，得到各粒子从当前帧下游区域流态增强图像到下一帧下游区域流态增强图像对应的最可能位移。
本申请实施例提供的输水建筑物过流能力监测系统，对各帧下游区域流态增强图像进行区域划分，得到各帧下游区域流态增强图像对应的询问区域；保证了得到的询问区域的准确性。对相邻两帧下游区域流态增强图像进中的各询问区域进行交叉相关计算，得到各粒子从当前帧下游区域流态增强图像到下一帧下游区域流态增强图像对应的最可能位移，保证了得到了各粒子从当前帧下游区域流态增强图像到下一帧下游区域流态增强图像对应的最可能位移的准确性。
在一种可选的实施方式中，电子设备还用于获取最大流速阈值，根据最大流速阈值以及各帧下游区域流态增强图像之间的时间间隔，计算最大位移阈值；将各最可能位移与最大位移阈值进行对比，删除大于最大位移阈值的各最可能位移，得到各目标位移；
基于各目标位移计算各粒子的速度；根据各粒子的速度，确定下游第二预设区域对应的第二表面流速；
基于各目标位移与表面涡量之间的关系，确定下游第二预设区域对应的第二表面涡量。
本申请实施例提供的输水建筑物过流能力监测系统，获取最大流速阈值，根据最大流速阈值以及各帧下游区域流态增强图像之间的时间间隔，计算最大位移阈值；保证了计算得到的最大位移阈值的准确性。将各最可能位移与最大位移阈值进行对比，删除大于最大位移阈值的各最可能位移，得到各目标位移，保证了得到的各目标位移满足实际情况，且更加准确。基于各目标位移计算各粒子的速度；根据各粒子的速度，确定下游第二预设区域对应的第二表面流速；保证了确定的下游第二预设区域对应的第二表面流速的准确性。基于各目标位移与表面涡量之间的关系，确定下游第二预设区域对应的第二表面涡量，保证了确定的下游第二预设区域对应的第二表面涡量的准确性。
在一种可选的实施方式中，电子设备，用于获取下游第二预设区域对应的第一预设流速和第一预设涡量；基于下游第二预设区域对应的第二表面流速，生成第一流速沿程变化图；基于第二表面涡量，生成第一涡量沿程变化图；基于第一流速沿程变化图和第一涡量沿程变化图，从下游第二预设区域中确定第二表面流速小于第一预设流速，且第二表面涡量小于第一预设涡量的第二安装位置。
本申请实施例提供的输水建筑物过流能力监测系统，获取下游第二预设区域对应的第一预设流速和第一预设涡量；基于下游第二预设区域对应的第二表面流速，生成第一流速沿程变化图，保证了生成的第一流速沿程变化图的准确性。基于第二表面涡量，生成第一涡量沿程变化图，保证了生成的第一涡量沿程变化图的准确性。基于第一流速沿程变化图和第一涡量沿程变化图，从下游第二预设区域中确定第二表面流速小于第一预设流速，且第二表面涡量小于第一预设涡量的第二安装位置，保证了确定的第二安装位置的准确性。
在一种可选的实施方式中，电子设备，还用于获取当前目标输水建筑物对应的第二断面水位、第二断面流量和第二断面流速，以及当前目标输水建筑物对应的下游目标输水建筑物对应的第一断面水位、第一断面流量、第一断面流速；并获取当前目标输水建筑物与下游目标输水建筑物之间的当前渠道的第一长度；其中，当前目标输水建筑物为目标输水渠道中的各目标输水建筑物中的任一目标输水建筑物；
根据当前目标输水建筑物对应的第二断面水位、第二断面流量、第二断面流速、当前目标输水建筑物对应的下游目标输水建筑物对应的第一断面水位、第一断面流量、第一断面流速以及当前渠道的第一长度之间的关系，计算当前渠道对应的第一流量系数；
根据第一流量系数与当前渠道对应的当前渠道综合糙率之间的关系，计算得到当前渠道对应的当前渠道综合糙率；
根据当前渠道综合糙率，确定当前渠道对应的输水能力。
本申请实施例提供的输水建筑物过流能力监测系统，根据当前目标输水建筑物对应的第二断面水位、第二断面流量、第二断面流速、当前目标输水建筑物对应的下游目标输水建筑物对应的第一断面水位、第一断面流量、第一断面流速以及当前渠道的第一长度之间的关系，计算当前渠道对应的第一流量系数，保证了计算得到的当前渠道对应的第一流量系数的准确性，根据第一流量系数与当前渠道对应的当前渠道综合糙率之间的关系，计算得到当前渠道对应的当前渠道综合糙率，保证了计算的得到的当前渠道对应的当前渠道综合糙率的准确性，进而可以保证确定的当前渠道对应的输水能力的准确性。
在一种可选的实施方式中，电子设备，还用于获取训练数据集，训练数据集中包括多组训练数据，各训练数据中包括目标输水渠道对应的渠道总流量、目标输水渠道中各目标输水建筑物分别对应的闸门开度、目标输水渠道中各渠道对应的渠道综合糙率以及各目标输水建筑物分别对应的第一安装位置对应的第一断面水位和第二安装位置对应的第二断面水位；
将各组训练数据输入至初始水位预测网络，初始水位预测网络对各组训练数据进行特征提取，基于提取的特征，输出各目标输水建筑物分别对应的第一安装位置对应的第一虚拟水位和第二安装位置对应的第二虚拟水位；
针对各目标输水建筑物分别对应的第一断面水位与第一虚拟水位以及第二断面水位与第二虚拟水位，计算训练数据对应的损失函数的损失值；
基于损失值，对初始水位预测网络的参数进行更新，直至满足预设条件，生成目标水位预测模型。
本申请实施例提供的输水建筑物过流能力监测系统，将各组训练数据输入至初始水位预测网络，初始水位预测网络对各组训练数据进行特征提取，基于提取的特征，输出各目标输水建筑物分别对应的第一安装位置对应的第一虚拟水位和第二安装位置对应的第二虚拟水位，保证输出的各目标输水建筑物分别对应的第一安装位置对应的第一虚拟水位和第二安装位置对应的第二虚拟水位的准确性。然后，针对各目标输水建筑物分别对应的第一断面水位与第一虚拟水位以及第二断面水位与第二虚拟水位，计算训练数据对应的损失函数的损失值，保证了计算得到的损失值的准确性。基于损失值，对初始水位预测网络的参数进行更新，直至满足预设条件，生成目标水位预测模型，保证了生成的目标水位预设模型的精度较高。
在一种可选的实施方式中，电子设备，还用于获取未来预设时间点目标输水渠道对应的未来总流量、目标输水渠道中各目标输水建筑物分别对应的未来闸门开度以及目标输水渠道中各渠道对应的渠道综合糙率；
将未来总流量、目标输水渠道中各目标输水建筑物分别对应的未来闸门开度以及目标输水渠道中各渠道对应的渠道综合糙率输入至目标水位预测模型；
目标水位预测模型对未来总流量、目标输水渠道中各目标输水建筑物分别对应的未来闸门开度以及目标输水渠道中各渠道对应的渠道综合糙率进行特征提取，基于提取的特征，输出各目标输水建筑物对应的第一安装位置对应的第一预测水位和第二安装位置对应的第二预测水位；
根据各目标输水建筑物对应的第一预测水位和第二预测水位，调节各目标输水建筑物的闸门开度。
本申请实施例提供的输水建筑物过流能力监测系统，将未来总流量、目标输水渠道中各目标输水建筑物分别对应的未来闸门开度以及目标输水渠道中各渠道对应的渠道综合糙率输入至目标水位预测模型；目标水位预测模型对未来总流量、目标输水渠道中各目标输水建筑物分别对应的未来闸门开度以及目标输水渠道中各渠道对应的渠道综合糙率进行特征提取，基于提取的特征，输出各目标输水建筑物对应的第一安装位置对应的第一预测水位和第二安装位置对应的第二预测水位。保证了输出的各目标输水建筑物对应的第一安装位置对应的第一预测水位和第二安装位置对应的第二预测水位的准确性。根据各目标输水建筑物对应的第一预测水位和第二预测水位，调节各目标输水建筑物的闸门开度，保证了各目标输水建筑物的闸门开度的准确性。从而可以避免各目标输水建筑物的闸门开度过大，导致流量向下游放的过快，不利于控制整个输水工程流量的稳定，或者各目标输水建筑物的闸门开度过小，导致渠道局部水位雍高，有溢出的风险。
在一种可选的实施方式中，过流能力监测设备为可移动过流能力监测设备，其中：
针对各目标输水建筑物对应的下游第二预设区域，摄像设备，用于周期性对下游第二预设区域进行拍摄，得到下游区域流态分布图像，并将下游区域流态分布图像传输至电子设备；
电子设备，用于每次接收到摄像设备传输的下游区域流态分布图像；对下游区域流态分布图像进行图像处理，确定下游第二预设区域对应的第二表面流速和第二表面涡量；根据第二表面流速和第二表面涡量在下游第二预设区域确定过流能力监测设备对应的当前次第二安装位置；如此循环，确定下游第二预设区域确定过流能力监测设备对应的下一次第二安装位置；当下一次第二安装位置与当前次第二安装位置不同时，控制可移动过流能力监测设备从当前次第二安装位置移动到下一次第二安装位置；
针对各目标输水建筑物对应的上游第一预设区域，同理。
