依据大数据修正垂线流速的方法与流程

本发明涉及水文监测技术领域，具体为一种依据大数据修正垂线流速的方法。

背景技术：

水文工作一直以严谨、可靠著称，追求数据的精度和可用性一直是水文工作者日思夜想的问题，流量监测是水文最核心工作之一，提升流量监测的精度、质量，剔除奇异值等始终都是水文工作者的不懈追求。

本发明的目的在于提供一种方法来效修正流量监测中流速的奇异值，提升测流设备的抗干扰能力，提高流量监测的精度，从而为防洪决策大数据的积累提供更可靠的保障。

技术实现要素：

本发明的目的在于可以有效修正流量监测中流速的奇异值，提升测流设备的抗干扰能力，提高流量监测的精度，为防洪决策大数据的积累提供更可靠的保障。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

1、依据大数据修正垂线流速的方法，该方法分二个执行步骤，第一步确定每条测速垂线的水位流速关系，第二步修正实测垂线流速，以测速垂线的水位流速关系、和水位为依据逐一校核、修正每个测次的各个实测垂线流速。

2、如图1所示，河道流量测量，是在河道的某一断面上，使用雷达波、adcp等流速感应器，对河道断面上多个相对固定的点进行流速的测量，所述测速垂线就是这些流速观测和测量的点，这些测速点位于断面所在的直线上，该直线垂直于河水流动的方向。

实际工作中，所述河道流量测量通常在一个水文站上进行。

实际工作中，测量到水位和垂线流速后，还需要计算出河水的流量，流量是流量测站的最终成果，流量是通过水位、多个垂线流速计算而得，本方法修正的流速是流量计算中的关键因素，流量的单位是m³/s，流速的单位是m/s，水位的单位是m，水位通常是基于黄海、渤海等基面的海拔高程。

3、河道流量的测量是一个长期的过程，一般每日数次至数百次，每次测量的数据成果有各个测速垂线上的流速和当前河道的水位。

实际工作中，流量测量过程中可能还伴有现场的照片、风速、温度等因素，流量测量形成的成果本身就是大数据，本方法是从大数据中提取关键要素，该要素是垂线流速、水位系列，再以该关键要素对新测量的流量数据进行修正的过程。

4、如图2所示，所述水位流速关系是每测速垂线一个的，该关系可用公式sp=az²+bz+c来表达，适中sp表示流速，z表示水位，a、b、c为常数，在特定的测速垂线上，每次测流的成果，对应有该测速垂线的流速和测流时的水位，将该测速垂线上多个测次中的水位、流速数据，带入最小二乘法，即可拟合出测速垂线的水位流速关系公式，算得a、b、c三个常数的值。

实际工作中，该关系公式可以事先定义，也可以动态拟合，动态拟合时，需要读取历史数据，读取该测速垂线多次测量的水位和流速，将水位和流速集合带入最小二乘法，可计算出sp=az²+bz+c公式中的a、b、c常数，事先定义是有人工判读的方式、人工拟合公式、人工确定a、b、c三常数，测流过程中，收到实测数据后，立即进行判读和修正。

5、如图3、图4所示，所述第二步对施测垂线的修正，是在现场施测后，对每一个测速垂线，逐一依据测速垂线的水位流速关系和所测水位值，计算出一个流速，实测流速和计算流速之间会有一个差值，如果该差值的绝对值大于设定值，则将该垂线流速替换为计算流速。

实际工作中，通常将上设定值设定为0.3，计算值与测量值只差大于0.3则使用计算值替换测量值，计算值与测量值只差小于或等于0.3则保留测量值。

本发明优点是：

运用本方法，可以有效修正流量监测中流速的奇异值，提升测流设备的抗干扰能力，提高流量监测的精度，为防洪决策大数据的积累提供更可靠的保障。

附图说明

图1：测流工作及成果图示。

图2：测速垂线的水位流速关系。

图3：依据水位流速关系修正流速。

图4：修正前后的流速。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的在于有效修正流量监测中流速的奇异值，提升测流设备的抗干扰能力，提高流量监测的精度，为防洪决策大数据的积累提供更可靠的保障。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

