[发明专利]一种排水水体流速分布的测量方法

说明书

本发明涉及一种排水水体流速分布的测量方法，包括以下步骤：处理器通讯连接并控制超声波发射电路和超声波发射传感器发送连续的超声正弦波信号，同时处理器通讯连接并控制超声波接收电路和超声波接收传感器采集M个离散超声回波信号点；处理器对所述离散超声回波信号依次进行调制处理、低通滤波处理、快速傅里叶变换、取模操作、平滑处理和权重分析，得到速度信号的权重平均流速和流速方差；得出断面分布平均流速与表层平均流速的关系表、断面分布平均流速标准差与表层平均流速的关系表；所述权重平均流速对应断面分布平均流速，流速方差对应断面分布平均流速标准差，分别插入式查询上述关系表，确定流速断面分布图。

技术领域

本发明属于给排水流速测量技术领域，具体涉及一种排水水体流速分布的测量方法。

背景技术

随着科学技术的发展，人们对雨水、污水、中水、河道、湖泊、道路等市政与水利领域的流速液位监测需求越来越大。近些年，我国多个城市在每年雨季都会发生内涝事件，呈现了发生范围广、积水深度大、积水时间长的特点。要解决和应对城市内涝问题，一方面要靠工程措施，通过规划设计提高标准，完善城市排水防涝系统，并对城市地表的不透水地表进行控制，减少源头径流产生量，增加下游受纳水体的蓄排能力；另一方面要靠管理措施，建立排水监测与预警系统，为政府部门提供排水系统运行的动态监测数据，为大众出行提供精细化的及时预警预报信息，以便科学有效应对不同程度的城市内涝事件。

目前，现有的监测排水系统流速分布的技术存在以下缺点：

1.现有排水水体流速分布计算方法采用时差法计算断面层流速，流速分层传感器采用单个换能器发波收波的方式，存在回波信号点计算误差大，并且水中声速分布不均匀，从而造成分布流速计算误差大，准确度较低；

2.现有排水水体流速分布计算方法采用脉冲波发波方式，存在发波能量分布不均匀，发波能量值小，低流速层分辨率低或者低流速层测试不到的缺点；

3.脉冲波发波方式的测量方法，超声波换能器采用单发单收的模式，通常单个换能器发送M周期的正弦波信号，然后在发波结束后，采集一组连续的回波信号，由于发波的同时采集的信号没有方法区分是回波还是发波信号，或者在传感器发波的时候采集的原始信号没有用，所以存在传感器正上方一段距离有测量盲区的现象，存在测量传感器表面层流速分层测试不到的情况，传感器表面分层流速测量盲区较大；

4.脉冲波发波方式的测量方法，存在传感器体积大，传感器本身的体积影响排水管网流速分布情况，造成流速分层测量的数据准确率低，测量误差大。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种排水水体流速分布的测量方法，包括以下步骤：

S100：对预先采集的排水水体的离散超声回波信号进行调制处理和低通滤波处理，得到低频信号；

S200：对所述低频信号进行快速傅里叶变换，得到断面速度频谱信号；

S300：对所述断面速度频谱信号依次进行取模操作、平滑处理和权重分析，得到速度信号的权重平均流速Eavg和流速方差Fstd；

S400：根据标准水体层流速公式，得出断面分布平均流速与表层平均流速的关系，得出断面分布平均流速标准差与表层平均流速的关系，所述标准水体层流速公式代表了断面分布平均流速与表层平均流速的关系；

S500：步骤S300得到的速度信号的权重平均流速Eavg对应断面分布平均流速，流速方差Fstd对应断面分布平均流速标准差，分别插入式查询步骤S400得到的断面分布平均流速、断面分布平均流速标准差与表层平均流速的关系，得到表层平均流速并代入所述标准水体层流速公式，确定不同层深对应的平均流速，进而确定流速的断面分布。

可选的，步骤S100具体包括：