本申请实施例提供的输水建筑物过流能力监测系统，针对各目标输水建筑物对应的下游第二预设区域，摄像设备周期性对下游第二预设区域进行拍摄，得到下游区域流态分布图像。电子设备每次接收到摄像设备传输的下游区域流态分布图像；对下游区域流态分布图像进行图像处理，确定下游第二预设区域对应的第二表面流速和第二表面涡量；根据第二表面流速和第二表面涡量在下游第二预设区域确定过流能力监测设备对应的当前次第二安装位置，保证了确定的当前次第二安装位置的准确性。如此循环，确定下游第二预设区域确定过流能力监测设备对应的下一次第二安装位置；当下一次第二安装位置与当前次第二安装位置不同时，控制可移动过流能力监测设备从当前次第二安装位置移动到下一次第二安装位置。针对各目标输水建筑物对应的上游第一预设区域，同理。从而不需要人工将流能力监测设备从当前次第二安装位置移动到下一次第二安装位置或者从当前次第一安装位置移动到下一次第一安装位置，节省了人力成本和时间成本，提高了效率。
在一种可选的实施方式中，可移动过流能力监测设备包括：可拆卸高程测量设备、雷达设备和可移动流速流量测量设备；其中，雷达设备固定安装在可移动流速流量测量设备上，可拆卸高程测量设备与可移动流速流量测量设备可拆卸连接；可拆卸高程测量设备包括：水准仪和标高尺和第一控制组件；可移动流速流量测量设备包括：可移动智能平板车、无人船、流速流量测量组件、卷扬机和缆索，其中，可移动智能平板车为两个，分别安装在各第二安装位置或各第一安装位置的两侧河岸上，卷扬机固定安装在第一个可移动智能平板车上，卷扬机中的缆索头部的一端连接在第二个可移动智能平板车上，流速流量测量组件安装在无人船上，无人船安装在缆索上；卷扬机与电子设备通信连接，电子设备通过控制卷扬机卷扬缆索，带动无人船沿缆索在河面上移动，其中：
第一控制组件，用于根据水准仪和标高尺测量的数据，计算安装在各第一安装位置的雷达设备对应的各第一位置高程以及安装在各第二安装位置的雷达设备对应的各第二位置高程；将各第一位置高程和各第二位置高程传输至电子设备；
安装在各第一安装位置的雷达设备，用于测量雷达设备到各第一安装位置对应的第一渠道断面的水面之间的各第一距离，并将各第一距离传输至电子设备；
安装在各第二安装位置的雷达设备，用于测量雷达设备到各第二安装位置对应的第二渠道断面的水面之间的各第二距离，并将各第二距离传输至电子设备；
流速流量测量组件，用于监测各第一安装位置对应的第一渠道断面对应的第一断面流量和第一断面流速，以及各第二安装位置对应的第二渠道断面对应的第二断面流量和第二断面流速；并将各第一断面流量、各第一断面流速、各第二断面流量和各第二断面流速传输至电子设备；
可移动智能平板车，用于在电子设备的控制下，从当前次第一安装位置移动到下一次第一安装位置，或者从当前次第二安装位置移动到下一次第二安装位置；
卷扬机，用于在电子设备的控制下，对缆索进行卷扬，以控制无人船从河面一端移动到另一端；
无人船，用于在缆索的带动下，带动流速流量测量组件从河面一端移动到另一端；
电子设备，用于根据各次计算得到的第一安装位置以及第二安装位置，从当前次第一安装位置移动到下一次第一安装位置，或者从当前次第二安装位置移动到下一次第二安装位置；且在可移动智能平板车移动到位后，控制卷扬机对缆索进行卷扬，以控制无人船从河面一端移动到另一端；
电子设备，还用于基于各第一位置高程和各第一距离，计算目标输水建筑物对应的第一平均断面水位；基于各第二位置高程和各第二距离，计算目标输水建筑物对应的第二平均断面水位；基于各第一断面流量和各第一断面流速，分别计算第一平均断面流量和第一平均断面流速；基于各第二断面流量和各第二断面流速，分别计算第二平均断面流量和第二平均断面流速；根据各目标输水建筑物对应的第一平均断面水位、第一平均断面流量、第一平均断面流速、第二平均断面水位、第二平均断面流量和第二平均断面流速确定各目标输水建筑物之间的渠道的输水能力。
本申请实施例提供的输水建筑物过流能力监测系统，第一控制组件，根据水准仪和标高尺测量的数据，计算各第一位置高程和各第二位置高程，保证了计算得到的各第一位置高程和各第二位置高程的准确性。可移动智能平板车，用于在电子设备的控制下，从当前次第一安装位置移动到下一次第一安装位置，或者从当前次第二安装位置移动到下一次第二安装位置，从而不需要人工将流能力监测设备从当前次第二安装位置移动到下一次第二安装位置或者从当前次第一安装位置移动到下一次第一安装位置，节省了人力成本和时间成本，提高了效率。卷扬机，用于在电子设备的控制下，对缆索进行卷扬，以控制无人船从河面一端移动到另一端，从而不需要人为控制无人船在河面上移动。无人船，用于在缆索的带动下，带动流速流量测量组件从河面一端移动到另一端，不需要人为控制流速流量测量组件从河面一端移动到另一端，从而节省了人力成本和时间成本，提高了效率。电子设备根据各第一位置高程和各第一距离，计算目标输水建筑物对应的第一平均断面水位；基于各第二位置高程和各第二距离，计算目标输水建筑物对应的第二平均断面水位；基于各第一断面流量和各第一断面流速，分别计算第一平均断面流量和第一平均断面流速；基于各第二断面流量和各第二断面流速，分别计算第二平均断面流量和第二平均断面流速；根据各目标输水建筑物对应的第一平均断面水位、第一平均断面流量、第一平均断面流速、第二平均断面水位、第二平均断面流量和第二平均断面流速确定各目标输水建筑物之间的渠道的输水能力，保证了确定的各目标输水建筑物之间的渠道的输水能力的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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是根据本发明实施例的输水建筑物过流能力监测系统的结构示意图；
图2是根据本发明实施例的输水建筑物过流能力监测系统中的计算第二表面流速和第二表面涡量的流程示意图；
图3是根据本发明实施例的输水建筑物过流能力监测系统中的确定第二安装位置的流程示意图；
图4是根据本发明实施例的输水建筑物过流能力监测系统中的下游第二预设区域对应的第一流速沿程变化图；
图5是根据本发明实施例的输水建筑物过流能力监测系统中的确定当前渠道输水能力的流程示意图；
图6是根据本发明实施例的输水建筑物过流能力监测系统中的调节各目标输水建筑物闸门开度的流程示意图；
图7是根据本发明实施例另一输水建筑物过流能力监测系统的结构示意图；
图8是根据本发明实施例的输水建筑物过流能力监测系统中的中间站三角高程测量法的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。
跨地区、跨流域的大型明渠调水工程能够保证沿线的生产和生活用水，显著改善沿线居民的用水水质和区域生态环境，直接受益人口众多，具有重大社会效益和经济效益。
而对于单个的输水建筑物而言，在大流量输水期间输水渡槽及渠道倒虹吸的上下游出现局部流态紊乱等现象，同时在长距离输水工程中，由于布设水位流量等监测设备缺乏以及精度不高，无法对输水建筑物的过流能力及流态状况进行有效监测和评价。
因此，为了给长距离明渠输水工程运行管理及调度提供可靠的信息，更便捷的监视渠道段的安全运行，反映渠段的工作状况，对可能发生的险情提前预报，有必要设计一种输水建筑物过流能力监测系统，来及时掌握渠道段的水情综合状况以及探究继续提升输水能力。
基于此本申请实施例提供了一种输水建筑物过流能力监测系统，如图1所示，输水建筑物过流能力监测系统包括摄像设备1、过流能力监测设备2以及电子设备3；其中，过流能力监测设备2包括高程测量设备21、雷达设备22和流速流量测量设备23，其中，摄像设备1、高程测量设备21、雷达设备22和流速流量测量设备23均与电子设备3通信连接，其中：
摄像设备1，用于对目标输水渠道中的各目标输水建筑物对应的上游第一预设区域和下游第二预设区域进行拍摄，分别得到各目标输水建筑物对应的上游区域流态分布图像和下游区域流态分布图像，并将各上游区域流态分布图像和各下游区域流态分布图像传输至电子设备3；
电子设备3，用于针对各目标输水建筑物，对目标输水建筑物对应的上游区域流态分布图像和下游区域流态分布图像进行图像处理，分别确定上游第一预设区域对应的第一表面流速和第一表面涡量和下游第二预设区域对应的第二表面流速和第二表面涡量；根据第一表面流速和第一表面涡量，在上游第一预设区域确定过流能力监测设备2对应的第一安装位置；根据第二表面流速和第二表面涡量在下游第二预设区域确定过流能力监测设备2对应的第二安装位置；
高程测量设备21，用于计算安装在第一安装位置的雷达设备22对应的第一位置高程以及安装在第二安装位置的雷达设备22对应的第二位置高程；将第一位置高程和第二位置高程传输至电子设备3；
安装在第一安装位置的雷达设备22，用于测量雷达设备22到第一安装位置对应的第一渠道断面的水面之间的第一距离，并将第一距离传输至电子设备3；
安装在第二安装位置的雷达设备22，用于测量雷达设备22到第二安装位置对应的第二渠道断面的水面之间的第二距离，并将第二距离传输至电子设备3；
流速流量测量设备23，用于监测各目标输水建筑物对应的第一渠道断面对应的第一断面流量和第一断面流速，以及第二渠道断面对应的第二断面流量和第二断面流速；并将第一断面流量、第一断面流速、第二断面流量和第二断面流速传输至电子设备3；
