[发明专利]精准定位的毫米波水流量监测方法及系统

说明书

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。

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。