专利名称：一种基于水流流速判断涌潮是否到达的方法
技术领域：
本发明属于自动化技术领域，具体是ー种基于水流流速判断涌潮是否到达的方法，可用于江河涌潮监测与实时预报预警。
背景技术：
钱塘江在杭州湾流入东海，河口外宽内狭，宽处达100千米，狭处只有几千米。海水刚进海ロ，水面宽，越往里就越受河流两岸地形的约束，海水只好涌积起来，并且越积越高，加之钱塘江流出的河水受到阻挡，又促进水位增高，好像一道直立的水墙。当后面的海水不断涌入时，就形成了后浪赶前浪，一浪叠一浪的壮观景象，汹涌澎湃，气势雄伟，成为全球最大最壮观的潮汐。与此同时，千百年来钱江潮水卷人事件几乎从未杜绝过，毎年因潮水而遇难的人数就有十余人。为防止钱塘江潮水卷人，当地政府和民间人士专门组织了“喊潮队”，并在危险地区树立警告标语，告诫游客注意安全。尽管有一定作用，但钱塘江潮水“吃人事件”一直没有杜绝。因此，江河涌潮监测与预报预警对于保护游客和两岸人民的生命和财产的安全就变得非常的有意义了。一般的，在江河涌潮监测与预报预警技术中，根据检测设备是否需要接触潮水，分为接触式检测和非接触式检测。对于接触式检测，一方面由于海水腐蚀会造成设备损失，另一方面，对于像钱塘江这样的大涌潮江河，其潮汐的冲击カ使得对于设备的安装要求非常高。故目前一般采用非接触式检测，但是现有的技术在应用上都依旧存在各自的局限性。例如，对于基于音频特征识别的江河涌潮检测方法，在潮水较小的情况下，音频特征不够明显，无法达到识别涌潮的目的。而基于视频识别的江河涌潮检测方法则不适宜于夜晚或者江面有雾等情況。另外，现 有的技术仅局限于判断涌潮是否到达，而无法判断涌潮的级别大小，不利于预报涌潮到达下ー站点的时间，使得对江河涌潮的实时自动检测及预警不够全面。
发明内容
针对现有技术的局限性，本发明提供一种基于水流流速判断涌潮是否到达的方法。本发明利用雷达电波流速仪测得的水流流速数据，判断涌潮是否到达，同时判断涌潮的级别大小，实现江河涌潮的实时自动检测及警报。本发明包括如下步骤:步骤1:选择合适的地点安装雷达电波流速仪测量水流流速，在岸边安装铁架子将雷达架于江面上，使雷达正对水流方向。步骤2:采集瞬时流速数据，设置两个变量用于记录采集到的流速数据，分别为流速数据old和流速数据new，将采集到的第I个数据赋值给流速数据old，第2个数据赋值给流速数据new。步骤3:计算流速数据new和流速数据old的差值，比较该差值与设定的阈值thresholdl的大小以判定当前状态是否由状态ー转入状态ニ ；若该差值小于等于设定的阈值thresholdl,则判定当前状态为状态一，进入步骤4 ;若该差值大于设定的阈值thresholdl，则开始判断是否已经进入状态ニ，则将流速数据old赋值给原始流速original,其中变量原始流速original用来记录状态ー的流速,进入步骤5。步骤4:将流速数据new赋值给流速数据old，然后读取雷达电波流速仪的新数据并赋值给流速数据new,转回步骤3。步骤5:为最大流速max赋初值为流速数据new,其中最大流速max将用来记录涌潮到达过程中出现的最大数据；为用来记录已经有几个数据増大的整型变量increase赋值为I，表示已经有I个数据増大，其中整型变量increase的大小可以用来表征已经进入状态ニ的可信度，数值越大可信度越高，当増大到指定值nl吋，则判定为已经进入状态ニ。步骤6:读取雷达电波流速仪的新数据并赋值给流速数据new,计算流速数据new和原始流速original的差值，比较该差值与设定的阈值thresholdl的大小，分为情况①和情况②:
