【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及河流流量测量数据智能分析领域，尤其涉及一种基于双频水声基站的江河声层析流量监测系统及方法。
技术介绍
1、河流流量测量在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、南水北调、水利发电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、现有采用声层析变频技术测量大面积水文信息，是采用多个水面移动平台载着多个水听器进行布放，后续进行立体定位和测量。系统设备复杂，移动的水听器精准定位困难，而且声层析信号受不同季节的水温变化，河底沙地、水草等影响，声音沿着不同声线传播过来，衰减大、杂波多，导致延时或测量不准确。
4、现有的最接近技术，专利号cn201910238943.0，名称为自适应海洋移动声层析系统和方法，通过多个水面移动平台搭载水听器，用于水下水声换能器的精确定位，水面移动平台具有定位和授时装置，实现水面移动平台的自身定位以及使水声换能器同步发出探测声波，高频水声换能器发射高频声学信号与三个水听器配合，以实现高频换能器的精确定位，低频水声换能器发射中低
技术实现思路
1、对于复杂的河流地域的流量监测，为克服现有技术问题，本专利技术提供一种基于双频水声基站的江河声层析流量监测系统及方法，组合高低频声波多重数据处理方式，预测波形位置，协助定位高频声波信号的水声信号目标点，防止有效水声数据丢失，可得到更准确流速监测结果，提高复杂河流环境监测的稳定性和准确性。
2、本专利技术一种基于双频水声基站的江河声层析流量监测方法，包括步骤：
3、(1)通过rats监测控制平台控制两个以上双频rats声基站在河流两侧产生高频和低频声波信号；
4、(2)根据解析主控信号，得到同一声基站的双频声音信号数据；
5、(3)采用gnss授时同步技术实现声基站之间的时间同步，所有声基站同时发送使用水声带宽扩频技术调制的低频声波信号，并根据所述rats监测控制平台配置的参数在特定延时后开始接收水声信号；所述低频声波信号收发完成后，所有声基站同时发送高频声波信号再接收；
6、(4)所述双频rats声基站根据配置的参数对特定时间段的数据进行匹配滤波处理，用于寻找水声信号的有效时间区间；结合低频声波定位，高频声波数据采集分析；
7、(5)对声基站发回的所有声波信号数据做质量控制，检测每条测线上的基站声波信号双向传播的时间变化，计算沿测线方向平均流速。
8、进一步，步骤(2)中，根据河流现场状况调节测量工作间隔、同步工作时间、声音信号的码位阶数运行参数，预算出接收该声音信号的采样点。
9、进一步，步骤(4)中，通过先对低频声波信号进行匹配处理，计算得到水声信号的有效时间区间预测波形位置；记录所述预测波形位置，划定接收搜索范围，协助定位高频声波信号的水声信号目标点；对高频水声信号进行采样，排除数据无效时间区间段内的非目标点，防止高频水声信号数据缺失。
10、进一步，步骤(4)中，以低频声波信号的峰值点为中心，设定前后时间阈值范围，确定有效时间区间预测波形位置；记录所述预测波形位置，在高频声波信号中寻找强度高值点，排除无效杂波信号，对高频水声信号进行采样，减小计算误差。
11、进一步，所述双频rats声基站利用数据量小的低频数据计算得到一个低精度水声信号采样定位范围，再以此定位范围去引导采集处理高频数据，得到一个高精度的水声信号结果。
12、进一步，还包括步骤：结合实时水位数据和断面地形计算断面面积，与步骤5所得的平均流速相乘，最后得到流量监测结果。
13、本专利技术还提供一种基于双频水声基站的江河声层析流量监测系统，由至少两个以上的双频rats声基站以及rats监测控制平台组成；所述双频rats声基站包括至少一个低频水声换能器(20khz-50khz)和至少一个高频水声换能器(100khz-500khz)、双频rats主机、太阳能供电系统；
14、所述rats监测控制平台采用gnss授时同步技术实现声基站之间的时间同步，所有声基站同时发送使用水声带宽扩频技术调制的低频声波信号，并根据配置的参数在特定延时后开始接收水声信号；所述低频声波信号收发完成后，所有声基站同时发送高频声波信号再接收；所述双频rats声基站根据配置的参数对特定时间段的数据进行匹配滤波处理，用于寻找水声信号的有效时间区间；结合低频声波定位，高频声波数据采集分析；所述rats监测控制平台对声基站发回的所有声波信号数据做质量控制，检测每条测线上的基站声波信号双向传播的时间变化，计算沿测线方向平均流速。
15、进一步，所述双频rats主机包括主控模块，gnss同步模块，双频超声波功放，双频高增益接收机，无线数据传输模块；所述主控模块用于双频换能器的运行控制；gnss同步模块用于同步授时，保证主控的时间同步；超声波功放和双频高增益接收机用于对信号收发处理。
