本發(fā)明屬于智能監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及一種水庫庫容精確監(jiān)測及分析的方法。

背景技術(shù)：

水利工程是用于控制和調(diào)配自然界的地表水和地下水，達到除害興利目的而修建的工程。水利工程在防洪災(zāi)害、農(nóng)田服務(wù)、水利發(fā)電、港口及通航、防止水土流失和水質(zhì)污染等等方便可以發(fā)揮較大的作用。水利工程尤其是水庫，一般規(guī)模較大、技術(shù)復(fù)雜、工期較長、投資大，因此對其后期的監(jiān)測、維護及分析有著至關(guān)重要的意義。

現(xiàn)有水庫庫容計算主要通過載人船攜帶測深儀進行斷面測量，根據(jù)斷面測量數(shù)據(jù)計算庫容，但這種方法測量斷面時，由于水流、人為控制等因素影響，船體行駛會與設(shè)計斷面線產(chǎn)生偏移，其次，由于航行速度難以控制，測深儀采集點間隔也會不穩(wěn)定，這些都會影響斷面的測量效果，進而對庫容計算產(chǎn)生影響；另外，不同時期設(shè)計不同斷面的測量對于庫容的分析本身也存在誤差的影響。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種水庫庫容精確監(jiān)測及分析的方法。本發(fā)明以智能無人船做載體，按照特定規(guī)律設(shè)計水庫固定斷面線，定期對水庫進行精確斷面測量，運用斷面數(shù)據(jù)計算水庫庫容，通過長時間序列監(jiān)測方法，計算庫容變化，對比、分析不同時期觀測數(shù)據(jù)，準確預(yù)估水庫淤積速度，對于防洪影響及水庫維護有重要的意義。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種水庫庫容精確監(jiān)測及分析的方法，包括水庫庫容精確監(jiān)測和水庫庫容精確分析；所述的水庫庫容精確監(jiān)測采用智能無人船進行水庫淤積測量，將設(shè)計斷面線及相應(yīng)的坐標參數(shù)輸入智能無人船自帶的無人船系統(tǒng)，智能無人船自動的嚴格按照設(shè)計航向及設(shè)置的采樣間隔進行水深測量，獲取測量數(shù)據(jù)，同時記錄該點位的精確GPS位置；

水庫庫容精確分析包括：將智能無人船定期測量的測量數(shù)據(jù)構(gòu)建數(shù)據(jù)庫管理平臺，對設(shè)計斷面線和測量數(shù)據(jù)入庫保存，分析不同時間的淤積量，研究淤積速率，為后期重復(fù)觀測提供統(tǒng)一觀測對象，以此推演不同降雨季節(jié)對于水庫蓄洪、發(fā)電水位的相關(guān)參數(shù)。

作為優(yōu)選，所述的智能無人船攜帶GPS-RTK裝置、單波束測深儀、電子羅盤及航向糾正系統(tǒng)；GPS-RTK裝置采用載波相位差分技術(shù)；智能無人船的航速為5m/s，船體在頂流、橫流、順流不同環(huán)境下，通過改變船頭航向姿態(tài)確保絕對直線；智能無人船通過測深板對其進行測深校正；智能無人船自帶的航向糾正系統(tǒng)保證船體在30°以內(nèi)的范圍內(nèi)的測深糾正。

作為優(yōu)選，淤積量的分析方法采用泥沙體規(guī)則概化方法進行計算，根據(jù)泥沙淤積體形態(tài)，將橫斷面概化為規(guī)則的錐體或擬合體，然后測算泥沙淤積體體積；

構(gòu)建數(shù)據(jù)庫管理平臺，設(shè)定數(shù)據(jù)管理模式，將設(shè)計斷面線與測量數(shù)據(jù)分別入庫保存，保證不同時期測量的斷面位置一致；設(shè)計斷面為樁號坐標，對其進行入庫存儲，便于后期重復(fù)觀測時，保證對比要素為同一斷面，對測量數(shù)據(jù)按時間格式存儲，記錄不同時間的斷面數(shù)據(jù)；

運用數(shù)據(jù)庫存儲數(shù)據(jù)，結(jié)合長時間序列分析，以數(shù)理統(tǒng)計學(xué)方法，研究隨機數(shù)據(jù)序列所遵從的統(tǒng)計規(guī)律；長時間序列分析根據(jù)系統(tǒng)觀測得到的時間序列數(shù)據(jù)，通過曲線擬合和參數(shù)估計來建立數(shù)學(xué)模型。

作為優(yōu)選，概化為錐體時的計算公式為：

式中，V為錐體體積；B_o為壩前斷面淤積表面寬，d_o為壩前最大淤積深，L為柱體的高，當橫斷面分別為三角形、二次拋物線、矩形和梯形時，n的值相應(yīng)取1,2，∞和1-∞之間。