情况①:该差值大于设定的阈值thresholdl，则判断流速数据new是否大于最大流速max:若大于最大流速max,则将其赋值给最大流速max,否则最大流速max保持不变；将整型变量increase加I,然后判断整型变量increase是否已经到达指定值nl:若尚未到达指定值nl,则重新转入步骤6,若已经到达指定值nl,则判定已经进入状态ニ,故接下来开始判断是否进入状态三，为用来记录已经有几个数据减小的整型变量decrease赋值为0，进入步骤7 ;其中整型变量decrease的大小用来表征已经进入状态三的可信度，数值越大可信度越高，当増大到指定值n2时则判定为已经进入状态三。情况②:该差值小于等于设定的阈值thresholdl,则判断整型变量increase是否大于1:若大于I，则将整型变量increase减1，重新进入步骤6 ;若不大于I，则判定并没有进入状态ニ，即依旧为状态一，因此整型变量increase赋值为0,返回步骤4。步骤7:读取雷达电波流速仪的新数据并赋值给流速数据new,判断流速数据new是否大于最大流速max:若大于最大流速max,则将其赋值给最大流速max,否则最大流速max保持不变；计算最大流速max与流速数据new的差值，比较该差值与设定的阈值threshold2的大小以判定数据所处的状态是否由状态ニ转入状态三，分为情况I和情况
II;其中阈值threshold〗可根据最大流速max进行选择。情况1:该差值大于阈值threshold〗,将整型变量decrease加I,然后判断整型变量decrease是否已经到达指定值n2:若尚未到达指定值n2，则重新转入步骤7 ;若已经到达指定值ri2，则判定已经进入状态三，故接下来开始判断是否进入状态四，为用来记录已经有几个数据稳定的整型变量steady赋值为0,将流速数据new赋值给流速数据old,进入步骤8 ;其中整型变量steady的大小用来表征已经进入状态四的可信度，数值越大可信度越高，当増大到指定值n3时则判定为已经进入状态四。情况I1:该差值小于等于阈值threshold〗，则判断整型变量decrease是否大于1:若大于I，则将整型变量decrease减1，重新进入步骤7 ;若不大于I，则判定并没有进入状态三，即仍然为状态ニ，因此将整型变量increase赋值为0，然后返回步骤6。步骤8:读取雷达电波流速仪的新数据并赋值给流速数据new，并计算流速数据old和流速数据new的差值的绝对值；比较该绝对值与设定的阈值threshold3的大小以判定数据所处的状态是否由状态三转入状态四，分为情况a和情况b。
情况a:该绝对值大于等于阈值threshold3,则判断整型变量steady是否大于1:若大于I，则将整型变量steady减1，重新进入步骤8 ;若不大于I，则判定并没有进入状态四，即仍然为状态三，因此将整型变量decrease赋值为0，然后返回步骤7。情况b:该绝对值小于阈值threshold3，将整型变量steady加I，然后判断整型变量steady是否已经到达指定值n3:若尚未到达指定值n3,则将流速数据new赋值给流速数据old，重新转入步骤8 ;若已经到达指定值n3，则判定已经进入状态四，计算流速数据new与原始流速original的差值，比较该差值与阈值threshold4的大小,分为情况b_l和情况b-2 ;其中流速数据new记录状态四的流速,原始流速original记录状态ー的流速。情况b-1:若该差值大于阈值thresholcM，表明导致该次流速数据的整个变化并非由干扰引起，故判定涌潮已经到达，并根据最大流速max和原始流速original的差值的大小判断涌潮的级别大小，其中max记录了整个流速变化过程中所达到的最大流速，原始流速original记录了状态ー的流速。情况b-2:若该差值小于等于阈值thresholcM，表明导致该次流速数据的整个变化是由干扰引起，故判定处于状态一，因此将流速数据new赋值给流速数据old，读取雷达电波流速仪的新数据并赋值给流速数据new，返回步骤3。所述的状态ー为涌潮尚未到达，状态ニ为流速増大，状态三为流速减小，状态四为
