1.一种水利工程用智能化防洪监测装置,所述装置包括漂浮在水面上的漂浮箱(1)、沉入水底的配重箱(2),其特征在于,所述装置中的配重箱(2)有若干个,并且沿河道依次排列,相邻两个配重箱(2)之间使用第二电缆线(7)连接;
每个配重箱(2)通过第一电缆线(6)连接一个漂浮箱(1),每个配重箱(2)中的绕线辊(3)在电机的驱动下通过控制第一电缆线(6)的收放改变漂浮箱(1)的位置;其中第一电缆线(6)达到最大放线长度时,漂浮箱(1)与配重箱(2)的水平距离大于相邻的配重箱(2)之间的水平距离;
每个漂浮箱(1)中包含传感器模组(4)、处理器(5);传感器模组(4)中的传感器包括:用于获取水位高度的超声波水位计、定位装置,处理器(5)用于读取传感器模组(4)中所有传感器采集的数据;
依次增大第一电缆线(6)的放线长度,放线长度增大过程中漂浮箱(1)处于每个位置时的水位高度记为第一水位高度;当第一电缆线(6)的放线长度最大时,减小第一电缆线(6)的放线长度;放线长度减小过程中漂浮箱(1)处于每个位置时的水位高度记为第二水位高度;
根据所有位置之间第一水位高度的差异获得每个位置的河床落差,每个位置的第二水位高度与第一水位高度的差值记为每个位置的水位涨落量;
获取所述每个位置的河床落差以及所述每个位置的水位涨落量的过程记为一次测量过程,相邻两次测量过程中每个位置的河床落差的差异记为每个位置的河床侵蚀度;
相邻漂浮箱(1)在相同位置的河床落差的差异记为相邻漂浮箱(1)在相同位置的落差误差系数,相邻漂浮箱(1)在相同位置的水位涨落量的差异记为相邻漂浮箱(1)在相同位置的水位误差系数,根据所有相同位置的水位误差系数以及相同位置的河床侵蚀度对所有相同位置的落差误差系数进行融合,得到河床落差修正值,基于河床落差修正值对相邻漂浮箱(1)每个位置的水位涨落量和河床落差进行修正,根据修正后的水位涨落量和河床落差监测河道异常区域;
所述根据所有相同位置的水位误差系数以及相同位置的河床侵蚀度对所有相同位置的落差误差系数进行融合,得到河床落差修正值,包括的具体步骤如下:对于相邻漂浮箱(1)的所有相同位置,获取相同位置的河床侵蚀度与水位误差系数的最小值,记为x,获取相同位置下的水位变化关注度,所述水位变化关注度与x呈负相关;对所有相同位置的水位变化关注度进行归一化处理,以归一化处理之后的水位变化关注度为权重,对所有相同位置的落差误差系数进行加权求平均,得到河床落差修正值;
所述基于河床落差修正值对相邻漂浮箱(1)每个位置的水位涨落量和河床落差进行修正,包括的具体步骤如下:对于相邻漂浮箱(1)的每个位置,根据河床落差修正值获得每个位置的预测水位变化量,将每个位置的河床落差减去每个位置的预测水位变化量作为每个位置修正后的河床落差;根据每个位置修正后的河床落差对相邻漂浮箱(1)在每个位置的水位涨落量进行修正;
所述根据每个位置修正后的河床落差对相邻漂浮箱(1)在每个位置的水位涨落量进行修正,包括的具体步骤如下:获取每次测量过程与上一次测量过程中每个位置修正后的河床落差的差值的绝对值,记为每个位置的最终河床侵蚀度,获取最终河床侵蚀度小于第一预设阈值的位置,记为目标位置,所有目标位置的水位涨落量以及河床落差修正值的均值记为每次测量过程中每个位置的修正后的水位涨落量。
2.一种水利工程用智能化防洪监测装置的监测方法,其特征在于,所述方法包括:
依次增大第一电缆线(6)的放线长度,放线长度增大过程中漂浮箱(1)处于每个位置时的水位高度记为第一水位高度;当第一电缆线(6)的放线长度最大时,减小第一电缆线(6)的放线长度;放线长度减小过程中漂浮箱(1)处于每个位置时的水位高度记为第二水位高度;
根据所有位置之间第一水位高度的差异获得每个位置的河床落差,每个位置的第二水位高度与第一水位高度的差值记为每个位置的水位涨落量;
获取所述每个位置的河床落差以及所述每个位置的水位涨落量的过程记为一次测量过程,相邻两次测量过程中每个位置的河床落差的差异记为每个位置的河床侵蚀度;