1、依据大数据修正垂线流速的方法，该方法分二个执行步骤，第一步确定每条测速垂线的水位流速关系，第二步修正实测垂线流速，以测速垂线的水位流速关系、和水位为依据逐一校核、修正每个测次的各个实测垂线流速。

具体实施时，上述流程中的第二步，没测得一次新的流量数据，都需要执行一次，上述流程中的第一步，可以定期执行并保存该关系公式，由于现代计算机的计算速度很快，该步骤也可以每接收到新的流量成果后再立即执行而不保存该关系公式。

2、如图1所示，河道流量测量，是在河道的某一断面上，使用雷达波、adcp等流速感应器，对河道断面上多个相对固定的点进行流速的测量，所述测速垂线就是这些流速观测和测量的点，这些测速点位于断面所在的直线上，该直线垂直于河水流动的方向。

实际工作中，所述河道流量测量通常在一个水文站上进行。

实际工作中，测量到水位和垂线流速后，还需要计算出河水的流量，流量是流量测站的最终成果，流量是通过水位、多个垂线流速计算而得，本方法修正的流速是流量计算中的关键因素，流量的单位是m³/s，流速的单位是m/s，水位的单位是m，水位通常是基于黄海、渤海等基面的海拔高程。

3、河道流量的测量是一个长期的过程，一般每日数次至数百次，每次测量的数据成果有各个测速垂线上的流速和当前河道的水位。

实际工作中，流量测量过程中可能还伴有现场的照片、风速、温度等因素，流量测量形成的成果本身就是大数据，本方法是从大数据中提取关键要素，该要素是垂线流速、水位系列，再以该关键要素对新测量的流量数据进行修正的过程。

4、如图2所示，所述水位流速关系是每测速垂线一个的，该关系可用公式sp=az²+bz+c来表达，适中sp表示流速，z表示水位，a、b、c为常数，在特定的测速垂线上，每次测流的成果，对应有该测速垂线的流速和测流时的水位，将该测速垂线上多个测次中的水位、流速数据，带入最小二乘法，即可拟合出测速垂线的水位流速关系公式，算得a、b、c三个常数的值。

实际工作中，该关系公式可以事先定义，也可以动态拟合，动态拟合时，需要读取历史数据，读取该测速垂线多次测量的水位和流速，将水位和流速集合带入最小二乘法，可计算出sp=az²+bz+c公式中的a、b、c常数，事先定义是有人工判读的方式、人工拟合公式、人工确定a、b、c三常数，测流过程中，收到实测数据后，立即进行判读和修正。

具体实施时，如果垂线的水位流速关系公式如果是自定义的，则该关系式需要定期校核、更新。

具体实施时，动态拟合关系公式a、b、c三常数时，通常只有没有被修正的流速才参入计算，也就是只有实测垂线流速才会被筛选出来，使用最小二乘法参入a、b、c常数的计算。

5、如图3、图4所示，所述第二步对施测垂线的修正，是在现场施测后，对每一个测速垂线，逐一依据测速垂线的水位流速关系和所测水位值，计算出一个流速，实测流速和计算流速之间会有一个差值，如果该差值的绝对值大于设定值，则将该垂线流速替换为计算流速。

实际工作中，通常将上设定值设定为0.3，计算值与测量值只差大于0.3则使用计算值替换测量值，计算值与测量值只差小于或等于0.3则保留测量值。

具体实施时，由于垂线流速是设备测量而得，设备返回的数据，可能为0、可能特别大、其他一般就是合理的，例如使用雷达波测速时，流速小于0.5一般就测不到了，返回的结果就是0，或者飞虫、鸟兽走过、树枝扰动，设备所测流速都会偏移可能值，因此也可将上述差值设的稍大一些，如0.5，通常为0或者偏离特别大的时候，才需要修正。

本发明优点是：

运用本方法，可以有效修正流量监测中流速的奇异值，提升测流设备的抗干扰能力，提高流量监测的精度，为防洪决策大数据的积累提供更可靠的保障。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。