渠道水位流量关系模型的求解方法与流程

文档序号:14796965发布日期:2018-06-29 19:36阅读:来源:国知局
技术特征:

1.一种渠道水位流量关系模型的求解方法,其特征在于,包括以下步骤:

步骤1.在3个稳定流态下重复测量3组水位、流量数据;

步骤2.基于每个稳定流态下的3组水位、流量数据采用加权平均值法求相应稳定流态下的水位、流量预估值:

步骤2-1.计算3组流量、水位测量值的均值:

Qi=(qi1+qi2+qi3)/3,

Hi=(hi1+hi2+hi3)/3,

式中,qi1、qi2、qi3为第i个稳定流态下断面流量的3个测量值,hi1、hi2、hi3为第i个稳定流态下水位的3个测量值;

步骤2-2.计算第i个稳定流态下的第j个流量、水位测量值的权值系数:

流量权值系数为:

水位权值系数为:

步骤2-3.计算第i个稳定流态下的流量、水位估计值:

步骤3.基于模拟生物进化理论,求取水位流量关系模型的一组解,重复求取,共获得N组模型解;

步骤4.建立模型解的状态方程和测量方程:

状态方程为:X(k)=X(k-1)+w(k),

测量方程为:Y(k)=X(k)+v(k),

式中,k表示第k个模型解,X(k)表示状态向量,Y(k)表示观测向量,w(k)和v(k)为互不相关的均值为0的高斯白噪声;

步骤5.将N组水位流量关系模型的解,作为卡尔曼滤波的N组测量数据,基于卡尔曼滤波算法对这些模型解进行滤波处理,求得水位流量关系模型的最优解。

2.根据权利要求1所述的渠道水位流量关系模型的求解方法,其特征在于:

其中,步骤1包含以下子步骤:

步骤1-1.选取渠段平直、断面稳定、流速分布均匀、水流平缓的地方作为测流断面,且断面与水流方向垂直。视渠道宽度布设测流垂线,将选取的测流断面划分为多个子断面;

步骤1-2.基于所选取的断面和子断面,分别在低水位、中水位、高水位3个稳定流态下施测,每个稳定流态下重复施测3次,获取9组水位流量数据pi=(hi,qi),1≤i≤9:

根据渠道水深,同一测流垂线上划分多个测速水位点,分别在每个测速水位点上使用流速仪测量该点流速,

计算断面流量数据:

式中,n为子断面数目,Vi表示第i条测流垂线的平均流速,Di表示第i条测流垂线的水深,bi为第i、i+1条垂线之间的水平距离,ΔQ为渠边的流量,

通过浮子式水位计测量当前时刻水位值hi。

3.根据权利要求1所述的渠道水位流量关系模型的求解方法,其特征在于:

其中,步骤3包含以下子步骤:

步骤3-1.将待求解参量(a,b,c)分别被编码为10位的二进制子字符串vi,i=1,2,3,将3个子字符串合成30位二进制数的染色体编码,重复10次操作产生10个随机值0和1的染色体编码;

步骤3-2.计算每一个30位的染色体编码所表示的(a,b,c)对应的实数值:

式中,kij是某个染色体编码中第i个待求参量xi对应10位二进制编码中第j位的取值,m,n分别为xi取值的下限和上限;

步骤3-3.将每一条染色体的对应的(a,b,c)确定的水位流量关系模型,带入水位预估值,计算流量预计值,并计算流量预计值与流量预估值的误差,然后通过下式计算平均拟合误差:

步骤3-4.计算每个染色体的适应度:

式中,pi表示第i个染色体的适应度;

步骤3-5.根据每个染色体适应度值大小,采用轮盘选择机制选择下一代染色体个体;

步骤3-6.随机选择两个染色体Vi=(Vi1,Vi2,Vi3)和Vj=(Vj1,Vj2,Vj3),随机产生一个交叉点位,以较小的概率,两个个体相互交换交叉点起始部分的基因,形成两个子代个体Vi′=(V′i1,V′i2,V′i3)和V′j=(V′j1,V′j2,V′j3);

步骤3-7.随机选择一个染色体,以较小的概率随机地改变编码中某位的值,进行取反运算,由1到0或0到1;

步骤3-8.将第1代的种群反复进行选择复制、交叉、变异操作,循环迭代t次,判断是否满足寻优条件,如果满足,则提前终止迭代,将此染色体对应的参数x1,x2,x3作为模型的1组解;

重复上述步骤,获得N组模型解。

4.根据权利要求1所述的渠道水位流量关系模型的求解方法,其特征在于:

其中,在步骤3和5中,N=50。

5.根据权利要求1所述的渠道水位流量关系模型的求解方法,其特征在于:

其中,在步骤5中,是根据下式对滤波处理后的N组测量数据做均值处理,得到最优估计作为水位流量关系模型的最优解:

式中,是第i组模型解的卡尔曼滤波值。

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