河域建模系统

技术领域

本发明涉及水文测量领域，尤其涉及一种河域建模系统。

背景技术

我国河流湖泊众多，为了增强人类对自然的了解，通常需要对河域情况进行监测。

在相关技术中，可以采用人工录取的方法跟踪漂流浮标在水域中的运动轨迹和漂流浮标自身的状态数据。

然而，由于漂流浮标数量多，且漂流浮标在水域中会有一定范围的运动，且运动方向不固定，因此采用人工录取的方法不仅工作量大，费时费力，还存在记录误差大的缺陷。

发明内容

本发明提供一种河域建模系统，用以解决现有技术中采用人工录取的方法不仅工作量大，费时费力，还存在记录误差大的问题。

本发明提供一种河域建模系统，包括：浮标设备和数据处理设备；所述浮标设备，用于在河域漂流过程中采集不同时间点的漂流信息，所述漂流信息包括：漂流位置和河域深度信息；所述数据处理设备，用于根据所述漂流信息建立曲面方程，并基于所述曲面方程构建河域曲面模型。

根据本发明提供一种河域建模系统，所述浮标设备包括卫星通信模块；所述卫星通信模块用于：按照预设周期将所述漂流信息以短报文的形式传输至所述数据处理设备。

根据本发明提供一种河域建模系统，所述卫星通信模块为北斗三代短报文通讯卡。

根据本发明提供一种河域建模系统，所述浮标设备包括回声测深模块；所述回声测深模块用于：以所述浮标设备为中心、向一个河域切面内与水面呈不同角度的方向发射超声波信号；接收所述超声波信号的反射回波信号；根据发射所述超声波信号的第一时间、接收所述反射回波信号的第二时间确定所述河域深度信息。

根据本发明提供一种河域建模系统，一个河域切面内的相邻两个超声波信号的发射角度间隔相同。

根据本发明提供一种河域建模系统，所述河域深度信息包括多个垂直深度数据，所述多个垂直深度数据为一个河域切面上与水面呈不同角度的河域底部的垂直深度。

根据本发明提供一种河域建模系统，所述数据处理设备，具体用于：获取所述多个垂直深度数据；通过分析所述多个垂直深度数据确定异常深度数据；确定与所述异常深度数据相邻的两个垂直深度数据，并根据所述两个垂直深度数据确定目标深度数据，以及将所述异常深度数据替换为所述目标深度数据。

根据本发明提供一种河域建模系统，所述数据处理设备，具体用于：在所述多个垂直深度数据中相邻的至少两个垂直深度数据的差值大于第一阈值的情况下，从所述至少两个垂直深度数据中确定所述异常深度数据。

根据本发明提供一种河域建模系统，所述漂流信息还包括水流速度和水流方向；所述数据处理设备，具体用于基于所述曲面方程构建三维河域曲面模型。

根据本发明提供一种河域建模系统，还包括异常报警器；所述异常报警器用于若所述数据处理设备监测到所述浮标设备的漂流位置在预设时间内未发生更新，则输出报警信息。

本发明提供的河域建模系统，可以包括：浮标设备和数据处理设备；浮标设备，用于在河域漂流过程中采集不同时间点的漂流信息，所述漂流信息包括：漂流位置和河域深度信息；数据处理设备，用于根据所述漂流信息建立曲面方程，并基于所述曲面方程构建河域曲面模型。通过该方案，由于可以通过浮标设备采集不同时间点的漂流信息，并通过数据处理设备基于漂流信息构建河域曲面模型，因此可以提高河域监测效率，减少工作量，降低记录误差。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的河域建模系统的结构示意图；

图2是本发明提供的浮标设备发射超声波信号的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作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。

需要说明的是，本发明实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本发明实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。此外，需要指出的是，本发明实施方式中的方法和装置的范围不限按示出或讨论的顺序来执行功能，还可包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序来执行功能，例如，可以按不同于所描述的次序来执行所描述的方法，并且还可以添加、省去、或组合各种步骤。另外，参照某些示例所描述的特征可在其他示例中被组合。

为了便于清楚描述本发明实施例的技术方案，在本发明实施例中，采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分，本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不是在对数量和执行次序进行限定。

本发明实施例为了阐释的目的而描述了一些示例性实施例，需要理解的是，本发明可通过附图中没有具体示出的其他方式来实现。

下面结合具体实施例和附图对上述实现方式进行详细的阐述。

如图1所示，本发明实施例提供一种河域建模系统，该河域建模系统可以包括浮标设备100和数据处理设备200。其中，浮标设备100，可以用于在河域漂流过程中采集不同时间点的漂流信息，所述漂流信息包括：漂流位置和河域深度信息；数据处理设备200，可以用于根据所述漂流信息建立曲面方程，并基于所述曲面方程构建河域曲面模型。

具体地，可以将浮标设备100投放在指定河域内，浮标设备100在漂流过程中可以采集不同时间点的漂流信息，并将采集的漂流信息传输至数据处理设备200，数据处理设备200获取到漂流信息后可以根据漂流位置和河域深度信息建立曲面方程，并基于该曲面方程构建河域曲面模型。

在本申请实施例中，由于可以通过浮标设备采集不同时间点的漂流信息，并通过数据处理设备基于漂流信息构建河域曲面模型，因此可以提高河域监测效率，减少工作量，降低记录误差。