电子设备3，用于利用第一位置高程减去第一距离，得到第一渠道断面对应的第一断面水位；利用第二位置高程减去第二距离，得到第二渠道断面对应的第二断面水位；根据各目标输水建筑物对应的第一断面水位、第一断面流量、第一断面流速、第二断面水位、第二断面流量和第二断面流速确定各目标输水建筑物之间的渠道的输水能力。
具体地，摄像组件可以对目标输水渠道中的各目标输水建筑物对应的上游第一预设区域和下游第二预设区域进行拍摄，分别得到各目标输水建筑物对应的上游区域流态分布图像和下游区域流态分布图像。
其中，第一预设区域可以是从目标输水建筑物开始往上游的第一预设距离内的区域；第二预设区域可以是从目标输水建筑物开始往下游的第二预设距离内的区域。第一预设距离和第二预设距离可以是20米、30米，还可以是其他距离，第一预设距离和第二预设距离可以相同，也可以不相同，本申请实施例对第一预设距离和第二预设距离不做具体限定。
其中，摄像设备1可以是大疆无人机。可以利用大疆无人机拍摄流场运动视频，相机的分辨率为4K，使用的频率与测量时间需保证可供分析的帧数为100的整数倍，利用自然光照明，拍摄完成后将各上游区域流态分布图像和各下游区域流态分布图像传输至电子设备3。
然后，电子设备3可以对各目标输水建筑物对应的上游区域流态分布图像和下游区域流态分布图像进行图像处理，分别确定上游第一预设区域对应的第一表面流速和第一表面涡量和下游第二预设区域对应的第二表面流速和第二表面涡量。然后，根据第一表面流速和第一表面涡量，在上游第一预设区域确定过流能力监测设备2对应的第一安装位置；根据第二表面流速和第二表面涡量在下游第二预设区域确定过流能力监测设备2对应的第二安装位置。
可选的，输水建筑物过流能力监测系统中可以包括多个过流能力监测设备2，在确定了各目标输水建筑物对应的第一安装位置和第二安装位置之后，可以将各过流能力监测设备2分别安装在各第一安装位置和各第二安装位置。
可选的，为了节省预算，也可以一个目标输水建筑物对应的一个过流能力监测设备2，各过流能力监测设备2可以先安装在第一安装位置测量水利数据，然后在安装到第二安装位置测量水利数据。本申请实施例对过流能力监测设备2的数量不进行具体限定。
过流能力监测设备2中的高程测量设备21可以计算安装在第一安装位置的雷达设备22对应的第一位置高程以及安装在第二安装位置的雷达设备22对应的第二位置高程。然后基于与电子设备3之间的通信连接，将第一位置高程和第二位置高程传输至电子设备3。
安装在第一安装位置的雷达设备22可以向第一安装位置对应的第一渠道断面的水面发射雷达信号，然后接收反射雷达信号，根据发射雷达信号对应的发射时间以及接收到反射雷达信号的接收时间，计算雷达设备22到第一安装位置对应的第一渠道断面的水面之间的第一距离，并将第一距离传输至电子设备3。
同理，安装在第二安装位置的雷达设备22可以计算雷达设备22到第二安装位置对应的第二渠道断面的水面之间的第二距离，并将第二距离传输至电子设备3。
流速流量测量设备23可以监测各目标输水建筑物对应的第一渠道断面对应的第一断面流量和第一断面流速，以及第二渠道断面对应的第二断面流量和第二断面流速；并将第一断面流量、第一断面流速、第二断面流量和第二断面流速传输至电子设备3；
电子设备3可以利用第一位置高程减去第一距离，得到第一渠道断面对应的第一断面水位。利用第二位置高程减去第二距离，得到第二渠道断面对应的第二断面水位。然后，根据各目标输水建筑物对应的第一断面水位、第一断面流量、第一断面流速、第二断面水位、第二断面流量和第二断面流速确定各目标输水建筑物之间的渠道的输水能力。
本申请实施例提供的输水建筑物过流能力监测系统，利用摄像设备1对目标输水渠道中的各目标输水建筑物对应的上游第一预设区域和下游第二预设区域进行拍摄，分别得到各目标输水建筑物对应的上游区域流态分布图像和下游区域流态分布图像。然后，电子设备3针对各目标输水建筑物，对目标输水建筑物对应的上游区域流态分布图像和下游区域流态分布图像进行图像处理，分别确定上游第一预设区域对应的第一表面流速和第一表面涡量和下游第二预设区域对应的第二表面流速和第二表面涡量，保证了确定的上游第一预设区域对应的第一表面流速和第一表面涡量和下游第二预设区域对应的第二表面流速和第二表面涡量的准确性。根据第一表面流速和第一表面涡量，在上游第一预设区域确定过流能力监测设备2对应的第一安装位置；根据第二表面流速和第二表面涡量在下游第二预设区域确定过流能力监测设备2对应的第二安装位置，保证了确定的第一安装位置和第二安装位置的准确性。然后，利用高程测量设备21算安装在第一安装位置的雷达设备22对应的第一位置高程以及安装在第二安装位置的雷达设备22对应的第二位置高程，保证了计算得到的第一位置高程和第二位置高程的准确性。雷达设备22可以测量雷达设备22到第一安装位置对应的第一渠道断面的水面之间的第一距离以及雷达设备22到第二安装位置对应的第二渠道断面的水面之间的第二距离，从而使得电子设备3可以根据第一距离和第一位置高程，计算第一断面水位，并根据第二距离和第二位置高程计算第二断面水位。流速流量测量设备23可以用于监测各目标输水建筑物对应的第一渠道断面对应的第一断面流量和第一断面流速，以及第二渠道断面对应的第二断面流量和第二断面流速。电子设备3根据各目标输水建筑物对应的第一断面水位、第一断面流量、第一断面流速、第二断面水位、第二断面流量和第二断面流速确定各目标输水建筑物之间的渠道的输水能力，保证了确定的各目标输水建筑物之间的渠道的输水能力的准确性。不需要人工对目标输水渠道中各个目标安装位置的断面流量、断面流速以及断面水位进行监测。实现了及时掌握总干渠的水情综合状况，探究继续提升输水能力。
在本申请一种可选的实施方式中，如图2所示，电子设备3对下游区域流态分布图像进行图像处理，确定下游第二预设区域对应的第二表面流速和第二表面涡量的方法可以包括如下步骤：
步骤S101，对各帧下游区域流态分布图像进行增强处理，生成下游区域流态增强图像。
具体地，电子设备3可以利用预设图像处理方法对各帧下游区域流态分布图像进行增强处理，生成下游区域流态增强图像。
其中，预设图像处理方法可以是直方图均衡方法、灰度阈值分割方法、线性拉伸方法等方法中的任意一种，本申请实施例对预设图像处理方法不做具体限定。
步骤S102，对各帧下游区域流态增强图像进行识别，确定各帧下游区域流态增强图像中的各粒子从当前帧下游区域流态增强图像到下一帧下游区域流态增强图像对应的最可能位移。
具体地，上述步骤S102可以包括如下步骤：
步骤S1021，对各帧下游区域流态增强图像进行区域划分，得到各帧下游区域流态增强图像对应的询问区域。
具体地，电子设备3可以根据预设要求对各帧下游区域流态增强图像进行区域划分，得到各帧下游区域流态增强图像对应的询问区域。
其中，预设要求可以是将各帧下游区域流态增强图像沿横向和纵向进行平均划分，划分为9个询问区域；预设要求还可以是将各帧下游区域流态增强图像沿横向和纵向进行平均划分，划分为16个询问区域，还可以划分为其他数量的询问区域，本申请实施例对预设要求不做具体限定。
步骤S1022，对相邻两帧下游区域流态增强图像进中的各询问区域进行交叉相关计算，得到各粒子从当前帧下游区域流态增强图像到下一帧下游区域流态增强图像对应的最可能位移。
具体地，电子设备3可以对相邻两帧下游区域流态增强图像进中的各询问区域进行交叉相关计算，得到各粒子从当前帧下游区域流态增强图像到下一帧下游区域流态增强图像对应的最可能位移。
示例性的，电子设备3可以试图找到从A询问区域返回到B询问区域的粒子模式，这种统计技术是通过离散交叉相关函数实现的，如下式所示：
（1）
式中，A和B是当前帧下游区域流态增强图像和下一帧下游区域流态增强图像对应的询问区域，强度峰值在生成的相关矩阵C中的位置给出了粒子从A到B的最可能位移。
步骤S103，根据各粒子从当前帧下游区域流态增强图像到下一帧下游区域流态增强图像对应的最可能位移，计算下游第二预设区域对应的第二表面流速和第二表面涡量。
具体地，上述步骤S103，可以包括如下步骤：
步骤S1031，获取最大流速阈值，根据最大流速阈值以及各帧下游区域流态增强图像之间的时间间隔，计算最大位移阈值。
具体地，电子设备3可以接收用户输入的最大流速阈值，也可以接收其他设备发送的最大流速阈值，电子设备3还可以根据实际情况中水流速度生成最大流速阈值，本申请实施例对电子设备3获取最大流速阈值的方式不做具体限定。
在获取到最大流速阈值之后，电子设备3可以利用最大流速阈值乘以各帧下游区域流态增强图像之间的时间间隔，计算得到最大位移阈值。
步骤S1032，将各最可能位移与最大位移阈值进行对比，删除大于最大位移阈值的各最可能位移，得到各目标位移。
具体地，电子设备3将各最可能位移与最大位移阈值进行对比，确定大于最大位移阈值的各最可能位移，并删除确定的大于最大位移阈值的各最可能位移，得到剩下的各目标位移。
步骤S1033，基于各目标位移计算各粒子的速度；根据各粒子的速度，确定下游第二预设区域对应的第二表面流速。
