专利名称：一种基于非接触式河流表面测速的瞬时流量回归计算方法
技术领域：
本发明属于河流流量遥测技术领域，尤其涉及一种基于非接触式河流表面测速的瞬时流量回归计算方法。
背景技术：
河流测流是指对河流的实时流量进行周期性动态测量。河流测流对掌握水情和水资源状况，进行水土保持保护环境，合理调配水资源，防洪减灾，甚至对跨河流或临河流的基础建设提出相应的设计要求，都具有重要意义。河流测流传统上采用接触式测量技术。包括机械式流速仪、声学多普勒流速剖面仪(ADCP)等测流技术都是接触式测流技术。在接触式测流技术条件下，测量设施涉水，人工参与程度高，汛期危险性高，测量周期长。但是这些技术能够直接测量河流断面多点流速，理论上在不考虑测量跨度时间内流速变化情况下，只要这些流速足够密集，就可以准确计算河流的流量。非接触式测流技术，如超高频雷达测流技术、电波流速仪等，能够解决接触式测量存在的一些问题。非接触式河流测流技术具有不涉水、易实施、人工参与少、危险性低、测量速度快的优点。但非接触式测量只能直接测量河流表面多点的流速，不能像机械式流速仪、声学多普勒流速剖面仪(ADCP)那样可以测量河流断面多点流速，从而不能直接测算河流瞬时流量
发明内容
本发明克服现有技术的不足，提供一种基于非接触式河流表面测速的瞬时流量回归计算方法，基于此方法，可以通过非接触式测流技术提供的表面流速、河流水位、断面数据计算得到河流的瞬时流量。根据本发明的一种基于非接触式河流表面测速的瞬时流量回归计算方法，用于利用非接触式方法测量出河流表面的流速，并利用所测量的流速乘以河流断面面积从而计算出瞬时流量，其包括以下步骤:
通过非接触式方法同时测量河流多点表面流速Vi和河流水位高度H，根据河流水位高度H获取河流断面面积S，S是H的函数，即S=S (H)，
m
根据河流多点表面流速Vi获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计算河流断面瞬时流量，其中Vs是河流表面平均流速，S是根据河流水位高度获取的河流断面面积，M为河流断面瞬时流量，K为水面系数。即，河流断面瞬时流量M通过水面系数K、河流断面面积S、河流表面平均流速Vs的乘积计算得到。
进一步，在具备比测试验条件的情况下，针对具体河流断面，根据一定样本的比测数据，获取水面系数K，即:Vcr= K*Vs ;在不具备比测试验条件下，K=0.87。进一步，所述的河流多点表面流速Vi由超高频雷达测得，或由在线式多点电波流速仪测得，或由粒子图像测速(PIV)技术测得。本发明的有益效果:
本发明提出一种基于表面流速的河流断面流量的回归计算方法，其非接触式河流测流技术除了具有不涉水、易实施、人工参与少、危险性低、测量速度快的优点外，还能够通过非接触式测流技术提供的表面流速、河流水位、断面数据计算得到河流的瞬时流量，其非接触式测量获得的数据与人工测量得出的数据接近度高，误差小，可以完全代替人工测量。
图1是非接触式河流表面流速测量与传统方式测流内容对比示意 图2非接触式测量得到的河流表面平均流速Vs;
图3非接触式测量得到的河流水位高度H;
图4人工测量河流实时流量Mr ;
图5 Mr与Vs*S的线性相关性关系 图6非接触式条件下河流断面瞬时流量M。
具体实施例方式 非接触测量技术，包括超高频雷达流速场技术、在线式多点电波流速仪、粒子图像测速(PIV)技术等。这些技术的共同特点是只能直接测得河流表面多点的流速。本发明基于超高频雷达流速场技术和传统机械式流速仪测试方法在山东东里水文站所作的大量的比测数据，提出非接触河流瞬时流量的计算方法，该方法适用于所有非接触式测流技术。图1是非接触式河流表面流速测量与传统方式测流内容对比示意图。在传统的接触式测量条件下，多条铅垂线上的水面以下不同深度的河流流速Vr可以通过测量获得(如Vr31 > Vr32> Vr33)。而在非接触测量条件下，仅能测量得到多个河流表面流速数据(如'、\、V3、…VmD。在传统接触式测流系统中，测量设备直接测量得到河流断面多点流速及其对应的坐标位置，通过积分可以计算得到河流在断面的瞬时流量。
权利要求
1.一种基于非接触式河流表面测速的瞬时流量回归计算方法，用于利用非接触式方法测量出河流表面的流速，并利用所测量的流速乘以河流断面面积从而计算出瞬时流量，其包括以下步骤: 通过非接触式方法同时测量河流多点表面流速Vi和河流水位高度H， 根据河流水位高度H获取河流断面面积S，S是H的函数，即S=S (H)， 根据河流多点表面流速Vi获取河流表面平均流速，即
2.根据权利要求1所述的一种基于非接触式河流表面测速的瞬时流量回归计算方法， 其特征在于:在具备比测试验条件的情况下，针对具体河流断面，根据一定样本的比测数据，获取水面系数K，即:Vcr=K*Vs。
3.根据权利要求1所述的一种基于非接触式河流表面测速的瞬时流量回归计算方法， 其特征在于:在不具备比测试验条件下，水面系数K=0.87。
4.根据权利要求1所述的一种基于非接触式河流表面测速的瞬时流量回归计算方法， 其特征在于:所述的河流多点表面流速Vi由非接触式超高频雷达测得。
5.根据权利要求1所述的一种基于非接触式河流表面测速的瞬时流量回归计算方法， 其特征在于:所述的河流多点表面流速Vi由在线式多点电波流速仪测得。
6.根据权利要求1所述的一种基于非接触式河流表面测速的瞬时流量回归计算方法， 其特征在于:所述的河流多点表面流速Vi由粒子图像测速(PIV)技术测得。
全文摘要
本发明公开了一种基于非接触式河流表面测速的瞬时流量回归计算方法，通过非接触式方法同时测量河流多点表面流速Vi和河流水位高度H，根据河流水位高度H获取河流断面面积S，S是H的函数，即S=S(H)，根据河流多点表面流速Vi获取河流表面平均流速，即，然后采用公式M=K*Vs*S计算河流断面瞬时流量，其中Vs时河流表面平均流速，S是根据河流水位高度获取的河流断面面积。本发明能够通过非接触式测流技术提供的表面流速、河流水位、断面数据计算得到河流的瞬时流量，其非接触式测量获得的数据与人工测量得出的数据接近度高，误差小，可以完全代替人工测量。
文档编号G06F19/00GK103235883SQ20131014265
公开日2013年8月7日 申请日期2013年4月23日 优先权日2013年4月23日
发明者蔡富东 申请人:山东信通电器有限公司