一种基于大数据的河流在线流量计算方法及系统技术方案

本发明专利技术提出了一种基于大数据的河流流量在线流量计算方法及系统收集测站位置、水流特性、历史大断面数据、历史各类仪器实测的流量数据并进行预处理，剔除不合理的数据；获取走航ADCP的实测数据并进行预处理，剔除不合理的数据，将走航ADCP历史实测数据还原至标准断面；依靠在线测流设备实时采集的水位、流速数据，走航ADCP的历史实测对应区域的水位、流速和断面信息结合上下游、左右岸测站位置，综合分析计算实测在线流量。本发明专利技术利用水文站各类数据，从测站位置、水流特性、到历史大断面数据、历史各类仪器实测的流量数据，尤其是走航ADCP的实测数据结合当前实测的水位流速数据进行分析和处理，能够提高在线测流手段的测验精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于大数据的河流在线流量计算方法及系统
本专利技术属于在线水文测验
，涉及一种基于大数据的河流在线流量计算方法及系统。
技术介绍
目前河流在线流量测验手段主要有H-ADCP、超声波时差法、V-ADCP、二线能坡法、岸基雷达和粒子图像法(PIV)等，其技术核心归结起来都是先测量水平层流速、垂线流速或者表面流速和水位，再采用指标流速法建立实测流速与断面平均流速的关系，最后结合已测断面实现在线流量测验。这类方法对测站位置、水流特性、历史大断面数据、历史各类仪器实测的流速流量数据，尤其是走航ADCP的实测数据等数据断考虑较少，导致在线流量测验精度不高。目前流量在线测验精度保证已成为水文生产中急需解决的问题。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提出了一种基于大数据的河流在线流量计算方法及系统,同时考虑到了每种仪器的特点和河道实际环境，有效提高测验精度。本专利技术能够应用于现有的H-ADCP、超声波时差法、V-ADCP、二线能坡法、岸基雷达和粒子图像法(PIV)在线测流设备中。为了达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于大数据的河流在线流量计算方法，包括以下步骤：步骤1，收集和处理大数据收集测站位置、水流特性、历史大断面数据、历史各类仪器实测的流量数据并进行预处理，剔除不合理的数据；步骤2，处理走航ADCP实测数据获取走航ADCP的实测数据并进行预处理，剔除不合理的数据，将走航ADCP历史实测数据还原至标准断面；步骤3，大数据在线流量计算依靠在线测流设备实时采集的水位H、流速V数据，历史走航ADCP的实测对应区域的水位Hi、流速Vij、Qij和断面信息结合上下游、左右岸测站位置，综合分析计算实测在线流量，计算方式如下：当实测水位H＝Hi，V＝Vij时按式(1)计算当实测水位H＝Hi，Vij<V<Vij+1时按式(2)计算当实测水位H＝Hi，V>Vij+1时按式(3)计算当实测水位H＝Hi，V<Vij时按式(4)计算当实测水位Z坝<H<Hi时按式(5)计算，当H<＝Z坝时，Q＝0；当实测水位Hi,<H<Hi+1时按式(6)计算当实测水位H>Hi+1时按式(7)计算式中，Qc表示由实测水位H推算流量，m3/s；Vc表示由实测水位H推算流速，m/s；i表示历史实测水位Hi的序号，i＝1,23，....，n；j表示历史实测水位Hi对应流速流量的序号，j＝1,23，....，m；Z坝表示下游坝顶高程，m。进一步的，所述在线测流设备实测的水位、流速数据通过以下方法或设备中的一种获得：超声波时差法流速仪实测层平均流速和实测水位；H-ADCP实测层平均流速和实测水位；由岸基雷达实测区域的表面平均流速和实测水位；由激光粒子图像流速仪实测区域的表面平均流速和实测水位；由水工建筑物在线系统实测水工建筑物的流速、水头、水位；由二线能坡法在线系统实测两条垂线平均流速和水位。进一步的，所述步骤2中还原至标准断面的方法为：先根据实测的水位、步骤1中的历史大断面数据和左右岸水边计算过水断面面积，将走航ADCP实测的断面流速投影至流量在线测验标准断面，投影计算公式如下：Vij＝Cv式中，Vij表示标准断面流速，m/s；v表示走航ADCP微单元平均流速，m/s；C表示投影系数。本专利技术还提供了基于大数据的河流流量在线测验系统，包括收集和处理大数据模块、处理走航ADCP实测数据模块和大数据在线流量计算模块，所述收集和处理大数据模块用于收集测站位置、水流特性、历史大断面数据、历史各类仪器实测的流量数据并进行预处理，剔除不合理的数据；所述处理走航ADCP实测数据模块用于获取走航ADCP的实测数据并进行预处理，剔除不合理的数据，将走航ADCP历史实测数据还原至标准断面；所述大数据在线流量计算模块用于依靠在线测流设备实测的水位H、流速V数据，历史走航ADCP的实测对应区域的水位Hi、流速Vij、Qij和断面信息结合上下游、左右岸测站位置，采用各公式综合分析计算实测在线流量。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和有益效果：本专利技术提供的基于大数据的河流在线流量计算方法及系统,利用水文站各类数据，从测站位置、水流特性、到历史大断面数据、历史各类仪器实测的流量数据，尤其是走航ADCP的实测数据结合当前实测的水位流速数据进行分析和处理，能够提高在线测流手段的测验精度。本专利技术基于现有测验方法(时差法在线流量测验、H-ADCP在线流量测验、雷达在线流量测验、二线能坡法在线流量测验和水工建筑物在线测流)的数据，获得更为精确的河流在线流量计算方案，为落实最严格水资源管理度和水资源管理三条红线政策的执行提供了技术支撑。附图说明图1为本专利技术方法、传统在线时差法与标准走航法测量结果对比图。具体实施方式以下将结合具体实施例对本专利技术提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。本专利技术提供的一种基于大数据的河流在线流量计算方法，包括以下步骤：步骤1，大数据的分析处理对测站位置、水流特性、历史大断面数据、历史各类仪器实测的流量数据，进行核实及合理性检查，并分门别类存入数据库。步骤2，处理走航ADCP的实测数据获取走航ADCP的实测数据，对实测的矢量流速和船速速度数据，依据既定的规则对相应的速度分量做异常处理和坏数据处理，以保证实测数据更合理。根据规则查验数据，剔除数据中不合理的部分，明显超过常规范围的数据，重新计算历史走航ADCP的流量Qij；将走航ADCP历史实测数据还原至标准断面。还原方法是依据水流连续性原理，先根据实测的水位、步骤1中的历史大断面数据和左右岸水边计算过水断面面积，将走航ADCP实测的断面流速投影至流量在线测验标准断面，投影计算公式如下：Vij＝Cv式中，Vij表示标准断面流速，m/s；v表示走航ADCP微单元平均流速，m/s；C表示投影系数。步骤3，大数据在线流量的计算依靠在线测流设备实时采集的水位H流速V数据等信息和历史走航ADCP的实测对应区域的水位Hi、流速Vij、Qij和断面信上下游闸坝情况综合分析计算在线实测流量，具体计算方法见如下公式。当实测水位H＝Hi，V＝Vij时按式(1)计算当实测水位H＝Hi，Vij<V<Vij+1时按式(2)计算当实测水位H＝Hi，V>Vij+1时按式(3)计算当实测水位H＝Hi，V<Vij时按式(4)计算当实测水位Z坝<H<Hi时按式(5)计算，当H<＝Z坝时，Q＝0。当实测水位Hi,<H<Hi+1时按式(6)计算当实测水本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于大数据的河流在线流量计算方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1，收集和处理大数据/n收集测站位置、水流特性、历史大断面数据、历史各类仪器实测的流量数据并进行预处理，剔除不合理的数据；/n步骤2，处理走航ADCP实测数据/n获取走航ADCP的实测数据并进行预处理，剔除不合理的数据，将走航ADCP历史实测数据还原至标准断面；/n步骤3，大数据在线流量计算/n依靠在线测流设备实时采集的水位H、流速V数据，历史走航ADCP的实测对应区域的水位H