可选地，继续参考图1，上述浮标设备100可以包括卫星通信模块101。该卫星通信模块101可以用于：按照预设周期将漂流信息以短报文的形式传输至数据处理设备200。

具体地，若河域位于没有信号的无人区，那么数据处理设备200就无法实时获取到浮标设备100采集的漂流信息。基于该问题，本申请实施例中的浮标设备100可以包括卫星通信模块101，该卫星通信模块101可以将漂流信息以短报文的形式先传输给基站，基站再将数据传输给卫星，然后通过卫星将漂流信息发送到数据处理设备200。

可选地，上述预设周期可以为固定值，例如可以为3秒，也可以根据流域特征进行设置，例如，流域宽阔笔直时对应的预设周期大于流域狭窄曲折时对应的预设周期，如此，可以在降低数据处理压力的基础上，保证数据采集的全面性。

可选地，上述卫星通信模块101可以为北斗三代短报文通讯卡。北斗三代短报文通讯卡具有双向通信功能，具有较强的抗干扰能力，能够穿透平流层和对流层，可保证极端天气条件下的正常通信。

在本申请实施例中，由于可以通过卫星通信模块将漂流信息传输至数据处理设备，因此可以保证在无人区或恶劣条件下流域的应用；由于可以以短报文的形式传输至数据处理设备，因此可以在满足数据传输需要的同时，避免传输过程中部分数据丢失的问题，提高数据传输的失真率。

可选地，继续参考图1，上述浮标设备100还可以包括回声测深模块102。回声测深模块102可以用于：以所述浮标设备100为中心、向一个河域切面内与水面呈不同角度的方向发射超声波信号；接收所述超声波信号的反射回波信号；根据发射所述超声波信号的第一时间、接收所述反射回波信号的第二时间确定所述河域深度信息。

具体地，如图2所示，回声测深模块102可以以浮标设备100为中心向河域切面内与水面呈不同角度的方向发射超声波信号，并等待接收超声波信号的反射回波信号，在确定第一时间和第二时间后，再确定第一时间与第二时间之间的时间差值，并结合超声波信号在水中的传播速度确定河域深度信息。

可选地，继续参考图2，一个河域切面内的相邻两个超声波信号的发射角度间隔相同。例如，相邻两个超声波信号的发射角度可以为15°。

可选地，上述河域深度信息包括多个垂直深度数据，该多个垂直深度数据可以为一个河域切面上与水面呈不同角度的河域底部的垂直深度。例如，若相邻两个超声波信号的发射角度可以为15°，则河域深度信息可以包括12个垂直深度数据。

在本申请实施例中，由于回声测深模块可以向一个河域切面内与水面呈不同角度的方向发射超声波信号，因此，可以得到多个垂直深度数据，如此，可以得到不同角度的垂直深度数据，从而提高建模数据的全面性。

可选地，数据处理设备200，具体可以用于：获取多个垂直深度数据；通过分析所述多个垂直深度数据确定异常深度数据；确定与所述异常深度数据相邻的两个垂直深度数据，并根据所述两个垂直深度数据确定目标深度数据，以及将所述异常深度数据替换为所述目标深度数据。

可选地，数据处理设备200，具体可以用于：在所述多个垂直深度数据中相邻的至少两个垂直深度数据的差值大于第一阈值的情况下，从所述至少两个垂直深度数据中确定所述异常深度数据。

具体地，回声测深模块102在向不同角度发射超声波信号后，信号可能会被一些游动物体遮挡，致使部分数据失真，因此，在获取多个垂直深度数据后，可以比较相邻的至少两个垂直深度数据的差值是否大于第一阈值，若是，则从中确定异常深度数据，并替换为目标深度数据。

示例性地，以第一阈值为10为例。若多个垂直深度数据包括数据1:“18m”、数据2:“3m”、数据3:“19m”，由于数据1与数据2之间的差值大于10，数据2与数据3之间的差值也大于10，因此可以将数据2确定异常深度数据，再将数据1和数据3的平均值18.5m确定为目标深度数据，从而得到新的数据2：“18.5m”。

在本申请实施例中，由于可以确定异常深度数据并替换为目标深度数据，因此可以提高数据的准确度。

可选地，上述漂流信息还可以包括水流速度和水流方向。该数据处理设备200，具体可以用于基于所述曲面方程构建三维河域曲面模型。

具体地，上述漂流位置可以为经纬度信息，数据处理设备200可以将采集到的经纬度信息以及河域深度信息转化为曲面上的X、Y、Z三元组，其中x，y为高斯坐标系下的位置信息，z为该位置的河域垂直深度。然后根据X、Y、Z三元组，通过高斯函数公式计算出矩阵形式的曲面方程。

高斯函数公式为：

从而得到三维高斯曲面函数：

再进行高斯曲面求解：通过数据集(x，y，z)中的点进行高斯曲面拟合，得到高斯曲面的峰值。

基于高斯三维公式，假设峰值为z

对于上述公式取ln，得到

可选地，本申请实施例提供的河域建模系统还可以包括异常报警器300；所述异常报警器300可以用于若所述数据处理设备200监测到所述浮标设备100的漂流位置在预设时间内未发生更新，则输出报警信息。

需要说明的是，若浮标设备100的漂流位置在预设时间内未发生更新，则表示浮标设备100的漂流过程受到了阻碍，因此需要进行人为干预。

本发明实施例中，由于可以通过异常报警器输出报警信息，因此可以及时发现浮标设备的异常情况，从而采取相应的急救措施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。