具体地，电子设备3可以利用各目标位移除以各帧下游区域流态增强图像之间的时间间隔，计算得到各粒子的速度。
然后，根据各粒子的速度以及各粒子在各帧下游第二预设区域中的位置，从而确定下游第二预设区域对应的第二表面流速。
具体地，电子设备3可以根据如下公式（2）计算各粒子的速度：
（2）
其中，x为各粒子在横轴上的位置，y为各粒子在纵轴上的位置，u为各粒子沿横轴的速度，v为各粒子沿纵轴的速度。
步骤S1034，基于各目标位移与表面涡量之间的关系，确定下游第二预设区域对应的第二表面涡量。
具体地，电子设备3可以获取各目标位移与表面涡量之间的关系，然后根据各目标位移与表面涡量之间的关系，确定下游第二预设区域对应的第二表面涡量。
具体地，电子设备3可以根据如下公式计算下游第二预设区域对应的第二表面涡量：
其中，在二维平面里流体流动只有垂直于运动平面的涡量，即：
（3）
速度矢量u、v沿某一路径L的积分环量为：
（4）
（5）
其中，是垂直于运动平面的涡量；x轴为垂直于顺水流方向，y轴为顺水流方向；/>是指二维流场中y轴方向上的速度分量；/>是指二维流场中x轴方向上的速度分量，则为垂直于二维流场平面的轴向方向；/>是指速度矢量/>、/>沿某一路径L的积分环量；x轴为垂直于顺水流方向，y轴为顺水流方向；/>为这一路径L上的坐标，/>则为垂直于二维流场平面的轴向方向。/>
其中，需要说明的是，电子设备3对上游区域流态分布图像进行图像处理，确定上游第一预设区域对应的第一表面流速和第一表面涡量的方法与上述方法相同，在此不进行赘述。
本申请实施例提供的输水建筑物过流能力监测系统，对各帧下游区域流态分布图像进行增强处理，生成下游区域流态增强图像，从而便于电子设备3对下游区域流态增强图像进行识别，且可以提高对下游区域流态增强图像进行识别的准确性。对各帧下游区域流态增强图像进行区域划分，得到各帧下游区域流态增强图像对应的询问区域；保证了得到的询问区域的准确性。对相邻两帧下游区域流态增强图像进中的各询问区域进行交叉相关计算，得到各粒子从当前帧下游区域流态增强图像到下一帧下游区域流态增强图像对应的最可能位移，保证了得到了各粒子从当前帧下游区域流态增强图像到下一帧下游区域流态增强图像对应的最可能位移的准确性。获取最大流速阈值，根据最大流速阈值以及各帧下游区域流态增强图像之间的时间间隔，计算最大位移阈值；保证了计算得到的最大位移阈值的准确性。将各最可能位移与最大位移阈值进行对比，删除大于最大位移阈值的各最可能位移，得到各目标位移，保证了得到的各目标位移满足实际情况，且更加准确。基于各目标位移计算各粒子的速度；根据各粒子的速度，确定下游第二预设区域对应的第二表面流速；保证了确定的下游第二预设区域对应的第二表面流速的准确性。基于各目标位移与表面涡量之间的关系，确定下游第二预设区域对应的第二表面涡量，保证了确定的下游第二预设区域对应的第二表面涡量的准确性。
在本申请一种可选的实施方式中，如图3所示，电子设备3根据第二表面流速和第二表面涡量在下游第二预设区域确定过流能力监测设备2对应的第二安装位置的方法可以包括如下步骤：
步骤S201，获取下游第二预设区域对应的第一预设流速和第一预设涡量。
具体地，电子设备3可以接收用户输入的游第二预设区域对应的第一预设流速和第一预设涡量，也可以接收其他设备发送的游第二预设区域对应的第一预设流速和第一预设涡量，还可以根据下游第二预设区域的实际情况生成下游第二预设区域对应的第一预设流速和第一预设涡量，本申请实施例对电子设备3获取下游第二预设区域对应的第一预设流速和第一预设涡量的方式不做具体限定。
步骤S202，基于下游第二预设区域对应的第二表面流速，生成第一流速沿程变化图。
具体地，电子设备3可以基于下游第二预设区域对应的第二表面流速，生成第一流速沿程变化图。
步骤S203，基于第二表面涡量，生成第一涡量沿程变化图。
具体地，电子设备3可以基于下游第二预设区域对应的第二表面涡量，生成第一涡量沿程变化图。
示例性的，如图4所示为下游第二预设区域对应的第一流速沿程变化图。
步骤S204，基于第一流速沿程变化图和第一涡量沿程变化图，从下游第二预设区域中确定第二表面流速小于第一预设流速，且第二表面涡量小于第一预设涡量的第二安装位置。
具体地，电子设备3将第一预设流速在第一流速沿程变化图中进行显示，将第一预设涡量在第一涡量沿程变化图中进行显示。然后将第一流速沿程变化图中的各点的第二表面流速与第一预设流速进行对比，将第一涡量沿程变化图中的各点的第二表面涡量与第一预设涡量进行对比。然后，电子设备3根据对比结果，从下游第二预设区域中确定第二表面流速小于第一预设流速，且第二表面涡量小于第一预设涡量的第二安装位置。
本申请实施例提供的输水建筑物过流能力监测系统，获取下游第二预设区域对应的第一预设流速和第一预设涡量；基于下游第二预设区域对应的第二表面流速，生成第一流速沿程变化图，保证了生成的第一流速沿程变化图的准确性。基于第二表面涡量，生成第一涡量沿程变化图，保证了生成的第一涡量沿程变化图的准确性。基于第一流速沿程变化图和第一涡量沿程变化图，从下游第二预设区域中确定第二表面流速小于第一预设流速，且第二表面涡量小于第一预设涡量的第二安装位置，保证了确定的第二安装位置的准确性。
在本申请一种可选的实施方式中，如图5所示，电子设备3利用第二位置高程减去第二距离，得到第二渠道断面对应的第二断面水位；根据各目标输水建筑物对应的第一断面水位、第一断面流量、第一断面流速、第二断面水位、第二断面流量和第二断面流速确定各目标输水建筑物之间的渠道的输水能力的过程可以包括如下步骤：
步骤S301，获取当前目标输水建筑物对应的第二断面水位、第二断面流量和第二断面流速，以及当前目标输水建筑物对应的下游目标输水建筑物对应的第一断面水位、第一断面流量、第一断面流速；并获取当前目标输水建筑物与下游目标输水建筑物之间的当前渠道的第一长度。
其中，当前目标输水建筑物为目标输水渠道中的各目标输水建筑物中的任一目标输水建筑物。
具体地，电子设备3可以从各目标输水建筑物对应的第一断面水位、第一断面流量、第一断面流速、第二断面水位、第二断面流量和第二断面流速中筛选出当前目标输水建筑物对应的第二断面水位、第二断面流量和第二断面流速，以及当前目标输水建筑物对应的下游目标输水建筑物对应的第一断面水位、第一断面流量、第一断面流速。
然后，电子设备3可以接收用户输入的当前目标输水建筑物与下游目标输水建筑物之间的当前渠道的第一长度，也可以接收其他设备发送的当前目标输水建筑物与下游目标输水建筑物之间的当前渠道的第一长度，本申请实施例对电子设备3获取当前目标输水建筑物与下游目标输水建筑物之间的当前渠道的第一长度的方式不做具体限定。
步骤S302，根据当前目标输水建筑物对应的第二断面水位、第二断面流量、第二断面流速、当前目标输水建筑物对应的下游目标输水建筑物对应的第一断面水位、第一断面流量、第一断面流速以及当前渠道的第一长度之间的关系，计算当前渠道对应的第一流量系数。
具体地，电子设备3可以根据如下公式计算当前渠道对应的第一流量系数：
（6）
其中，Z1为当前目标输水建筑物对应的第二断面水位，V1为当前目标输水建筑物对应的第二断面流速，Z2为下游目标输水建筑物对应的第一断面水位，V2为下游目标输水建筑物对应的第一断面流速，为当前目标输水建筑物对应的第二断面流量，其中当前目标输水建筑物对应的第二断面流量等于下游目标输水建筑物对应的第一断面流量，K为当前渠道对应的第一流量系数，L为当前渠道的第一长度。
步骤S303，根据第一流量系数与当前渠道对应的当前渠道综合糙率之间的关系，计算得到当前渠道对应的当前渠道综合糙率。
具体地，电子设备3可以根据如下公式计算当前渠道对应的当前渠道综合糙率：
（7）
对公式（6）和公式（7）进行整合，得到：
（8）
其中，A为过流截面面积，R为水力半径，为当前渠道对应的当前渠道综合糙率。
步骤S304，根据当前渠道综合糙率，确定当前渠道对应的输水能力。
具体地，当前渠道综合糙率越大，说明当前渠道对应的输水能力。
可以精准计算得到第一座输水建筑上游及最后一座输水建筑物下游渠段的水面线落降情况。
本申请实施例提供的输水建筑物过流能力监测系统，根据当前目标输水建筑物对应的第二断面水位、第二断面流量、第二断面流速、当前目标输水建筑物对应的下游目标输水建筑物对应的第一断面水位、第一断面流量、第一断面流速以及当前渠道的第一长度之间的关系，计算当前渠道对应的第一流量系数，保证了计算得到的当前渠道对应的第一流量系数的准确性，根据第一流量系数与当前渠道对应的当前渠道综合糙率之间的关系，计算得到当前渠道对应的当前渠道综合糙率，保证了计算的得到的当前渠道对应的当前渠道综合糙率的准确性，进而可以保证确定的当前渠道对应的输水能力的准确性。
在本申请一种可选的实施方式中，如图6所示，电子设备3确定了目标输水渠道中各渠道对应的渠道综合糙率之后，还可以预测未来预设时间点各目标输水建筑物对应的第一安装位置对应的第一预测水位和第二安装位置对应的第二预测水位，并调节各目标输水建筑物的闸门开度，具体可以包括如下步骤：
