一种入海口水位自适应流量监测方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种入海口水位自适应流量监测方法和系统，其中所述方法包括：S1、待测入海口河道两岸各设置一个声信号收发点；S2、根据声信号收发点位置进行实时水位安全性检测；S3、基于互相关方法获取两声信号收发点之间声信号互易收发的传播时间；S4、基于梯形累加法和实时水位信息计算施测断面实时截面积；S5、基于传播时间计算施测断面实时平均流速；S6、基于断面实时截面积和实施平均流速计算入海口实时流量。本发明专利技术能够实现水深较浅且水位变化大的感潮区域的水流量实时监测，为海陆交界水文监测工程提供技术支撑，助力海洋环境监管。管。管。

【技术实现步骤摘要】
一种入海口水位自适应流量监测方法和系统


[0001]本专利技术涉及入海口水位自适应流量监测
，尤其涉及一种入海口水位自适应流量监测方法和系统。

技术介绍

[0002]受人类活动和气候变化的叠加影响，河口、近海生态系统最易受到干扰并表现出高度脆弱性。要掌握海陆界面的物质通量和生态系统演变，入海口流量的实时在线监控尤为关键，也是目前近海海洋环境保护领域的技术瓶颈。
[0003]国际上十分重视长期气候变化、短期极端天气及陆域各种人类活动对其环境与生态变动规律的直接观测，并建立Real
‑
time Coastal Observation Network(ReCON)来加强实时观测与预报能力。国家海洋局《2014年全国海洋生态环境监测工作任务》强调在海洋环境监管监测方面，要加大入海排污口和入海江河普查和监测频率，重点排污口尝试开展在线监测。因此紧跟国际研究前沿、紧扣国家重大需求，加强海陆交界水文参数流量在线监测技术，获得关键断面的实时数据极其重要。
[0004]目前的流量监测系统大多无法实现实时在线观测，如声学多普勒流速剖面仪和温盐深仪等，此类原位式测量方法不能准确反映出长距离水域的平均流量，且易受渔业及航运影响。雷达波式的流速测量方式可以在线监测，但其只能探测表层水面的流速，很难探测水体内的流速，对于入海口的平均流量计算结果代表性不强。声学手段在海洋研究与海洋工程中逐渐发挥显著的作用，声波可以在水体中远距离传播，声学手段可以实现实时在线的大面积测量，但是在水深较浅且水位变化大的感潮地带，流场分布不均匀且不稳定，容易因水位过低导致声学传感器裸露在空气中工作造成设备损坏，这个问题给在潮位变化较大且水深较浅的入海口区域使用声学手段进行长期在线的流量监测带来困难。因此有必要提出一种实时在线且能够克服现有技术缺点的技术方法。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种入海口水位自适应流量监测方法和系统，能够实现水深较浅且水位变化大的感潮区域的水流量实时监测，为海陆交界水文监测工程提供技术支撑，助力海洋环境监管。
[0006]根据本专利技术的一个方面，提供一种入海口水位自适应流量监测方法，包括：
[0007]S1、待测入海口河道两岸各设置一个声信号收发点；
[0008]S2、根据声信号收发点位置进行实时水位安全性检测；
[0009]S3、基于互相关方法获取两声信号收发点之间声信号互易收发的传播时间；
[0010]S4、基于梯形累加法和实时水位信息计算施测断面实时截面积；
[0011]S5、基于传播时间计算施测断面实时平均流速；
[0012]S6、基于断面实时截面积和实施平均流速计算入海口实时流量。
[0013]上述技术方案，本专利技术通过两个声信号收发点进行声波互易收发，声信号收发点
回传实时水位信息，进行实时水流量监测。同时，借助声信号收发点进行安全性判断，并控制声信号的发射，在水深不足时声信号收发点及时停止工作，达到保护声信号收发点的作用。本专利技术可实现大部分河口/海湾区域以及水位变化较大的入海口区域中水流量的高分辨率实时观测，从而为河流入海总量监测提供数据支撑，为陆源污染物总量监测提供数据基础，为河流入海口区域的生物地球化学过程研究及相关模型的开发提供观测真值，为海陆交界水文监测工程提供技术支撑，对相关学科的发展具有重要意义。本专利技术是具备水位自适应和自我保护功能的生态系统观测技术，具有观测精度高、覆盖空间范围大、成本低、分辨率高以及可长期实时观测等优点。
[0014]在一些实施例中，所述S2具体的：
[0015]根据入海口河道位置设定可安全工作的深度阈值；
[0016]声信号收发点获取实时水位，并与深度阈值比较，记录比对实时结果；
[0017]若实时水位大于深度阈值，则声信号收发点开始收发声信号，进入步骤S3；否则循环步骤S2。
[0018]在一些实施例中，所述S3具体的：
[0019]声信号收发点包括A点和B点；第i时刻A点发射声信号，B点接收信号，记T
AB
为第i时刻的声信号传播时间；第i+1时刻B点发射声信号，B点接收信号，记