流速稳定。本发明的有益效果是:1.不仅能够判断涌潮是否到达，而且同时得到了涌潮的流速，为预报涌潮到达下个站点的时间提供了必要的数据，更加全面地实现了江河涌潮的实时自动检测及预警。2.由于干扰的存在，若直接根据流速持续大于某阈值来判断涌潮是否到达可能引起误判，所以最后根据前后数据是否有变化来消除误判。3.引入用来记录已经有几个数据增大的整型变量increase、用来记录已经有几个数据减小的整型变量decrease和用来记录已经有几个数据稳定的整型变量steady,以其大小分别表征已经进入状态ニ、状态三和状态四的可信度。如此可以有效剔除偶然因素的干扰，使得对于是否已经进入状态ニ、状态三和状态四的判断更加严谨，増加了判断的准确度。
图1为涌潮到达时流速的变化过程。图2为本发明方法流程图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的方法作进ー步描述。如图1所示，分析多次实验中涌潮到达时流速的情况，可知最明显的特征是涌潮到达时首先流速突然瞬间变大，一段时间后开始变小，变小到一定程度后长时间保持ー个较小的稳定的流速(此值大于尚未到达时的流速值，以此可以消除干扰引起的误判，因为若为干扰造成流速变化，那么干扰消失后的流速恢复为原来的流速)。本发明通过该特征判断涌潮是否到达。即涌潮到达过程中流速数据分为四个状态:1.涌潮尚未到达，2.流速増大，3.流速减小，4.流速稳定。本发明在判断时，若发现流速数据完整地经历了这四个状态，且变化稳定后的流速大于变化前的流速，则判断为涌潮已经到达，同时判断该次涌潮的级别大小。如图2所示，一种基于水流流速判断涌潮是否到达的方法，包括以下步骤:步骤1:选择合适的地点安装雷达电波流速仪测量水流流速，在岸边安装铁架子将雷达架于江面上(注意避开丁字坝以及滩涂)，使雷达正对水流方向。步骤2:采集瞬时流速数据(该瞬时流速数据是由雷达电波流速仪由串ロ通过RS232接ロ发给微处理器)，设置两个变量用于记录采集到的流速数据，分别为流速数据old和流速数据new，将采集到的第I个数据赋值给流速数据old，第2个数据赋值给流速数据 new o步骤3:计算流速数据new和流速数据old的差值(new-old)。比较该差值与设定的阈值thresholdl的大小以判定当前状态是否由状态ー(涌潮尚未到达)转入状态ニ (流速増大)。若该差值小于等于设定的阈值thresholdl，则判定当前状态为状态ー(涌潮尚未到达)，进入步骤4;若该差值大于设定的阈值thresholdl，则开始判断是否已经进入状态ニ(流速増大)，则将流速数据old赋值给原始流速original,其中变量原始流速original用来记录状态ー(涌潮尚未到达)时的流速，进入步骤5。步骤4:将流速数据new赋值给流速数据old，然后读取雷达电波流速仪的新数据并赋值给流速数据new,转回步骤3。步骤5:为最大流速max赋初值为流速数据new,其中最大流速max将用来记录涌潮到达过程中出现的最大数据。为用来记录已经有几个数据増大的整型变量increase赋值为I，表示已经有I个数据増大，其中整型变量increase的大小可以用来表征已经进入状态ニ (流速増大)的可信度，数值越大可信度越高，当増大到指定值nl吋，则判定为已经进入状态ニ (流速増大)。步骤6:读取雷达电波流速仪的新数据并赋值给流速数据new,计算流速数据new和原始流速original的差值(new-original),比较该差值与设定的阈值thresholdl的大小，分为情况①和情况②。情况①:该差值大于设定的阈值thresholdl，则判断流速数据new是否大于最大流速max:若大于最大流速max,则将其赋值给最大流速max,否则最大流速max保持不变；将整型变量increase加I,然后判断整型变量increase是否已经到达指定值nl:若尚未到达指定值nl，则重新转入步骤6，若已经到达指定值nl，则判定已经进入状态ニ (流速增大)，故接下来开始判断是否进入状态三(流速减小)，为用来记录已经有几个数据减小的整型变量decrease赋值为0,进入步骤7。