步骤S401，获取训练数据集。
其中，训练数据集中包括多组训练数据，各训练数据中包括目标输水渠道对应的渠道总流量、目标输水渠道中各目标输水建筑物分别对应的闸门开度、目标输水渠道中各渠道对应的渠道综合糙率以及各目标输水建筑物分别对应的第一安装位置对应的第一断面水位和第二安装位置对应的第二断面水位。
其中，第一断面水位和第二断面水位为各组训练数据对应的标签信息。
具体地，电子设备3接收用户输入的训练数据集，也可以接收其他设备发送的训练数据集，电子设备3还可以在数据库中查找目标输水渠道对应的渠道总流量、目标输水渠道中各目标输水建筑物分别对应的闸门开度、目标输水渠道中各渠道对应的渠道综合糙率以及各目标输水建筑物分别对应的第一安装位置对应的第一断面水位和第二安装位置对应的第二断面水位，从而生成训练数据集。
本申请实施例对电子设备3获取训练数据集的方式不做具体限定。
步骤S402，将各组训练数据输入至初始水位预测网络，初始水位预测网络对各组训练数据进行特征提取，基于提取的特征，输出各目标输水建筑物分别对应的第一安装位置对应的第一虚拟水位和第二安装位置对应的第二虚拟水位。
具体地，电子设备31可以将各组训练数据输入至初始水位预测网络，初始水位预测网络对各组训练数据进行特征提取，基于提取的特征，输出各目标输水建筑物分别对应的第一安装位置对应的第一虚拟水位和第二安装位置对应的第二虚拟水位。
其中，初始水位预测网络可以是径向基函数(RBF)网络、前馈神经网络(FFNN)、卷积神经网络(Convolutional neural networks, CNN）、反卷积神经网络(Deconvolutionalnetworks, DN)、深度卷积逆向图网络(Deep convolutional inversegraphics networks , DCIGN)，生成式对抗网络(Generativeadversarial networks ,GAN)、循环神经网络(Recurrent neural networks , RNN)、长短时记忆网络(Long /shortterm memory , LSTM)、深度残差网络(Deep residual networks , DRN)以及极限学习机(Extremelearning machines , ELM)中的任意一种。本申请实施例对初始水位预测网络不进行限定。
步骤S403，针对各目标输水建筑物分别对应的第一断面水位与第一虚拟水位以及第二断面水位与第二虚拟水位，计算训练数据对应的损失函数的损失值。
具体地，电子设备3可以基于损失函数分别计算各目标输水建筑物分别对应的第一断面水位与第一虚拟水位之间的第一损失值，以及第二断面水位与第二虚拟水位之间的第二损失值。
可选的，电子设备3将各第一损失值和各第二损失值进行相加，然后求平均值，得到训练数据对应的损失函数的损失值。
可选的，电子设备3还可以根据各目标输水建筑物的重要程度，获取各目标输水建筑物对应的系数，然后，将各第一损失值和各第二损失值分别乘以各目标输水建筑物对应的系数之后，进行相加求平均值得到训练数据对应的损失函数的损失值。
其中，损失函数可以是交叉熵损失函数，也可以是最大似然损失函数，还可以是其他损失函数，本申请实施例对损失函数不做具体限定。
步骤S404，基于损失值，对初始水位预测网络的参数进行更新，直至满足预设条件，生成目标水位预测模型。
具体地，电子设备3可以基于损失值，对初始水位预测网络的参数进行更新，直至满足预设条件，生成目标水位预测模型。
预设条件可以是损失值小于预设值且趋于稳定，还可以是进行了预设次数迭代，例如进行了1000次迭代。
进一步地，上述初始水位预测网络在训练时，可以选择Adam优化器对初始水位预测网络进行优化，从而可以使初始水位预测网络能够快速收敛，并具有很好的泛化能力。
在上述利用Adam优化器对初始水位预测网络进行优化时，也可以为优化器设置一个学习率，在这里可以采用学习率范围测试（LR Range Test）的技术选择最佳学习率，并设置给优化器。该测试技术的学习率选择过程为：首先将学习率设置为一个很小的值，接着将初始水位预测网络和训练数据集简单的迭代几次，每次迭代完成后增加学习率，并记录每次的训练损失（loss），然后绘制LR Range Test图，一般理想的LRRange Test图包含三个区域：第一个区域学习率太小损失基本不变，第二个区域损失减小收敛很快，最后一个区域学习率太大以至于损失开始发散，那么可以将LR Range Test图中的最低点所对应的学习率作为最佳学习率，并将该最佳学习率作为Adam优化器的初始学习率，设置给优化器。
步骤S405，获取未来预设时间点目标输水渠道对应的未来总流量、目标输水渠道中各目标输水建筑物分别对应的未来闸门开度以及目标输水渠道中各渠道对应的渠道综合糙率。
具体地，电子设备3可以接收用户输入的未来预设时间点目标输水渠道对应的未来总流量、目标输水渠道中各目标输水建筑物分别对应的未来闸门开度以及目标输水渠道中各渠道对应的渠道综合糙率，也可以接收其他设备发送的未来预设时间点目标输水渠道对应的未来总流量、目标输水渠道中各目标输水建筑物分别对应的未来闸门开度以及目标输水渠道中各渠道对应的渠道综合糙率。
本申请实施例对电子设备3获取未来预设时间点目标输水渠道对应的未来总流量、目标输水渠道中各目标输水建筑物分别对应的未来闸门开度以及目标输水渠道中各渠道对应的渠道综合糙率的方式不做具体限定。
步骤S406，将未来总流量、目标输水渠道中各目标输水建筑物分别对应的未来闸门开度以及目标输水渠道中各渠道对应的渠道综合糙率输入至目标水位预测模型。
具体地，电子设备3将未来总流量、目标输水渠道中各目标输水建筑物分别对应的未来闸门开度以及目标输水渠道中各渠道对应的渠道综合糙率输入至目标水位预测模型。
步骤S407，目标水位预测模型对未来总流量、目标输水渠道中各目标输水建筑物分别对应的未来闸门开度以及目标输水渠道中各渠道对应的渠道综合糙率进行特征提取，基于提取的特征，输出各目标输水建筑物对应的第一安装位置对应的第一预测水位和第二安装位置对应的第二预测水位。
具体地，目标水位预测模型对未来总流量、目标输水渠道中各目标输水建筑物分别对应的未来闸门开度以及目标输水渠道中各渠道对应的渠道综合糙率进行特征提取，基于提取的特征，输出各目标输水建筑物对应的第一安装位置对应的第一预测水位和第二安装位置对应的第二预测水位。
步骤S408，根据各目标输水建筑物对应的第一预测水位和第二预测水位，调节各目标输水建筑物的闸门开度。
具体地，电子设备3将各目标输水建筑物对应的第一预测水位与第一预设最高水位和第一预设最低水位进行对比，且将各目标输水建筑物对应的第二预测水位与第二预设最高水位和第二预设最低水位进行对比。
当第一预测水位大于第一预设最高水位，且第二预测水位大于第二预设最高水位时，根据各目标输水建筑物的位置信息以及未来闸门开度，输出第一闸门调节信息，第一闸门调节信息用于指示将至少一个目标输水建筑物对应的未来闸门开度调小，以使第一预测水位和第二预设水位降低。
示例性的，第一闸门调节信息可以是目标输水渠道中的从上游到下游方向中的第三个目标输水建筑物的闸门开度从最大闸门开度的80%调节到50%。
当第一预测水位小于第一预设最低水位，且第二预测水位小于第二预设最低水位时，根据各目标输水建筑物的位置信息以及未来闸门开度，输出第二闸门调节信息，第二闸门调节信息用于指示将至少一个目标输水建筑物对应的未来闸门开度调大，以使预测水位升高。示例性的，第二闸门调节信息可以是目标输水渠道中的从上游到下游方向中的第五个目标输水建筑物的闸门开度从最大闸门开度的30%调节到60%。
本申请实施例提供的输水建筑物过流能力监测系统，将各组训练数据输入至初始水位预测网络，初始水位预测网络对各组训练数据进行特征提取，基于提取的特征，输出各目标输水建筑物分别对应的第一安装位置对应的第一虚拟水位和第二安装位置对应的第二虚拟水位，保证输出的各目标输水建筑物分别对应的第一安装位置对应的第一虚拟水位和第二安装位置对应的第二虚拟水位的准确性。然后，针对各目标输水建筑物分别对应的第一断面水位与第一虚拟水位以及第二断面水位与第二虚拟水位，计算训练数据对应的损失函数的损失值，保证了计算得到的损失值的准确性。基于损失值，对初始水位预测网络的参数进行更新，直至满足预设条件，生成目标水位预测模型，保证了生成的目标水位预设模型的精度较高。