【技术特征摘要】
1.一种基于大数据的河流在线流量计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，收集和处理大数据
收集测站位置、水流特性、历史大断面数据、历史各类仪器实测的流量数据并进行预处理，剔除不合理的数据；
步骤2，处理走航ADCP实测数据
获取走航ADCP的实测数据并进行预处理，剔除不合理的数据，将走航ADCP历史实测数据还原至标准断面；
步骤3，大数据在线流量计算
依靠在线测流设备实时采集的水位H、流速V数据，历史走航ADCP的实测对应区域的水位Hi、流速Vij、Qij和断面信息结合上下游、左右岸测站位置，综合分析计算实测在线流量，计算方式如下：
当实测水位H＝Hi，V＝Vij时按式(1)计算



当实测水位H＝Hi，Vij<V<Vij+1时按式(2)计算



当实测水位H＝Hi，V>Vij+1时按式(3)计算



当实测水位H＝Hi，V<Vij时按式(4)计算



当实测水位Z坝<H<Hi时按式(5)计算，当H<＝Z坝时，Q＝0；



当实测水位Hi,<H<Hi+1时按式(6)计算



当实测水位H>Hi+1时按式(7)计算



式中，Qc表示由实测水位H推算流量，m3/s；Vc表示由实测水位H推算流速，m/s；i表示历史实测水位Hi的序号，i＝1,23，....，n；j表示历史实测水位Hi对应流速流量的序号，j＝1,23，....，m；Z坝表示下游坝顶高程，m。

【专利技术属性】
技术研发人员：韩继伟，邵军，魏广，王岑晔，王猛，褚泽帆，张卫，高多多，
申请(专利权)人：水利部南京水利水文自动化研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32