作為優(yōu)選，概化為擬合體時，若用壩前斷面淤積體上、下底寬B_o，b_o及淤積面末端表面寬B_k三者的均值近似作柱體底面的寬，d_o作柱體底面的長，L作柱體的高，則擬合體的體積為

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明主要有以下創(chuàng)新點：

(1)使用高精度智能無人船進行斷面測量，通過對測深儀校正，準確獲取設(shè)計斷面線的斷面數(shù)據(jù)。

(2)構(gòu)建水利工程管理數(shù)據(jù)庫，對設(shè)計斷面線數(shù)據(jù)、測量數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)入庫保存。

(3)應(yīng)用長時間序列分析法對同一水庫不同時期的數(shù)據(jù)分析研究，這一思想方法對于水庫的持久分析和探究有著重要的意義。

本發(fā)明以智能無人船進行水庫庫容監(jiān)測，提供了極大的方便，無人船自身的航行及航速改正可以嚴格的按設(shè)計斷面進行航行，配帶的測深儀可以根據(jù)航速等間距的進行點位采集；構(gòu)建長時間序列的思路對水庫進行庫容監(jiān)測，每次測量相同的設(shè)計斷面線排除了其它因素的誤差，對每次監(jiān)測的數(shù)據(jù)建立數(shù)據(jù)庫，對比分析的結(jié)果對于水庫的庫容變化及預(yù)測蓄洪能力有重要的意義。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2是本發(fā)明的流程圖；

圖3是本發(fā)明中智能無人船的實物圖；

圖4是本發(fā)明中的斷面測量界面；

圖5是本發(fā)明中的斷面之星界面；

圖6是本發(fā)明中的數(shù)據(jù)庫管理模式圖；

具體實施方式

本發(fā)明的具體實施方式參見圖1-6，一種水庫庫容精確監(jiān)測及分析的方法，其特征在于，包括水庫庫容精確監(jiān)測和水庫庫容精確分析；所述的水庫庫容精確監(jiān)測采用智能無人船進行水庫淤積測量，將設(shè)計斷面線及相應(yīng)的坐標參數(shù)輸入智能無人船自帶的無人船系統(tǒng)，智能無人船自動的嚴格按照設(shè)計航向及設(shè)置的采樣間隔進行水深測量，獲取測量數(shù)據(jù)，同時記錄該點位的精確GPS位置。

水庫庫容精確分析包括：將智能無人船定期測量的測量數(shù)據(jù)構(gòu)建數(shù)據(jù)庫管理平臺，對設(shè)計斷面線和測量數(shù)據(jù)入庫保存，分析不同時間的淤積量，研究淤積速率，為后期重復(fù)觀測提供統(tǒng)一觀測對象，以此推演不同降雨季節(jié)對于水庫蓄洪、發(fā)電水位的相關(guān)參數(shù)。

本實施例中，測量數(shù)據(jù)獲取使用的智能無人船是華測生成的華微5號無人船，吃水深度0.15m，智能無人船攜帶GPS-RTK裝置、單波束測深儀、電子羅盤及航向糾正系統(tǒng)，內(nèi)置GPS+北斗+高精度慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，GPS-RTK裝置采用載波相位差分技術(shù)。在眾多的差分技術(shù)中,偽距差分和載波相位差分是最為常用的兩種測量模式,后者的定位精度較高(厘米級),通常用于高精度的測量工程和研究中。智能無人船的航速為5m/s，確保在自主導(dǎo)航下，船體在頂流、橫流、順流不同環(huán)境下，通過改變船頭航向姿態(tài)確保絕對直線。航線偏移誤差±20cm，工作時間6小時。將設(shè)計斷面線數(shù)據(jù)導(dǎo)入到無人船系統(tǒng)后，由于不同水域的溫度、鹽度、泥沙含量對測深儀精度的影響，通過測深板對其進行測深校正，另外，船體自帶的搖擺傾斜糾正系統(tǒng)可以保證船體在30°以內(nèi)的范圍內(nèi)的測深糾正，這些都是載人船無法做到的，極大的提高了斷面測量的精度，進而保證了后期數(shù)據(jù)處理與分析的精度。

斷面處理使用公司研發(fā)的斷面之星程序，通過操作在窗口中選擇斷面基點(單基點：斷面只有一個基點坐標，多基點：斷面有兩個以上基點坐標，無基點：斷面無基點坐標)，點擊瀏覽，選擇斷面基點坐標文件，在表頭中分別填寫：觀測者、記錄者、檢查者姓名；在工程標題欄中填寫：工程名稱，點擊確定即可生成成果表。另外，可在顯示框內(nèi)雙擊橫斷面樁號添加到左邊輸出的橫斷面樁號欄里，或點擊全部輸出將所有橫斷面樁號添加到輸出的橫斷面樁號欄里。點擊生成CAD圖形按鈕啟動運行AutoCAD，橫斷面圖形繪制在AutoCAD當前的文件上。若AutoCAD已運行，則在當前的CAD文件上直接繪制橫斷面圖形。運用斷面之星工具，可以快速的實現(xiàn)無人船獲取斷面數(shù)據(jù)的后期處理。