将未来总流量、目标输水渠道中各目标输水建筑物分别对应的未来闸门开度以及目标输水渠道中各渠道对应的渠道综合糙率输入至目标水位预测模型；目标水位预测模型对未来总流量、目标输水渠道中各目标输水建筑物分别对应的未来闸门开度以及目标输水渠道中各渠道对应的渠道综合糙率进行特征提取，基于提取的特征，输出各目标输水建筑物对应的第一安装位置对应的第一预测水位和第二安装位置对应的第二预测水位。保证了输出的各目标输水建筑物对应的第一安装位置对应的第一预测水位和第二安装位置对应的第二预测水位的准确性。根据各目标输水建筑物对应的第一预测水位和第二预测水位，调节各目标输水建筑物的闸门开度，保证了各目标输水建筑物的闸门开度的准确性。从而可以避免各目标输水建筑物的闸门开度过大，导致流量向下游放的过快，不利于控制整个输水工程流量的稳定，或者各目标输水建筑物的闸门开度过小，导致渠道局部水位雍高，有溢出的风险。
在本申请一种可选的实施方式中，过流能力监测设备2为可移动过流能力监测设备2，其中：
针对各目标输水建筑物对应的下游第二预设区域，摄像设备1，用于周期性对下游第二预设区域进行拍摄，得到下游区域流态分布图像，并将下游区域流态分布图像传输至电子设备3；
电子设备3，用于每次接收到摄像设备1传输的下游区域流态分布图像；对下游区域流态分布图像进行图像处理，确定下游第二预设区域对应的第二表面流速和第二表面涡量；根据第二表面流速和第二表面涡量在下游第二预设区域确定过流能力监测设备2对应的当前次第二安装位置；如此循环，确定下游第二预设区域确定过流能力监测设备2对应的下一次第二安装位置；当下一次第二安装位置与当前次第二安装位置不同时，控制可移动过流能力监测设备2从当前次第二安装位置移动到下一次第二安装位置；
针对各目标输水建筑物对应的上游第一预设区域，同理。
具体地，摄像设备1周期性对各目标输水建筑物对应的上游第一预设区域和下游第二预设区域进行拍摄，分别得到多张上游区域流态分布图像和多张下游区域流态分布图像。
电子设备3周期性接收摄像设备1传输的上游区域流态分布图像和下游区域流态分布图像。每次接收到上游区域流态分布图像和下游区域流态分布图像之后，对上游区域流态分布图像和下游区域流态分布图像进行图像处理，确定上游第一预设区域对应的第一表面流速和第一表面涡量，以及下游第二预设区域对应的第二表面流速和第二表面涡量。
基于第一表面流速和第一表面涡量，在上游第一预设区域确定过流能力监测设备2对应的当前次第一安装位置；基于第二表面流速和第二表面涡量，在下游第二预设区域确定过流能力监测设备2对应的当前次第二安装位置。
高程测量设备21计算安装在当前次第一安装位置的雷达设备22对应的当前第一位置高程以及安装在当前第二安装位置的雷达设备22对应的当前第二位置高程；将当前第一位置高程和当前第二位置高程传输至电子设备3；
雷达设备22测量雷达设备22到当前次第一安装位置对应的当前第一渠道断面的水面之间的当前第一距离，以及雷达设备22到当前次第二安装位置对应的当前第二渠道断面的水面之间的当前第二距离。
流速流量测量设备23，用于监测各目标输水建筑物对应的当前第一渠道断面对应的当前第一断面流量和当前第一断面流速，以及当前第二渠道断面对应的当前第二断面流量和当前第二断面流速；并将当前第一断面流量、当前第一断面流速、当前第二断面流量和当前第二断面流速传输至电子设备3；
电子设备3，还用于当再次接收到上游区域流态分布图像和下游区域流态分布图像之后，针对上游第一预设区域，比较本次确定的第二次第一安装位置与上次确定当前次第一安装位置是否相同，若本次确定的第二次第一安装位置与上次确定当前第一安装位置不同，则控制可移动过流能力监测设备2从上次确定的当前次第一安装位置移动到本次确定的第二次第一安装位置；
针对下游第二预设区域，比较本次确定的第二次第二安装位置与上次确定当前次第二安装位置是否相同，若本次确定的第二次第二安装位置与上次确定当前次第二安装位置不同，则控制可移动过流能力监测设备2从上次确定的当前次第二安装位置移动到本次确定的第二次第二安装位置。
同上，高程测量设备21获取第二次第一位置高程和第二次第二位置高程传输至电子设备3；
雷达设备22测量雷达设备22到第二次第一安装位置对应的第二次第一渠道断面的水面之间的第二次第一距离，以及雷达设备22到第二次第二安装位置对应的第二次第二渠道断面的水面之间的第二次第二距离。
流速流量测量设备23，用于监测各目标输水建筑物对应的第二次第一渠道断面对应的第二次第一断面流量和第二次第一断面流速，以及第二次第二渠道断面对应的第二次第二断面流量和第二次第二断面流速；并将第二次第一断面流量、第二次第一断面流速、第二次第二断面流量和第二次第二断面流速传输至电子设备3；
如此循环预设次数。其中，预设次数可以是第3次，也可以是5次，还可以是其他次，本申请实施例对预设次数不做具体限定。
电子设备3，还用于基于每次接收到第一高程以及第一距离计算第一断面水位，并基于每次计算得到的第一断面水位计算平均第一断面水位，同理，计算平均第二断面水位。基于每次接收到的第一断面流量，计算平均第一断面流量；基于每次接收到的第一断面流速，计算平均第一断面流速；基于每次接收到的第二断面流量，计算平均第二断面流量；基于每次接收到的第二断面流速，计算平均第二断面流速；基于平均第一断面水位、平均第一断面流速、平均第一断面流量、平均第二断面水位、平均第二断面流速以及平均第二断面流量，计算各目标输水建筑物对应的输水能力。
本申请实施例提供的输水建筑物过流能力监测系统，针对各目标输水建筑物对应的下游第二预设区域，摄像设备1周期性对下游第二预设区域进行拍摄，得到下游区域流态分布图像。电子设备3每次接收到摄像设备1传输的下游区域流态分布图像；对下游区域流态分布图像进行图像处理，确定下游第二预设区域对应的第二表面流速和第二表面涡量；根据第二表面流速和第二表面涡量在下游第二预设区域确定过流能力监测设备2对应的当前次第二安装位置，保证了确定的当前次第二安装位置的准确性。如此循环，确定下游第二预设区域确定过流能力监测设备2对应的下一次第二安装位置；当下一次第二安装位置与当前次第二安装位置不同时，控制可移动过流能力监测设备2从当前次第二安装位置移动到下一次第二安装位置。针对各目标输水建筑物对应的上游第一预设区域，同理。从而不需要人工将流能力监测设备从当前次第二安装位置移动到下一次第二安装位置或者从当前次第一安装位置移动到下一次第一安装位置，节省了人力成本和时间成本，提高了效率。
在本申请一种可选的实施方式中，如图7所示，可移动过流能力监测设备2包括：可拆卸高程测量设备21、雷达设备22和可移动流速流量测量设备23；其中，雷达设备22固定安装在可移动流速流量测量设备23上，可拆卸高程测量设备21与可拆卸高程测量设备21可拆卸连接；可拆卸高程测量设备21包括：水准仪211和标高尺212和第一控制组件213；可移动流速流量测量设备23包括：可移动智能平板车231、无人船232、无人流速流量测量组件233、卷扬机234和缆索235，其中，可移动智能平板车231为两个，分别安装在各第二安装位置或各第一安装位置的两侧河岸上，卷扬机234固定安装在第一个可移动智能平板车231上，卷扬机234中的缆索235头部的一端连接在第二个可移动智能平板车231上，无人流速流量测量组件233安装在无人船232上，无人船232安装在缆索235上；卷扬机234与电子设备3通信连接，电子设备3通过控制卷扬机234卷扬缆索235，带动无人船232沿缆索235在河面上移动，其中：
第一控制组件213，用于根据水准仪211和标高尺212测量的数据，计算
安装在各第一安装位置的雷达设备22对应的各第一位置高程以及安装在各第二安装位置的雷达设备22对应的各第二位置高程；将各第一位置高程和各第二位置高程传输至电子设备3；
安装在各第一安装位置的雷达设备22，用于测量雷达设备22到各第一安装位置对应的第一渠道断面的水面之间的各第一距离，并将各第一距离传输至电子设备3；
安装在各第二安装位置的雷达设备22，用于测量雷达设备22到各第二安装位置对应的第二渠道断面的水面之间的各第二距离，并将各第二距离传输至电子设备3；
无人流速流量测量组件233，用于监测各第一安装位置对应的第一渠道断面对应的第一断面流量和第一断面流速，以及各第二安装位置对应的第二渠道断面对应的第二断面流量和第二断面流速；并将各第一断面流量、各第一断面流速、各第二断面流量和各第二断面流速传输至电子设备3；
可移动智能平板车231，用于在电子设备3的控制下，从当前次第一安装位置移动到下一次第一安装位置，或者从当前次第二安装位置移动到下一次第二安装位置；
卷扬机234，用于在电子设备3的控制下，对缆索235进行卷扬，以控制无人船232从河面一端移动到另一端；
无人船232，用于在缆索235的带动下，带动无人流速流量测量组件233从河面一端移动到另一端；
电子设备3，用于根据各次计算得到的第一安装位置以及第二安装位置，从当前次第一安装位置移动到下一次第一安装位置，或者从当前次第二安装位置移动到下一次第二安装位置；且在可移动智能平板车231移动到位后，控制卷扬机234对缆索235进行卷扬，以控制无人船232从河面一端移动到另一端；
