專利名稱：一種基于非接觸式河流表面測速的瞬時流量回歸計算方法
技術領域：
本發(fā)明屬于河流流量遙測技術領域，尤其涉及一種基于非接觸式河流表面測速的瞬時流量回歸計算方法。
背景技術：
河流測流是指對河流的實時流量進行周期性動態(tài)測量。河流測流對掌握水情和水資源狀況，進行水土保持保護環(huán)境，合理調配水資源，防洪減災，甚至對跨河流或臨河流的基礎建設提出相應的設計要求，都具有重要意義。河流測流傳統(tǒng)上采用接觸式測量技術。包括機械式流速儀、聲學多普勒流速剖面儀(ADCP)等測流技術都是接觸式測流技術。在接觸式測流技術條件下，測量設施涉水，人工參與程度高，汛期危險性高，測量周期長。但是這些技術能夠直接測量河流斷面多點流速，理論上在不考慮測量跨度時間內流速變化情況下，只要這些流速足夠密集，就可以準確計算河流的流量。非接觸式測流技術，如超高頻雷達測流技術、電波流速儀等，能夠解決接觸式測量存在的一些問題。非接觸式河流測流技術具有不涉水、易實施、人工參與少、危險性低、測量速度快的優(yōu)點。但非接觸式測量只能直接測量河流表面多點的流速，不能像機械式流速儀、聲學多普勒流速剖面儀(ADCP)那樣可以測量河流斷面多點流速，從而不能直接測算河流瞬時流量
發(fā)明內容
本發(fā)明克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種基于非接觸式河流表面測速的瞬時流量回歸計算方法，基于此方法，可以通過非接觸式測流技術提供的表面流速、河流水位、斷面數(shù)據計算得到河流的瞬時流量。根據本發(fā)明的一種基于非接觸式河流表面測速的瞬時流量回歸計算方法，用于利用非接觸式方法測量出河流表面的流速，并利用所測量的流速乘以河流斷面面積從而計算出瞬時流量，其包括以下步驟:
通過非接觸式方法同時測量河流多點表面流速Vi和河流水位高度H，根據河流水位高度H獲取河流斷面面積S，S是H的函數(shù)，即S=S (H)，
m
根據河流多點表面流速Vi獲取河流表面平均流速，即:Y:s =-； V,,
nL.*
*催* —
然后采用公式M=K*Vs*S計算河流斷面瞬時流量，其中Vs是河流表面平均流速，S是根據河流水位高度獲取的河流斷面面積，M為河流斷面瞬時流量，K為水面系數(shù)。即，河流斷面瞬時流量M通過水面系數(shù)K、河流斷面面積S、河流表面平均流速Vs的乘積計算得到。
進一步，在具備比測試驗條件的情況下，針對具體河流斷面，根據一定樣本的比測數(shù)據，獲取水面系數(shù)K，即:Vcr= K*Vs ;在不具備比測試驗條件下，K=0.87。進一步，所述的河流多點表面流速Vi由超高頻雷達測得，或由在線式多點電波流速儀測得，或由粒子圖像測速(PIV)技術測得。本發(fā)明的有益效果:
本發(fā)明提出一種基于表面流速的河流斷面流量的回歸計算方法，其非接觸式河流測流技術除了具有不涉水、易實施、人工參與少、危險性低、測量速度快的優(yōu)點外，還能夠通過非接觸式測流技術提供的表面流速、河流水位、斷面數(shù)據計算得到河流的瞬時流量，其非接觸式測量獲得的數(shù)據與人工測量得出的數(shù)據接近度高，誤差小，可以完全代替人工測量。


圖1是非接觸式河流表面流速測量與傳統(tǒng)方式測流內容對比示意 圖2非接觸式測量得到的河流表面平均流速Vs;
圖3非接觸式測量得到的河流水位高度H;
圖4人工測量河流實時流量Mr ;
圖5 Mr與Vs*S的線性相關性關系 圖6非接觸式條件下河流斷面瞬時流量M。
具體實施例方式 非接觸測量技術，包括超高頻雷達流速場技術、在線式多點電波流速儀、粒子圖像測速(PIV)技術等。這些技術的共同特點是只能直接測得河流表面多點的流速。本發(fā)明基于超高頻雷達流速場技術和傳統(tǒng)機械式流速儀測試方法在山東東里水文站所作的大量的比測數(shù)據，提出非接觸河流瞬時流量的計算方法，該方法適用于所有非接觸式測流技術。圖1是非接觸式河流表面流速測量與傳統(tǒng)方式測流內容對比示意圖。在傳統(tǒng)的接觸式測量條件下，多條鉛垂線上的水面以下不同深度的河流流速Vr可以通過測量獲得(如Vr31 > Vr32> Vr33)。而在非接觸測量條件下，僅能測量得到多個河流表面流速數(shù)據(如'、\、V3、…VmD。在傳統(tǒng)接觸式測流系統(tǒng)中，測量設備直接測量得到河流斷面多點流速及其對應的坐標位置，通過積分可以計算得到河流在斷面的瞬時流量。
權利要求
1.一種基于非接觸式河流表面測速的瞬時流量回歸計算方法，用于利用非接觸式方法測量出河流表面的流速，并利用所測量的流速乘以河流斷面面積從而計算出瞬時流量，其包括以下步驟: 通過非接觸式方法同時測量河流多點表面流速Vi和河流水位高度H， 根據河流水位高度H獲取河流斷面面積S，S是H的函數(shù)，即S=S (H)， 根據河流多點表面流速Vi獲取河流表面平均流速，即
2.根據權利要求1所述的一種基于非接觸式河流表面測速的瞬時流量回歸計算方法， 其特征在于:在具備比測試驗條件的情況下，針對具體河流斷面，根據一定樣本的比測數(shù)據，獲取水面系數(shù)K，即:Vcr=K*Vs。
3.根據權利要求1所述的一種基于非接觸式河流表面測速的瞬時流量回歸計算方法， 其特征在于:在不具備比測試驗條件下，水面系數(shù)K=0.87。
4.根據權利要求1所述的一種基于非接觸式河流表面測速的瞬時流量回歸計算方法， 其特征在于:所述的河流多點表面流速Vi由非接觸式超高頻雷達測得。
5.根據權利要求1所述的一種基于非接觸式河流表面測速的瞬時流量回歸計算方法， 其特征在于:所述的河流多點表面流速Vi由在線式多點電波流速儀測得。
6.根據權利要求1所述的一種基于非接觸式河流表面測速的瞬時流量回歸計算方法， 其特征在于:所述的河流多點表面流速Vi由粒子圖像測速(PIV)技術測得。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于非接觸式河流表面測速的瞬時流量回歸計算方法，通過非接觸式方法同時測量河流多點表面流速Vi和河流水位高度H，根據河流水位高度H獲取河流斷面面積S，S是H的函數(shù)，即S=S(H)，根據河流多點表面流速Vi獲取河流表面平均流速，即，然后采用公式M=K*Vs*S計算河流斷面瞬時流量，其中Vs時河流表面平均流速，S是根據河流水位高度獲取的河流斷面面積。本發(fā)明能夠通過非接觸式測流技術提供的表面流速、河流水位、斷面數(shù)據計算得到河流的瞬時流量，其非接觸式測量獲得的數(shù)據與人工測量得出的數(shù)據接近度高，誤差小，可以完全代替人工測量。
文檔編號G06F19/00GK103235883SQ20131014265
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月23日 優(yōu)先權日2013年4月23日
發(fā)明者蔡富東 申請人:山東信通電器有限公司