16、所述双频rats主机根据河流现场状况调节测量工作间隔、同步工作时间、声音信号的码位阶数运行参数，预算出接收该声音信号的采样点。
17、本专利技术监测方法和系统带来的技术优点如下：
18、(1)本专利技术的监测方法不同于传统测量通过三点定位方法确定移动的高低频水声换能器位置，而是采用双频rats声基站在一个站点同时安装低频和高频换能器，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。考虑低频水声信号有很强的水体穿透能力，稳定性好优点，但采样间隔大测量精度差；而高频水声信号可以实现高精度的流速测量，但信号强度较弱且在水中衰减较快，容易出现信号丢失的情况。所以本专利技术方法处理水声数据信号，是融合双频水声数据处理算法，先对低频声波信号进行匹配处理，计算得到水声信号的有效时间区间预测波形位置；记录所述预测波形位置，划定接收搜索范围，协助定位高频声波信号的水声信号目标点；再对高频水声信号进行采样，排除数据无效时间区间段内的非目标点，防止高频水声信号数据缺失，提高有效水声数本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于双频水声基站的江河声层析流量监测方法，其特征在于，包括步骤：
2.根据权利要求1所述一种基于双频水声基站的江河声层析流量监测方法，其特征在于，步骤(2)中，根据河流现场状况调节测量工作间隔、同步工作时间、声音信号的码位阶数运行参数，预算出接收该声音信号的采样点。
3.根据权利要求1或2所述一种基于双频水声基站的江河声层析流量监测方法，其特征在于，步骤(4)中，
4.根据权利要求1所述一种基于双频水声基站的江河声层析流量监测方法，其特征在于，步骤(4)中，以低频声波信号的峰值点为中心，设定前后时间阈值范围，确定有效时间区间预测波形位置；
5.根据权利要求1所述一种基于双频水声基站的江河声层析流量监测方法，其特征在于，所述双频RATS声基站利用数据量小的低频数据计算得到一个低精度水声信号采样定位范围，再以此定位范围去引导采集处理高频数据，得到一个高精度的水声信号结果。
6.根据权利要求1所述一种基于双频水声基站的江河声层析流量监测方法，其特征在于，还包括步骤：结合实时水位数据和断面地形计算断面面积，与步骤5所得的
7.一种基于双频水声基站的江河声层析流量监测系统，其特征在于，由至少两个以上的双频RATS声基站以及RATS监测控制平台组成；所述双频RATS声基站包括至少一个低频水声换能器和至少一个高频水声换能器、双频RATS主机、太阳能供电系统；
8.根据权利要求7所述一种基于双频水声基站的江河声层析流量监测系统，其特征在于，所述双频RATS主机包括主控模块，GNSS同步模块，双频超声波功放，双频高增益接收机，无线数据传输模块；所述主控模块用于双频换能器的运行控制；GNSS同步模块用于同步授时，保证主控的时间同步；超声波功放和双频高增益接收机用于对信号收发处理。
9.根据权利要求7所述一种基于双频水声基站的江河声层析流量监测系统，其特征在于，所述双频RATS主机根据河流现场状况调节测量工作间隔、同步工作时间、声音信号的码位阶数运行参数，预算出接收该声音信号的采样点。
...【技术特征摘要】
1.一种基于双频水声基站的江河声层析流量监测方法，其特征在于，包括步骤：
2.根据权利要求1所述一种基于双频水声基站的江河声层析流量监测方法，其特征在于，步骤(2)中，根据河流现场状况调节测量工作间隔、同步工作时间、声音信号的码位阶数运行参数，预算出接收该声音信号的采样点。
3.根据权利要求1或2所述一种基于双频水声基站的江河声层析流量监测方法，其特征在于，步骤(4)中，
4.根据权利要求1所述一种基于双频水声基站的江河声层析流量监测方法，其特征在于，步骤(4)中，以低频声波信号的峰值点为中心，设定前后时间阈值范围，确定有效时间区间预测波形位置；
5.根据权利要求1所述一种基于双频水声基站的江河声层析流量监测方法，其特征在于，所述双频rats声基站利用数据量小的低频数据计算得到一个低精度水声信号采样定位范围，再以此定位范围去引导采集处理高频数据，得到一个高精度的水声信号结果。
6.根据权利要求1所述一种基于双频水声基站的江河声层析流量监测方法，...
【专利技术属性】
技术研发人员：丁永清，张叔安，伍晓刚，吴宇浩，刘华锋，高鑫，饶家龙，潘仁红，覃壮权，
申请(专利权)人：广州远动信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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