电子设备3，还用于基于各第一位置高程和各第一距离，计算目标输水建筑物对应的第一平均断面水位；基于各第二位置高程和各第二距离，计算目标输水建筑物对应的第二平均断面水位；基于各第一断面流量和各第一断面流速，分别计算第一平均断面流量和第一平均断面流速；基于各第二断面流量和各第二断面流速，分别计算第二平均断面流量和第二平均断面流速；根据各目标输水建筑物对应的第一平均断面水位、第一平均断面流量、第一平均断面流速、第二平均断面水位、第二平均断面流量和第二平均断面流速确定各目标输水建筑物之间的渠道的输水能力。
具体地，在可移动过流能力监测设备2到达第一安装位置或者第二安装位置后，将可拆卸高程测量设备21从可移动过流能力监测设上拆卸下，将标高尺212竖立在渠道边的高程控制点。其中，高程控制点的对应的高程是已知的。
从高程控制点到安装在各第一安装位置的雷达设备22附近的转点N按照二等水准测量要求安装水准仪211。其中，水准仪211可以是天宝DINI03电子水准仪211，也可以是其他品牌其他型号的水准仪211。
然后，第一控制组件213通过中间站三角高程测量法来得到安装在各第一安装位置的雷达设备22对应的各第一位置高程。
示例性的，中间站三角高程测量法的使用如图8所示：已知A点的高程HA，欲测定B点（雷达设备22对应的第一位置高程）的高程HB，可在A、B两点间的任意位置P点安置水准仪211，分别在A、B处设置觇标，照准A点与B点觇标上的某点，得到视线距离SA与SB、天顶距ZA与ZB、目标高度vA与vB、并量取仪器高ip；则可根据下式求得高差：
（9）
由于前、后视高差观测是在相近条件下进行的，可认为其折光系数近似相等，故可令,代入式(9)整理后得：
（10）
采用本法进行三角高差测量时，每一测站均应独立施测两次，满足限差要求后，取其平均值作为A、B两点间的高差，即：，
式中：第一次观测高差；/>第二次观测高差。
则B点的高程为：
（11）
然后，安装在第一安装位置的雷达设备22可以向第一安装位置对应的第一渠道断面的水面发射雷达信号，然后接收反射雷达信号，根据发射雷达信号对应的发射时间以及接收到反射雷达信号的接收时间，计算雷达设备22到第一安装位置对应的第一渠道断面的水面之间的第一距离，并将第一距离传输至电子设备3。
同理，安装在第二安装位置的雷达设备22可以计算雷达设备22到第二安装位置对应的第二渠道断面的水面之间的第二距离，并将第二距离传输至电子设备3。
无人流速流量测量组件233可以是走航式声学多普勒流速流量剖面仪（ADCP）。其中，走航式声学多普勒流速流量剖面仪（ADCP）配置一个中央垂直波束测量水深（最大100m）；工作频率涵盖2MHz、1.6MHz、0.6MHz，并实现宽频自动调整；浅水0.07m到深水20m工作模式智能全自动调频；配备9个水声学传感器，包含2组4波束测速和一个中央测深；采用先进的相控阵相位排列法，数字智能调频技术；实现高精测量（水深1.0m以内每2.5cm一层三维流速）；实现超大的水深测量范围（0.1m~100m）；独有的定层流速流向测量功能，定层范围可人工任意设定；融合数字技术的多重显示界面；内置罗盘及倾斜计（纵摇和横摇）实时修正。
可移动智能平板车231在电子设备3的控制下，从当前次第一安装位置移动到下一次第一安装位置，或者从当前次第二安装位置移动到下一次第二安装位置。
卷扬机234在电子设备3的控制下，对缆索235进行卷扬，以控制无人船232从河面一端移动到另一端，从而使得无人船232可以缆索235的带动下，带动无人流速流量测量组件233从河面一端移动到另一端；
其中，电子设备3根据各目标输水建筑物对应的第一平均断面水位、第一平均断面流量、第一平均断面流速、第二平均断面水位、第二平均断面流量和第二平均断面流速确定各目标输水建筑物之间的渠道的输水能力的过程可以参见上述实施方式，在此不进行赘述。
本申请实施例提供的输水建筑物过流能力监测系统，第一控制组件213，根据水准仪211和标高尺212测量的数据，计算各第一位置高程和各第二位置高程，保证了计算得到的各第一位置高程和各第二位置高程的准确性。可移动智能平板车231，用于在电子设备3的控制下，从当前次第一安装位置移动到下一次第一安装位置，或者从当前次第二安装位置移动到下一次第二安装位置，从而不需要人工将流能力监测设备从当前次第二安装位置移动到下一次第二安装位置或者从当前次第一安装位置移动到下一次第一安装位置，节省了人力成本和时间成本，提高了效率。卷扬机234，用于在电子设备3的控制下，对缆索235进行卷扬，以控制无人船232从河面一端移动到另一端，从而不需要人为控制无人船232在河面上移动。无人船232，用于在缆索235的带动下，带动无人流速流量测量组件233从河面一端移动到另一端，不需要人为控制无人流速流量测量组件233从河面一端移动到另一端，从而节省了人力成本和时间成本，提高了效率。电子设备3根据各第一位置高程和各第一距离，计算目标输水建筑物对应的第一平均断面水位；基于各第二位置高程和各第二距离，计算目标输水建筑物对应的第二平均断面水位；基于各第一断面流量和各第一断面流速，分别计算第一平均断面流量和第一平均断面流速；基于各第二断面流量和各第二断面流速，分别计算第二平均断面流量和第二平均断面流速；根据各目标输水建筑物对应的第一平均断面水位、第一平均断面流量、第一平均断面流速、第二平均断面水位、第二平均断面流量和第二平均断面流速确定各目标输水建筑物之间的渠道的输水能力，保证了确定的各目标输水建筑物之间的渠道的输水能力的准确性。
虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。
Claims (10)
1.一种输水建筑物过流能力监测系统，其特征在于，所述输水建筑物过流能力监测系统包括摄像设备、过流能力监测设备以及电子设备；其中，所述过流能力监测设备包括高程测量设备、雷达设备和流速流量测量设备，其中，所述摄像设备、所述高程测量设备、所述雷达设备和所述流速流量测量设备均与所述电子设备通信连接，其中：
所述摄像设备，用于对目标输水渠道中的各目标输水建筑物对应的上游第一预设区域和下游第二预设区域进行拍摄，分别得到各所述目标输水建筑物对应的上游区域流态分布图像和下游区域流态分布图像，并将各所述上游区域流态分布图像和各所述下游区域流态分布图像传输至所述电子设备；
所述电子设备，用于针对各所述目标输水建筑物，对所述目标输水建筑物对应的所述上游区域流态分布图像和所述下游区域流态分布图像进行图像处理，分别确定所述上游第一预设区域对应的第一表面流速和第一表面涡量和所述下游第二预设区域对应的第二表面流速和第二表面涡量；根据所述第一表面流速和所述第一表面涡量，在所述上游第一预设区域确定所述过流能力监测设备对应的第一安装位置；根据所述第二表面流速和所述第二表面涡量在所述下游第二预设区域确定所述过流能力监测设备对应的第二安装位置；
所述高程测量设备，用于计算安装在所述第一安装位置的所述雷达设备对应的第一位置高程以及安装在所述第二安装位置的所述雷达设备对应的第二位置高程；将所述第一位置高程和所述第二位置高程传输至所述电子设备；
安装在所述第一安装位置的所述雷达设备，用于测量所述雷达设备到所述第一安装位置对应的第一渠道断面的水面之间的第一距离，并将所述第一距离传输至所述电子设备；
安装在所述第二安装位置的所述雷达设备，用于测量所述雷达设备到所述第二安装位置对应的第二渠道断面的水面之间的第二距离，并将所述第二距离传输至所述电子设备；
流速流量测量设备，用于监测各所述目标输水建筑物对应的所述第一渠道断面对应的第一断面流量和第一断面流速，以及所述第二渠道断面对应的第二断面流量和第二断面流速；并将所述第一断面流量、所述第一断面流速、所述第二断面流量和所述第二断面流速传输至所述电子设备；
所述电子设备，用于利用所述第一位置高程减去所述第一距离，得到所述第一渠道断面对应的第一断面水位；利用所述第二位置高程减去所述第二距离，得到所述第二渠道断面对应的第二断面水位；根据各所述目标输水建筑物对应的所述第一断面水位、所述第一断面流量、所述第一断面流速、所述第二断面水位、所述第二断面流量和所述第二断面流速确定各所述目标输水建筑物之间的渠道的输水能力。
2.根据权利要求1所述的输水建筑物过流能力监测系统，其特征在于，所述电子设备，用于对各帧所述下游区域流态分布图像进行增强处理，生成下游区域流态增强图像；
对各帧所述下游区域流态增强图像进行识别，确定各帧所述下游区域流态增强图像中的各粒子从当前帧所述下游区域流态增强图像到下一帧所述下游区域流态增强图像对应的最可能位移；
根据各所述粒子从当前帧所述下游区域流态增强图像到下一帧所述下游区域流态增强图像对应的所述最可能位移，计算所述下游第二预设区域对应的所述第二表面流速和所述第二表面涡量。
3.根据权利要求2所述的输水建筑物过流能力监测系统，其特征在于，所述电子设备，用于对各帧所述下游区域流态增强图像进行区域划分，得到各帧所述下游区域流态增强图像对应的询问区域；对相邻两帧所述下游区域流态增强图像进中的各所述询问区域进行交叉相关计算，得到各所述粒子从当前帧所述下游区域流态增强图像到下一帧所述下游区域流态增强图像对应的所述最可能位移。