相邻漂浮箱(1)在相同位置的河床落差的差异记为相邻漂浮箱(1)在相同位置的落差误差系数,相邻漂浮箱(1)在相同位置的水位涨落量的差异记为相邻漂浮箱(1)在相同位置的水位误差系数,根据所有相同位置的水位误差系数以及相同位置的河床侵蚀度对所有相同位置的落差误差系数进行融合,得到河床落差修正值,基于河床落差修正值对相邻漂浮箱(1)每个位置的水位涨落量和河床落差进行修正,根据修正后的水位涨落量和河床落差监测河道异常区域。
3.根据权利要求2所述一种水利工程用智能化防洪监测装置的监测方法,其特征在于,所述根据所有相同位置的水位误差系数以及相同位置的河床侵蚀度对所有相同位置的落差误差系数进行融合,得到河床落差修正值,包括的具体步骤如下:对于相邻漂浮箱(1)的所有相同位置,获取相同位置的河床侵蚀度与水位误差系数的最小值,记为x,获取相同位置下的水位变化关注度,所述水位变化关注度与x呈负相关;对所有相同位置的水位变化关注度进行归一化处理,以归一化处理之后的水位变化关注度为权重,对所有相同位置的落差误差系数进行加权求平均,得到河床落差修正值。
4.根据权利要求2所述一种水利工程用智能化防洪监测装置的监测方法,其特征在于,所述基于河床落差修正值对相邻漂浮箱(1)每个位置的水位涨落量和河床落差进行修正,包括的具体步骤如下:对于相邻漂浮箱(1)的每个位置,根据河床落差修正值获得每个位置的预测水位变化量,将每个位置的河床落差减去每个位置的预测水位变化量作为每个位置修正后的河床落差;根据每个位置修正后的河床落差对相邻漂浮箱(1)在每个位置的水位涨落量进行修正。
5.根据权利要求4所述一种水利工程用智能化防洪监测装置的监测方法,其特征在于,所述根据每个位置修正后的河床落差对相邻漂浮箱(1)在每个位置的水位涨落量进行修正,包括的具体步骤如下:获取每次测量过程与上一次测量过程中每个位置修正后的河床落差的差值的绝对值,记为每个位置的最终河床侵蚀度,获取最终河床侵蚀度小于第一预设阈值的位置,记为目标位置,所有目标位置的水位涨落量以及河床落差修正值的均值记为每次测量过程中每个位置的修正后的水位涨落量。
6.根据权利要求5所述一种水利工程用智能化防洪监测装置的监测方法,其特征在于,所述根据修正后的水位涨落量和河床落差监测河道异常区域,包括的具体步骤如下:根据每个位置的修正后的水位涨落量和每个位置的最终河床侵蚀度获得每个位置河道防洪系数,河道防洪系数大于第二预设阈值的位置所构成的区域记为河道异常区域;
所述河道防洪系数与修正后的水位涨落量、最终河床侵蚀度呈正相关。
7.根据权利要求2所述一种水利工程用智能化防洪监测装置的监测方法,其特征在于,得到所述河道异常区域之后,还包括的步骤为:每次测量过程结束后到下一次测量过程开始时的时间间隔为T0=(1‑W)×T,其中,T为预设的最大时间间隔,W为每次测量过程下所有漂浮箱(1)在所有位置的河道防洪系数的最大值;
对于每次测量过程的下一次测量过程,在下一次测量过程的放线长度增大过程或放线长度减小过程中,将放线速度设置为V0=(1+W)×V,其中V为预设的最小放线速度。
8.根据权利要求2所述一种水利工程用智能化防洪监测装置的监测方法,其特征在于,所述根据所有位置之间第一水位高度的差异获得每个位置的河床落差,还包括的步骤为:在最上游的配重箱(2)的放线长度增大过程中,当放线长度最短时漂浮箱(1)所处位置的第一水位高度记为基准高度,每个位置的第一水位高度与基准高度的差值记为每个位置的河床落差。
9.根据权利要求3所述一种水利工程用智能化防洪监测装置的监测方法,其特征在于,所述相同位置下的水位变化关注度为exp(‑x),其中exp()表示以自然常数为底的指数函数。
10.根据权利要求4所述一种水利工程用智能化防洪监测装置的监测方法,其特征在于,所述根据河床落差修正值获得每个位置的预测水位变化量,包括的具体步骤如下:获取放线长度增大过程的时间长度t;
每个位置的预测水位变化量s=t1×H/t,其中H表示河床落差修正值,t1表示的是:从第一电缆线(6)开始放线时开始计时,漂浮箱(1)漂浮到每个位置时的时间。