其中整型变量decrease的大小用来表征已经进入状态三(流速减小)的可信度，数值越大可信度越高，当増大到指定值n2时则判定为已经进入状态三(流速减小)。情况②:该差值小于等于设定的阈值thresholdl,则判断整型变量increase是否大于1:若大于I，则将整型变量increase减1，重新进入步骤6 ;若不大于I，则判定并没有进入状态ニ(流速増大)，即依旧为状态一(涌潮尚未到达)，因此整型变量increase赋值为
0,返回步骤4。步骤7:读取雷达电波流速仪的新数据并赋值给流速数据new,判断流速数据new是否大于最大流速max:若大于最大流速max,则将其赋值给最大流速max,否则最大流速max保持不变。计算最大流速max与流速数据new的差值(max-new),比较该差值与设定的阈值threshold2的大小以判定数据所处的状态是否由状态ニ (流速増大)转入状态三(流速减小)，分为情况I和情况II。其中阈值threshold〗可根据最大流速max进行选择,如取max/3、max/2 %:。情况1:该差值大于阈值threshold〗,将整型变量decrease加I,然后判断整型变量decrease是否已经到达指定值n2:若尚未到达指定值n2，则重新转入步骤7 ;若已经到达指定值ri2，则判定已经进入状态三(流速减小)，故接下来开始判断是否进入状态四(流速稳定)，为用来记录已经有几个数据稳定的整型变量steady赋值为0，将流速数据new赋值给流速数据old,进入步骤8。其中整型变量steady的大小用来表征已经进入状态四(流速稳定)的可信度，数值越大可信度越高，当増大到指定值n3时则判定为已经进入状态四(流速稳定)。情况I1:该差值小于等于阈值threshold〗，则判断整型变量decrease是否大于1:若大于I，则将整型变量decrease减1，重新进入步骤7 ;若不大于I，则判定并没有进入状态三(流速减小)，即仍 然为状态ニ (流速増大)，因此将整型变量increase赋值为0，然后返回步骤6。步骤8:读取雷达电波流速仪的新数据并赋值给流速数据new，并计算流速数据old和流速数据new的差值的绝对值| old-new |。比较该绝对值与设定的阈值threshold3的大小以判定数据所处的状态是否由状态三(流速减小)转入状态四(流速稳定)，分为情况a和情况b。情况a:该绝对值大于等于阈值threshold3,则判断整型变量steady是否大于1:若大于I，则将整型变量steady减1，重新进入步骤8 ;若不大于I，则判定并没有进入状态四(流速稳定)，即仍然为状态三(流速减小)，因此将整型变量decrease赋值为0，然后返回步骤7。情况b:该绝对值小于阈值threshold3,将整型变量steady加I,然后判断整型变量steady是否已经到达指定值n3:若尚未到达指定值n3,则将流速数据new赋值给流速数据old，重新转入步骤8 ;若已经到达指定值n3，则判定已经进入状态四(流速稳定)，计算流速数据new与原始流速original的差值(new-original),比较该差值与阈值thresholcM的大小，分为情况b-1和情况b-2。其中流速数据new记录状态四(流速稳定)的流速,原始流速original记录状态ー(涌潮尚未到达)的流速。情况b-1:若该差值大于阈值thresholcM，表明导致该次流速数据的整个变化并非由干扰引起，故判定涌潮已经到达，并根据最大流速max和原始流速original的差值(max-original)的大小判断涌潮的级别大小,其中max记录了整个流速变化过程中所达到的最大流速，原始流速original记录了状态ー(涌潮尚未到达)的流速。