4.根据权利要求2所述的输水建筑物过流能力监测系统，其特征在于，所述电子设备还用于获取最大流速阈值，根据所述最大流速阈值以及各帧所述下游区域流态增强图像之间的时间间隔，计算最大位移阈值；将各所述最可能位移与所述最大位移阈值进行对比，删除大于所述最大位移阈值的各所述最可能位移，得到各目标位移；
基于各所述目标位移计算各所述粒子的速度；根据各所述粒子的速度，确定所述下游第二预设区域对应的所述第二表面流速；
基于各所述目标位移与表面涡量之间的关系，确定所述下游第二预设区域对应的所述第二表面涡量。
5.根据权利要求1所述的输水建筑物过流能力监测系统，其特征在于，所述电子设备，用于获取所述下游第二预设区域对应的第一预设流速和第一预设涡量；基于所述下游第二预设区域对应的所述第二表面流速，生成第一流速沿程变化图；基于所述第二表面涡量，生成第一涡量沿程变化图；基于所述第一流速沿程变化图和所述第一涡量沿程变化图，从所述下游第二预设区域中确定所述第二表面流速小于所述第一预设流速，且所述第二表面涡量小于所述第一预设涡量的所述第二安装位置。
6.根据权利要求1所述的输水建筑物过流能力监测系统，其特征在于，所述电子设备，还用于获取当前目标输水建筑物对应的所述第二断面水位、所述第二断面流量和所述第二断面流速，以及所述当前目标输水建筑物对应的下游目标输水建筑物对应的所述第一断面水位、所述第一断面流量、所述第一断面流速；并获取所述当前目标输水建筑物与所述下游目标输水建筑物之间的当前渠道的第一长度；其中，所述当前目标输水建筑物为所述目标输水渠道中的各所述目标输水建筑物中的任一所述目标输水建筑物；
根据所述当前目标输水建筑物对应的所述第二断面水位、所述第二断面流量、所述第二断面流速、所述当前目标输水建筑物对应的所述下游目标输水建筑物对应的所述第一断面水位、所述第一断面流量、所述第一断面流速以及所述当前渠道的所述第一长度之间的关系，计算所述当前渠道对应的第一流量系数；
根据所述第一流量系数与所述当前渠道对应的当前渠道综合糙率之间的关系，计算得到所述当前渠道对应的所述当前渠道综合糙率；
根据所述当前渠道综合糙率，确定所述当前渠道对应的输水能力。
7.根据权利要求6所述的输水建筑物过流能力监测系统，其特征在于，所述电子设备，还用于获取训练数据集，所述训练数据集中包括多组训练数据，各所述训练数据中包括所述目标输水渠道对应的渠道总流量、所述目标输水渠道中各所述目标输水建筑物分别对应的闸门开度、所述目标输水渠道中各渠道对应的渠道综合糙率以及各所述目标输水建筑物分别对应的所述第一安装位置对应的所述第一断面水位和所述第二安装位置对应的所述第二断面水位；
将各组所述训练数据输入至初始水位预测网络，所述初始水位预测网络对各组所述训练数据进行特征提取，基于提取的特征，输出各所述目标输水建筑物分别对应的所述第一安装位置对应的第一虚拟水位和所述第二安装位置对应的第二虚拟水位；
针对各所述目标输水建筑物分别对应的所述第一断面水位与所述第一虚拟水位以及所述第二断面水位与所述第二虚拟水位，计算所述训练数据对应的损失函数的损失值；
基于所述损失值，对所述初始水位预测网络的参数进行更新，直至满足预设条件，生成目标水位预测模型。
8.根据权利要求7所述的输水建筑物过流能力监测系统，其特征在于，所述电子设备，还用于获取未来预设时间点所述目标输水渠道对应的未来总流量、所述目标输水渠道中各所述目标输水建筑物分别对应的未来闸门开度以及所述目标输水渠道中各渠道对应的渠道综合糙率；
将所述未来总流量、所述目标输水渠道中各所述目标输水建筑物分别对应的所述未来闸门开度以及所述目标输水渠道中各渠道对应的渠道综合糙率输入至所述目标水位预测模型；
所述目标水位预测模型对所述未来总流量、所述目标输水渠道中各所述目标输水建筑物分别对应的所述未来闸门开度以及所述目标输水渠道中各渠道对应的渠道综合糙率进行特征提取，基于提取的特征，输出各所述目标输水建筑物对应的所述第一安装位置对应的第一预测水位和所述第二安装位置对应的第二预测水位；
根据各所述目标输水建筑物对应的所述第一预测水位和所述第二预测水位，调节各所述目标输水建筑物的闸门开度。
9.根据权利要求1所述的输水建筑物过流能力监测系统，其特征在于，所述过流能力监测设备为可移动过流能力监测设备，其中：
针对各所述目标输水建筑物对应的所述下游第二预设区域，所述摄像设备，用于周期性对所述下游第二预设区域进行拍摄，得到所述下游区域流态分布图像，并将所述下游区域流态分布图像传输至所述电子设备；
所述电子设备，用于每次接收到所述摄像设备传输的所述下游区域流态分布图像；对所述下游区域流态分布图像进行图像处理，确定所述下游第二预设区域对应的所述第二表面流速和所述第二表面涡量；根据所述第二表面流速和第二表面涡量在所述下游第二预设区域确定所述可移动过流能力监测设备对应的当前次第二安装位置；如此循环，确定所述下游第二预设区域确定所述可移动过流能力监测设备对应的下一次第二安装位置；当所述下一次第二安装位置与所述当前次第二安装位置不同时，控制所述可移动过流能力监测设备从所述当前次第二安装位置移动到所述下一次第二安装位置；
针对各所述目标输水建筑物对应的所述上游第一预设区域，同理。
10.根据权利要求9所述的输水建筑物过流能力监测系统，其特征在于，所述可移动过流能力监测设备包括：可拆卸高程测量设备、雷达设备和可移动流速流量测量设备；其中，所述雷达设备固定安装在所述可移动流速流量测量设备上，所述可拆卸高程测量设备与所述可移动流速流量测量设备可拆卸连接；所述可拆卸高程测量设备包括：水准仪和标高尺和第一控制组件；所述可移动流速流量测量设备包括：可移动智能平板车、无人船、流速流量测量组件、卷扬机和缆索，其中，所述可移动智能平板车为两个，分别安装在各所述第二安装位置或各所述第一安装位置的两侧河岸上，所述卷扬机固定安装在第一个所述可移动智能平板车上，所述卷扬机中的所述缆索头部的一端连接在第二个所述可移动智能平板车上，所述流速流量测量组件安装在所述无人船上，所述无人船安装在所述缆索上；所述卷扬机与所述电子设备通信连接，所述电子设备通过控制所述卷扬机卷扬所述缆索，带动所述无人船沿所述缆索在河面上移动，其中：
所述第一控制组件，用于根据所述水准仪和所述标高尺测量的数据，计算
安装在各所述第一安装位置的所述雷达设备对应的各所述第一位置高程以及安装在各所述第二安装位置的所述雷达设备对应的各所述第二位置高程；将各所述第一位置高程和各所述第二位置高程传输至所述电子设备；
安装在各所述第一安装位置的所述雷达设备，用于测量所述雷达设备到各所述第一安装位置对应的第一渠道断面的水面之间的各所述第一距离，并将所述各第一距离传输至所述电子设备；
安装在各所述第二安装位置的所述雷达设备，用于测量所述雷达设备到各所述第二安装位置对应的第二渠道断面的水面之间的各所述第二距离，并将各所述第二距离传输至所述电子设备；
所述流速流量测量组件，用于监测各所述第一安装位置对应的所述第一渠道断面对应的所述第一断面流量和所述第一断面流速，以及各所述第二安装位置对应的所述第二渠道断面对应的所述第二断面流量和所述第二断面流速；并将各所述第一断面流量、各所述第一断面流速、各所述第二断面流量和各所述第二断面流速传输至所述电子设备；
所述可移动智能平板车，用于在所述电子设备的控制下，从当前次第一安装位置移动到下一次第一安装位置，或者从所述当前次第二安装位置移动到下一次第二安装位置；
所述卷扬机，用于在所述电子设备的控制下，对所述缆索进行卷扬，以控制所述无人船从河面一端移动到另一端；
所述无人船，用于在所述缆索的带动下，带动所述流速流量测量组件从河面一端移动到另一端；
所述电子设备，用于根据各次计算得到的所述第一安装位置以及所述第二安装位置，从当前次第一安装位置移动到下一次第一安装位置，或者从所述当前次第二安装位置移动到下一次第二安装位置；且在所述可移动智能平板车移动到位后，控制所述卷扬机对所述缆索进行卷扬，以控制所述无人船从河面一端移动到另一端；
所述电子设备，还用于基于各所述第一位置高程和各所述第一距离，计算所述目标输水建筑物对应的第一平均断面水位；基于各所述第二位置高程和各所述第二距离，计算所述目标输水建筑物对应的第二平均断面水位；基于各所述第一断面流量和各所述第一断面流速，分别计算第一平均断面流量和第一平均断面流速；基于各所述第二断面流量和各所述第二断面流速，分别计算第二平均断面流量和第二平均断面流速；根据各所述目标输水建筑物对应的所述第一平均断面水位、所述第一平均断面流量、所述第一平均断面流速、所述第二平均断面水位、所述第二平均断面流量和所述第二平均断面流速确定各所述目标输水建筑物之间的渠道的输水能力。
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