[发明专利]一种基于计算智能的河流表面流场精确测量雷达

说明书

本发明公开了一种基于计算智能的河流表面流场精确测量雷达，具体涉及流量测量技术领域，包括软件结构和硬件结构。雷达系统在信号波形上采用编码技术实现抗干扰，采用模糊聚类智能算法确保观测数据稳定可靠性，采用折线阵列加权优化实现大视角条件下的高精度河面矢量场合成，采用方差加权智能算法降低数据抖动提高观测矢量数据的稳定性，采用基于大数据与人工智能技术的远程数据分析。本发明集抗干扰手段、智能化处理技术、高分辨折线阵列角度分辨技术、模糊聚类技术和滤波降抖动技术等智能算法于一体，并针对相关智能技术，设计对应的硬件结构，有效解决了传统设备存在的问题。

技术领域

本发明涉及流量测量技术领域，具体涉及一种基于计算智能的河流表面流场精确测量雷达。

背景技术

河流的实时流量是水文、水资源管理及水利工程中最重要的资料，是智慧水文建设中的一个重要内容。传统水文，受气候、测量手段和安全性、响应时间等限制，流量测验一直是当今水文测量的难点。传统的接触式测流方案往往具有以下缺点而无法布置或不能正常施测：高洪期的河道水流流速快，含沙量高，漂浮杂物多，易造成仪器损坏并威胁人身安全；枯水期水流量小，部分河道的水深很小；水运航道上常有舰船航行，传统测验测报需要封锁航道，互相产生影响；界河一般无法架设缆道，流量测验测报难度更大。传统的接触式测流方案往往无法开展布置或者不能正常施测。基于水位-流量曲线的流量测验方法过去发挥了重要作用，但由于水位-流量曲线大都缺乏高水位时的流量资料，因此这种方式很难得到满意的流量精度，而高水位流量资料往往是最受关注的。

天然河道与人工渠道的流量测验通常在已知断面地形情况下（如不同位置水深分布）根据流速乘以面积计算获得流量，因此，流量测量的核心是流速的测量。目前我国流速测量以缆道测流为主，该方法利用横跨河岸的缆道搭载转子式流速仪和铅鱼沿河断面不同位置测量水流流速和水深，然后使用分段流速面积法估算累积流量，适用于恶劣天气和高水位作业，缺点是建站维护成本高，位置固定，且测量比较费时。近几年发展引进的水平声学多普勒流速剖面仪（H-ADCP）利用声学多普勒效应测量水流流速，解决了实时测量问题，但H-ADCP需要安装在水下，不适合浑浊、杂物较多的水体，同时由于仪器长期置于水中，维护成本高、且易丢失。

目前我国在河流监测方面主要有三种方法：人工测流方法、定点接触式测量以及超声波多普勒流量计。这些测流方法是接触式测流，需要利用测船、缆道测流设备等完成对河流测量。虽然现在也有无人机测流等新技术，但还不能进行常规业务使用。在环境恶劣的条件下，特别是在江河截流、汛期（大洪水）、堤防决口和地震自然灾害来临时，用传统的测船、缆道测流设备和船用测流设备等接触式方法测量流速和流量都无法实现，常规水文测验无法完成高流速下的洪水流量水位自动测量。另外，接触式方法很难实现对高浑浊度水域、极浅水域的测流。

雷达测量作为一种远程遥感技术，近几年在河流流速测量方面进行了大量应用，可解决恶劣天气、高水位、复杂水体、应急测量等特殊情况下的流量监测。采用点流速测量方式的电波流速仪对安装位置要求很高，需要借助桥梁或者悬臂支架安装在水面上方，由于电波流速仪器只能获得单点流速数据，如果河面较宽，则需要多个电波流速仪器同时工作，代价很大。

发明内容

为解决上述技术难题，本发明研制一种基于计算智能的河流表面流场精确测量雷达，主要解决采用非接触式技术实现对河流水面流场、流速及流量的监测问题，可实现全天候、连续、自动作业，特别对传统技术难以完成的高浑浊度水域、极浅水域的流速流量实现准确测量。雷达安装在河岸上，天线主轴垂直于河流，与河流无接触，根据接收到的指令或者预设的工作方法工作，获取河流表面流场，存储并传输到指定地点。