【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及江河流量监测领域，特别是涉及一种基于声层析的多水声基站江河流量监测系统和方法。
技术介绍
1、流量测量在江河湖海水文水利工程中是最基本的、最重要的测量工作之一。江河流域流量测量数据是水利水文调查、水利工程设计、防汛指挥决策、水资源调度的主要依据，是水生态环境保护、水利运输能力评估、河床冲刷演变分析、陆源碳输运精算等研究中不可缺少的数据基础，在水利水资源、水旱灾害防御、水利发电、数字孪生智慧体系等重大工程建设中起到举足轻重的作用。
2、传统的流量监测手段，往往无法对整个河流断面进行直接观测，只能监测到几个代表测点或代表测线上的流速，然后推算整个断面上的流速和流量情况。这种以局部代替整体的测量方法，往往存在较大误差，且对监测站点的水流状况要求很高，局限性比较大。
3、因此，亟需一种基于声层析的多水声基站江河流量监测系统和方法，能够解决上述问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种基于声层析的多水声基站江河流量监测系统和方法，以解决上述现有技术存在的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
3、本专利技术提供一种基于声层析的多水声基站江河流量监测系统，包括多个水声基站，多个所述水声基站布设在监测河段两岸并组网，所述水声基站与监测平台无线连接。
4、水声基站具有声波信号调制功能，对每个水声基站的声波单独编码，使监测区域内多个水声基站同时发出的声波信号不会相互干扰。
5、优选地，所述
6、本专利技术还提供一种基于声层析的多水声基站江河流量监测方法，包括以下步骤：
7、s1.将多个水声基站布设在监测河段两岸，水声基站两两之间形成测线；
8、s2.所有水声基站同时发送使用水声宽带扩频技术调制的声波信号，随后接收其他水声基站的信号并解调，对信号在各水声基站间的传播时间进行测量；
9、s3.各个水声基站将测量的声波传播时间数据通过无线网络发送到监测平台；
10、s4.监测平台通过检测测线上声基站声波信号双向传播的时间变化，计算沿测线方向的平均流速；
11、s5.监测平台根据平均流速计算流量；
12、s6.将多个测线测到的流量数据通过数据融合技术结合为最终的流量监测结果。
13、优选地，步骤s4中，测线一端的水声基站a到另一端的水声基站b的距离为r，平均流速的计算方法为：
14、s41.测量声波从水声基站a传播到水声基站b所需的时间为：
15、
16、s42.测量声波从水声基站b传播到水声基站a所需的时间为：
17、
18、s43.计算沿测线方向的平均流速为：
19、
20、其中，c为声波的速度，u为水流的速度。
21、优选地，步骤s5中，流量的计算方法为：
22、结合实时水位数据和测线断面地形计算测线断面过水面积s测，根据s测计算流量为：
23、q＝um·s测·tanθ (4)；
24、其中，θ为测线与河水流向的夹角。
25、优选地，步骤s5中，流量的计算方法为：
26、选定一个基准断面，通过比测建立测线方向流速与基准断面平均流速的换算关系为：
27、v＝f(um) (5)；
28、结合实时水位数据和基准断面地形计算基准断面过水面积s基，根据s基计算流量为：
29、q＝f(um)·s基 (6)。
30、优选地，步骤s5中，流量的计算方法为：将多个测线的平均流速换算到的基准断面平均流速采用数据融合技术合成后再乘以基准断面过水面积。
31、优选地，数据融合技术包括：加权平均、卡尔曼滤波和/或粒子滤波。
32、优选地，步骤s5和s6替换为：结合实时水位数据和测线断面地形计算测线断面过水面积s测，对多个测线建立方程组，方程组为：
33、q＝umi·s测i·tan(α-βi) (7)；
34、其中α为河水流向，β为测线方向，下标i为测线序号，通过最优化方法求解q、α及其误差。
35、本专利技术相对于现有技术取得了以下有益技术效果：
36、本专利技术提供的一种基于声层析的多水声基站江河流量监测系统和方法，系统包括多个水声基站，多个所述水声基站布设在监测河段两岸并组网，所述水声基站与监测平台无线连接；采用声层析技术直接测量整个测流断面的流速和流量，突破地理和环境条件对常规流量监测手段的限制，在复杂的断面流态和工况条件下都能实现准确的流量测量。多水声基站组网可以利用网内一部分基站的计算结果去评估另一部分基站的结果的准确性和稳定性，实现系统的自我检验。同时，若组网其中一个基站出现问题需要停机维护，整个系统仍可依靠其余基站计算出结果，稳定性进一步提升。由于水体混响、噪声和声道起伏等不利影响，单个断面的测流结果准确度会随时间、环境变化而发生波动。本专利技术多水声基站组网通过比较不同时间段下每个断面计算结果的准确度，可以动态调整各断面结果的权重，融合出一个在全时间段都达到最佳准确度的结果，实现稳定、可靠的实时流量监测。
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1.一种基于声层析的多水声基站江河流量监测系统，其特征在于：包括多个水声基站，多个所述水声基站布设在监测河段两岸并组网，所述水声基站与监测平台无线连接。
2.根据权利要求1所述的基于声层析的多水声基站江河流量监测系统，其特征在于：所述水声基站包括水声换能器、主机、太阳能供电模块和GNSS授时模块，所述水声换能器、所述太阳能供电模块和所述GNSS授时模块均与所述主机连接。
3.一种基于声层析的多水声基站江河流量监测方法，其特征在于：包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的基于声层析的多水声基站江河流量监测方法，其特征在于：步骤S4中，测线一端的水声基站A到另一端的水声基站B的距离为R，平均流速的计算方法为：
5.根据权利要求4所述的基于声层析的多水声基站江河流量监测方法，其特征在于：步骤S5中，流量的计算方法为：
6.根据权利要求4所述的基于声层析的多水声基站江河流量监测方法，其特征在于：步骤S5中，流量的计算方法为：
7.根据权利要求6所述的基于声层析的多水声基站江河流量监测方法，其特征在于：步骤S5中，流量
8.根据权利要求3或7所述的基于声层析的多水声基站江河流量监测方法，其特征在于：数据融合技术包括：加权平均、卡尔曼滤波和/或粒子滤波。
9.根据权利要求4所述的基于声层析的多水声基站江河流量监测方法，其特征在于：步骤S5和S6替换为：结合实时水位数据和测线断面地形计算测线断面过水面积S测，对多个测线建立方程组，方程组为：
...【技术特征摘要】
1.一种基于声层析的多水声基站江河流量监测系统，其特征在于：包括多个水声基站，多个所述水声基站布设在监测河段两岸并组网，所述水声基站与监测平台无线连接。
2.根据权利要求1所述的基于声层析的多水声基站江河流量监测系统，其特征在于：所述水声基站包括水声换能器、主机、太阳能供电模块和gnss授时模块，所述水声换能器、所述太阳能供电模块和所述gnss授时模块均与所述主机连接。
3.一种基于声层析的多水声基站江河流量监测方法，其特征在于：包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的基于声层析的多水声基站江河流量监测方法，其特征在于：步骤s4中，测线一端的水声基站a到另一端的水声基站b的距离为r，平均流速的计算方法为：
5.根据权利要求4所述的基于声层析的多水声基站江河流量监测方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘华锋，丁永清，田爱民，张叔安，邓伟清，黄培鸿，吴宇浩，高鑫，严观生，刘昌，
申请(专利权)人：广州远动水文仪器科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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