情况b-2:若该差值小于等于阈值thresholcM，表明导致该次流速数据的整个变化是由干扰引起，故判定处于状态ー(涌潮尚未到达)，因此将流速数据new赋值给流速数据old，读取雷达电波流速仪的新数据并赋值给流速数据new，返回步骤3。以下为依照本发明方法所采取的实施例。2012年8月21日(农历七月初五)，在杭州市江干区下沙高教园区十号大街二十七号路ロ附近的钱塘江岸边(位于江东大桥上游约3000米处)，安装雷达电波流速仪，并使雷达正对水流流入方向。阈值 Thresholdl 取 2,阈值 threshold2 取 2,阈值 threshold3 取 0.5,阈值thresholcM取0.5 ;判断进入下一状态所需达到的指定值nl、n2、n3皆取15,当分别采用本方法所得到的一次判断结果如下表所示。
权利要求
1.一种基于水流流速判断涌潮是否到达的方法，其特征在于该方法包括以下步骤:步骤1:选择合适的地点安装雷达电波流速仪测量水流流速，在岸边安装铁架子将雷达架于江面上,使雷达正对水流方向； 步骤2:采集瞬时流速数据，设置两个变量用于记录采集到的流速数据，分别为流速数据old和流速数据new，将采集到的第I个数据赋值给流速数据old，第2个数据赋值给流速数据new ； 步骤3:计算流速数据new和流速数据old的差值，比较该差值与设定的阈值thresholdl的大小以判定当前状态是否由状态ー转入状态ニ ；若该差值小于等于设定的阈值thresholdl,则判定当前状态为状态一，进入步骤4 ;若该差值大于设定的阈值thresholdl，则开始判断是否已经进入状态ニ，则将流速数据old赋值给原始流速original,其中变量原始流速original用来记录状态ー的流速,进入步骤5 ； 步骤4:将流速数据new赋值给流速数据old，然后读取雷达电波流速仪的新数据并赋值给流速数据new,转回步骤3 ； 步骤5:为最大流速max赋初值为流速数据new,其中最大流速max将用来记录涌潮到达过程中出现的最大数据；为用来记录已经有几个数据増大的整型变量increase赋值为I，表示已经有I个数据増大，其中整型变量increase的大小可以用来表征已经进入状态ニ的可信度，数值越大可信度越高，当増大到指定值nl吋，则判定为已经进入状态ニ ； 步骤6:读取雷达电波流速仪的新数据并赋值给流速数据new,计算流速数据new和原始流速original的差值，比较该差值与设定的阈值thresholdl的大小,分为情况①和情况②； 情况①:该差值大于设定的阈值thresholdl，则判断流速数据new是否大于最大流速max:若大于最大流速max,则将其赋值给最大流速max,否则最大流速max保持不变；将整型变量increase加I,然 后判断整型变量increase是否已经到达指定值nl:若尚未到达指定值nl，则重新转入步骤6，若已经到达指定值nl，则判定已经进入状态ニ，故接下来开始判断是否进入状态三，为用来记录已经有几个数据减小的整型变量decrease赋值为0，进入步骤7 ;其中整型变量decrease的大小用来表征已经进入状态三的可信度，数值越大可信度越高，当増大到指定值n2时则判定为已经进入状态三； 情况②:该差值小于等于设定的阈值thresholdl,则判断整型变量increase是否大于1:若大于I，则将整型变量increase减I，重新进入步骤6 ;若不大于I，则判定并没有进入状态ニ，即依旧为状态一，因此整型变量increase赋值为0，返回步骤4 ; 步骤7:读取雷达电波流速仪的新数据并赋值给流速数据new,判断流速数据new是否大于最大流速max:若大于最大流速max,则将其赋值给最大流速max,否则最大流速max保持不变；计算最大流速max与流速数据new的差值，比较该差值与设定的阈值threshold2的大小以判定数据所处的状态是否由状态ニ转入状态三，分为情况I和情况II;其中阈值threshold〗可根据最大流速max进行选择； 