BA
为第i+1时刻的声信号传播时间；
[0020]T
AB
和
BA
采用互相关方法计算。
[0021]在一些实施例中，所述T
AB
和
BA
采用互相关方法计算，公式如下：
[0022][0023]其中，x(n)为接收信号，N为发射信号y(n)的数据长度，m为发射信号沿x轴方向的偏移，偏移的范围至少要满足使得接收信号和发射信号从分离到重合最后再分离；
[0024]第i时刻时，使得R
xy
(m)取得最大值的偏移量m
0+
，采样率f
s
，则传播时间T
AB
为：
[0025][0026]第i+1时刻，使得R
xy
(m)取得最大值的偏移量m0‑
，采样率f
s
，则传播时间T
BA
为：
[0027][0028]在一些实施例中，所述S4具体的：
[0029]获取水面至水底的初始高度h0；获取声信号收发点距离水底高度h1；利用声学信号收发点采集.实时水位h；计算实时动态与水深差Δh＝h+h1‑
h0；
[0030]声信号收发点包括A点和B点；设A点和B点测量端面宽度为W，将其在水平位置方向均匀分成n等份(n
→
∞)，则有
[0031]ΔW＝W/
[0032]断面实时截面积由下式给出：
[0033][0034]其中，H(k)和H(k+1)为相邻的两个等分的深度。
[0035]在一些实施例中，所述S5具体的：
[0036]声信号收发点包括A点和B点；A点和B点的水平间隔为L，两点之间的连线与入海河道方向流向的夹角为θ，两点之间的声传播时间为：
[0037][0038][0039]其中，L
AB
和L
BA
分别指声信号从A点传播至B点和从B点传播至A点的传播路径长度，为平均声速，u为平均流速；
[0040]假设L
AB
≈L
BA
≈L，联立以上两式，得到施测断面实时的平均声速和平均流速为：
[0041][0042][0043]其中，为两点间声信号传播的平均时间。
[0044]在一些实施例中，所述入海口的实时流量为具体的：
[0045]Q＝u
·
F
·
sinθ
[0046]其中，u为入海口断面平均流速，F为入海口断面实时截面积，θ为两点之间的连线与入海河道方向流向的夹角。
[0047]在上述技术方案中，流量监测充分利用了声波的互易传输理论、互相关算法和梯形累加法本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种入海口水位自适应流量监测方法，其特征在于，包括：S1、待测入海口河道两岸各设置一个声信号收发点；S2、根据声信号收发点位置进行实时水位安全性检测；S3、基于互相关方法获取两声信号收发点之间声信号互易收发的传播时间；S4、基于梯形累加法和实时水位信息计算施测断面实时截面积；S5、基于传播时间计算施测断面实时平均流速；S6、基于断面实时截面积和实施平均流速计算入海口实时流量。2.如权利要求1所述的一种入海口水位自适应流量监测方法，其特征在于，所述S2具体的：根据入海口河道位置设定可安全工作的深度阈值；声信号收发点获取实时水位，并与深度阈值比较，记录比对实时结果；若实时水位大于深度阈值，则声信号收发点开始收发声信号，进入步骤S3；否则循环步骤S2。3.如权利要求1所述的一种入海口水位自适应流量监测方法，其特征在于，所述S3具体的：声信号收发点包括A点和B点；第i时刻A点发射声信号，B点接收信号，记T
AB
为第i时刻的声信号传播时间；第i+1时刻B点发射声信号，B点接收信号，记T
BA
为第i+1时刻的声信号传播时间；T
AB
和T
BA
采用互相关方法计算。4.如权利要求3所述的一种入海口水位自适应流量监测方法，其特征在于，所述T
AB
和T
BA
采用互相关方法计算，公式如下：其中，x(n)为接收信号，N为发射信号y(n)的数据长度，m为发射信号沿x轴方向的偏移，偏移的范围至少要满足使得接收信号和发射信号从分离到重合最后再分离；第i时刻时，使得R
xy
(m)取得最大值的偏移量m
0+
，采样率f
s
，则传播时间T
AB
为：第i+1时刻，使得R
xy
(m)取得最大值的偏移量m0‑
，采样率f
s
，则传播时间T
BA
为：5.如权利要求1所述的一种入海口水位自适应流量监测方法，其特征在于，所述S4具体的：获取水面至水底的初始高度h0；获取声信号收发点距离水底高度h1；利用声学信号收发点采集.实时水位h；计算实时动态与水深差Δh＝h+h1‑
h0；声信号收发点包括A点和B点；设A点和B点测量端面宽度为W，将其在水平位置方向均匀分成n等份(n
→
∞)，则有
ΔW＝W/n断面实时截面...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宇，彭旭名，杨晨，肖朕，林少川，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：