分析常用的幾種淤積測量的方法，綜合省內(nèi)水庫的特點及工作效率，本發(fā)明通過智能無人船測量高密度橫斷面的方法進行淤積測量及水庫庫容計算，采用泥沙體規(guī)則概化方法進行計算，根據(jù)泥沙淤積體形態(tài)，將橫斷面概化為規(guī)則的錐體或擬合體，然后測算泥沙淤積體體積。概化為錐體時的計算公式為：

式中，V為錐體體積；B_o為壩前斷面淤積表面寬，d_o為壩前最大淤積深，當橫斷面分別為三角形、二次拋物線、矩形和梯形時，n的值相應(yīng)去1,2，∞和1-∞之間

概化為擬合體時，若用壩前斷面淤積體上、下底寬B_o，b_o及淤積面末端表面寬B_k三者的均值近似作柱體底面的寬，d_o作柱體底面的長，L作柱體的高，則擬合體的體積為

構(gòu)建數(shù)據(jù)庫管理平臺，設(shè)定數(shù)據(jù)管理模式，將設(shè)計斷面線與測量結(jié)果分別入庫保存，保證不同時期測量的斷面位置一致，設(shè)計斷面主要是樁號坐標，對其進行入庫存儲，便于后期重復(fù)觀測時，保證對比要素為同一斷面，對測量數(shù)據(jù)按時間格式存儲，記錄不同時間的斷面數(shù)據(jù)，這種管理模式，方便不同階段數(shù)據(jù)的直接調(diào)用，使得對庫容變化的分析更加快速、直觀。

運用數(shù)據(jù)庫存儲數(shù)據(jù)，結(jié)合長時間序列分析，以數(shù)理統(tǒng)計學(xué)方法，研究隨機數(shù)據(jù)序列所遵從的統(tǒng)計規(guī)律。時間序列分析是根據(jù)系統(tǒng)觀測得到的時間序列數(shù)據(jù)，通過曲線擬合和參數(shù)估計(如非線性最小二乘法)來建立數(shù)學(xué)模型的理論和方法。提高數(shù)據(jù)利用的有效性，能夠更加精確的分析淤積變化，對于分析不同時期的數(shù)據(jù)、分析不同時期的淤積變化速率也會更加精確、更加直觀。

本發(fā)明將設(shè)計水庫斷面線導(dǎo)入智能無人船系統(tǒng)，智能無人船可以根據(jù)外部情況進行航向及航速改正，保證船體可以嚴格的按照斷面線(即航線)進行航行以及保證測深儀的采樣間距；保存設(shè)置的斷面線，可以以此斷面線定期(如半年)對水庫進行精確庫容監(jiān)測，以此構(gòu)建該水庫庫容數(shù)據(jù)庫，通過對比分析不同時期的庫容，可以精確的分析水庫防洪影響、庫底變化等其他的情況。

根據(jù)設(shè)計斷面線，運用智能無人船，定期對水庫進行斷面測量，對不同時期的斷面數(shù)據(jù)入庫保存。

運用長時間序列分析法，通過調(diào)用分析不同時期的斷面數(shù)據(jù)，計算水庫淤積變化，進而推算庫容變化，準確的分析不同時期水庫庫容變化的相關(guān)因素，這對于水庫維護、防洪影響等有著重要的意義。

將此數(shù)據(jù)入庫保存，調(diào)用此水庫設(shè)計斷面線定期或在特定時間對水庫進行庫容測量，通過對比分析不同時期的庫容數(shù)據(jù)，分析水庫的庫容變化規(guī)律，以此可以準確分析淤積變化速率，在特殊天氣狀況下(如持續(xù)降雨)臨近時，提前評估水庫的蓄洪能力。

本發(fā)明通過智能無人船配帶測深儀進行斷面測量，解決了載人船進行斷面測量中出現(xiàn)的斷面設(shè)計線路偏移以及測深儀測量間距突變等情況；對水庫斷面線進行入庫保存，達到每次測量結(jié)果都可以調(diào)用的目的，可以排除計算庫容變化時，由于不同的設(shè)計斷面線對庫容計算引起的變化誤差；提出對水庫庫容進行長時間序列監(jiān)測及分析的思路，以此可以分析水庫的淤積變化速率，這對水庫分析護理有著重要的意義。

以上所述的實施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行描述，在不脫離本發(fā)明設(shè)計精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變形和改進，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護范圍內(nèi)。