情况1:该差值大于阈值threshold〗，将整型变量decrease加1，然后判断整型变量decrease是否已经到达指定值n2:若尚未到达指定值n2,贝U重新转入步骤7 ;若已经到达指定值ri2，则判定已经进入状态三，故接下来开始判断是否进入状态四，为用来记录已经有几个数据稳定的整型变量steady赋值为0,将流速数据new赋值给流速数据old,进入步骤8;其中整型变量steady的大小用来表征已经进入状态四的可信度，数值越大可信度越高，当増大到指定值n3时则判定为已经进入状态四； 情况I1:该差值小于等于阈值threshold〗，则判断整型变量decrease是否大于1:若大于1，则将整型变量decrease减1，重新进入步骤7 ;若不大于I，则判定并没有进入状态三，即仍然为状态ニ，因此将整型变量increase赋值为0，然后返回步骤6 ； 步骤8:读取雷达电波流速仪的新数据并赋值给流速数据new，并计算流速数据old和流速数据new的差值的绝对值；比较该绝对值与设定的阈值threshoId3的大小以判定数据所处的状态是否由状态三转入状态四，分为情况a和情况b ； 情况a:该绝对值大于等于阈值threshold3,则判断整型变量steady是否大于1:若大于I，则将整型变量steady减I，重新进入步骤8 ;若不大于I，则判定并没有进入状态四，即仍然为状态三，因此将整型变量decrease赋值为0，然后返回步骤7 ； 情况b:该绝对值小于阈值threshold〗，将整型变量steady加1，然后判断整型变量steady是否已经到达指定值n3:若尚未到达指定值n3,则将流速数据new赋值给流速数据old,重新转入步骤8 ;若已经到达指定值n3,贝U判定已经进入状态四，计算流速数据new与原始流速original的差值，比较该差值与阈值threshold4的大小，分为情况b_l和情况b-2 ;其中流速数据new记录状态四的流速,原始流速original记录状态ー的流速； 情况b-1:若该差值大于阈值thresholcM，表明导致该次流速数据的整个变化并非由干扰引起，故判定涌潮已经到达，并根据最大流速max和原始流速original的差值的大小判断涌潮的级别大小，其中max记录了整个流速变化过程中所达到的最大流速，原始流速original记录了状态ー的流速； 情况b-2:若该差值小于等于阈值thresholcM，表明导致该次流速数据的整个变化是由干扰引起，故判定处于状态一，因此将流速数据new赋值给流速数据old，读取雷达电波流速仪的新数据并赋值给流速数据new，返回步骤3 ； 所述的状态ー为涌潮尚未到达，状态ニ为流速増大，状态三为流速减小，状态四为流速稳定。
全文摘要
本发明公开了一种基于水流流速判断涌潮是否到达的方法。本发明方法具体是正确安装雷达电波流速仪于江面上；采集流速数据；根据流速是否增大来判断流速数据是否由状态1转入状态2；根据流速是否减小来判断流速数据是否由状态2转入状态3；根据流速是否稳定来判断流速数据是否由状态3转入状态4；根据变化稳定后的流速与变化前流速的差值来判断引起本次流速状态变化的原因是干扰还是涌潮到达；根据变化过程中出现的最大流速与变化前流速的差值大小来判断本次涌潮的级别大小。本发明不仅能够判断涌潮是否到达，而且同时得到了涌潮的流速，为预报涌潮到达下个站点的时间提供了必要的数据，更加全面地实现了江河涌潮的实时自动检测及预警。
文档编号G01C13/00GK103090855SQ20131001920
公开日2013年5月8日 申请日期2013年1月17日 优先权日2013年1月17日
发明者王瑞荣, 徐翠飞, 孙映宏 申请人:杭州电子科技大学