(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210605943.1 (22)申请日 2022.05.30 (71)申请人 河海大学智能感知技 术创新研究院 地址 261100 山东省潍坊市寒亭区民主街 阳光保险大厦4楼401、 402、 40 3室 申请人 山东省水文计量检 定中心 (72)发明人 衣学军　张玉　刘继军　娄保东　 江龙　高伟　郑源　林长清　郭楚　 吴晓文　王强　王童　 (74)专利代理 机构 南京千语知识产权代理事务 所(普通合伙) 32394 专利代理师 尚于杰 (51)Int.Cl. G01N 33/18(2006.01) G08B 21/10(2006.01)G08B 25/08(2006.01) G08B 25/10(2006.01) G06T 7/246(2017.01) G06T 7/60(2017.01) G06V 10/44(2022.01) G06V 10/62(2022.01) G06V 20/40(2022.01) G06V 20/52(2022.01) G16C 20/20(2019.01) G16C 20/70(2019.01) (54)发明名称 基于水文塔的测量系统及测量方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于水文塔的测量系统 及测量方法， 该基于水文塔的测量系统包括设置 在水文塔本体上的水动力测量组件、 水生态测量 组件、 供能组件、 控制模块和通讯组件， 以及远程 终端。 水动力测量组件包括设置在水文塔本体上 的智慧水尺、 雨量计、 毫米波雷达液位计和摄像 头。 水生态测量系组件包括光谱水质监测仪。 智 慧水尺、 雨量计、 毫米波雷达液位计、 摄像头、 光 谱水质监测仪均与控制模块电连接， 控制模块通 过无线通讯通讯组件与远程终端进行通讯。 本发 明通过在水文塔上设置多个测量组件， 开展水文 全要素一体化实时在线监侧， 准确掌握水文水质 等关键信息， 实现全时段自动监测， 对提升防洪 减灾、 保护水环境 安全等具有重要意 义。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 115097090 A 2022.09.23 CN 115097090 A 1.基于水文塔的测量系统， 其特征在于， 包括设置在水文塔本体上的水动力测量组件、 水生态测量组件、 供能组件、 控制模块和通讯组件， 以及远程终端； 所述水动力测量组件包括设置在水文塔本体上的智慧水尺、 雨量计、 毫米波雷达液位 计和摄像头； 所述水生态测量系组件 包括光谱水质监测仪； 所述智慧水尺、 雨量计、 毫米波雷达液位计、 摄像头、 光谱水质监测仪均与控制模块电 连接， 控制模块 通过无线通讯通讯组件与远程终端 进行通讯； 所述供能组件为智慧水尺、 雨量计、 毫米波雷达液位计、 摄像头、 光谱水质监测仪和控 制模块供电。 2.根据权利要求1所述的基于水文塔的测量系统， 其特征在于， 所述远程终端包括终端 服务器、 显示器和预警模块。 3.根据权利要求1所述的基于水文塔的测量系统， 其特征在于， 所述供能组件包括太阳 能模组、 风力发电组件和储能电池， 太阳能模组、 风力发电组件与储能电池电连接， 将太阳 能和风能转 化为电能存 储在电池中。 4.根据权利要求1所述的基于水文塔的测量系统， 其特征在于， 所述通讯组件为RTU专 网通信或5G网络通信。 5.根据权利要求1所述的基于水文塔的测量系统， 其特征在于， 还包括北斗应急通讯系 统。 6.基于上述1 ‑5中任一项所述的水文塔的量系统的测量方法， 其特征在于， 包括如下步 骤： S1： 设定基准水位为H0， 利用声纳探测仪测量出基准水位以下河床轮廓， 得出基准水位 以下的河床断面面积S0， 并测量基准水位以上不同高度Hi处对应的的河道宽度Wi， Hi和Wi为 一一对应的映射关系， 并将测得Hi和Wi数据拟合成函数f(Hi)→Wi， 将上述数据储存在服务 器的数据库中， 数据库中还 储存有水文管理工作者及附近居民的联系电话； S2： 根据步骤S1中的参数建立水动力模型， 不同高度对应的河床端面面积 S3： 利用毫米波雷达液位计实时监测河流水位Ht和通过摄像头拍摄的视频图像计算流 速Vt， 根据步骤S2 中的水动力模型， 计算此刻水位对应的水流断面面积St， 得出断面流量Qt ＝Vt·St， 当断面流量Qt超过设定阈值 Q0时， 发出警报； S4： 光谱水质监测仪监测水质通过通讯组件定期将监测结果发送给服务器， 服务器将 水质分析结果、 雨量计实时测得雨量， 以及预测的洪峰流量、 洪峰达到时间生成报文， 发送 给水文管理工作者及附近的居民。 7.根据权利要求6所述的测量方法， 其特征在于， 所述步骤S3中， 从摄像头实时拍摄的 视频图像中提取河道、 河堤与河岸的轮廓， 并确定参 考面和参考线； 提取所拍摄视频图像中经 过所述参考面的行人的像素身高； 计算经过参考面的有效行 人的平均像素身高， 确定参 考面上单位像素的实际长度ΔL； 测算监控视频图像中两帧图像间在河流表面所述参考线附近漂浮物的相对像素位移 Lt； 利用两帧图像间隔时间Δt， 结合相对像素位移Lt及单位像素实际长度ΔL， 计算此时河权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115097090 A 2流的流速Vt＝LtΔL/Δt。 8.根据权利要求6所述的测量方法， 其特征在于， 所述步骤S3中， 毫米波雷达液位计实 时监测河流水位Ht通过通讯组件发送给服务器， 服务器将接收到的Ht与数据库中表示高度 Hi的集合中的数值进行比较， 当找到与之相同的数据， 则查询 该高度值数值对应 的河床端 面面积Si， 此时面积Si即为对应水位的水流断面面积St， 则St＝Si， 得出Ht→St的一一对应关 系。 9.根据权利要求5所述的测量方法， 其特征在于， 所述步骤S4中， 所述光谱水质监测仪， 光谱波段为400 ‑1000nm， 光谱分辨率1nm， 非接触式原位监测， 进行人工智能反演算法训练， 监测多个生态指标， 包括叶绿素、 总氮TN、 总磷T怕、 透明度、 COD、 浊度、 氨氮NH3 ‑N和悬浮物 浓度。 10.根据权利要求5所述的测量方法， 其特征在于， 所述步骤S4中， 洪峰流量、 洪峰达到 时间的预测方法， 当水位超过设定值Hc开始计算， 每隔固定时段计算一 次断面流量Qt， 直至 当断面流量Qt超过设定阈值Q0， 共计算出M个断面流量值， 将这M个断面流量值拟合成曲线， 根据曲线趋势和断面流量Qt为设定阈值Q0时刻雨量计测得雨量值， 判断洪峰流量和 洪峰达 到时间。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115097090 A 3