一种基于电子智能井盖的井下溢水水位高度测量方法与流程

本申请涉及超声波水位传感器测量，具体涉及一种基于电子智能井盖的井下溢水水位高度测量方法。

背景技术：

1、电子智能井盖是一种基于物联网技术的井盖及监控终端一体式设备，通过内置水位传感器实时监测井下水位满溢情况，为城市内涝预警、城市排水系统运行状态评估以及地下管网维护提供精准数据支撑。

2、现有电子智能井盖内置的水位传感器多为超声波水位传感器，所述传感器安装于井盖下方，通过发射超声波脉冲并接收经井下水面反射的超声回波，基于脉冲传播时间及空气中声速计算水位高度。然而，传统电子智能井盖未考虑井盖在实际运行中因车辆碾压、安装松动、老化破损等因素而产生的振动或位移，上述因素可能导致超声波脉冲发射方向偏离理想垂直路径；当超声波脉冲因方向偏移而入射至井壁时，将在井壁与水面之间产生多次反射并形成多个干扰反射回波，进而影响超声波水位传感器对井下溢水水位高度测量的准确性与可靠性。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本申请提供一种基于电子智能井盖的井下溢水水位高度测量方法，以解决现有的问题。

2、本申请的一种基于电子智能井盖的井下溢水水位高度测量方法采用如下技术方案：

3、本申请一个实施例提供了一种基于电子智能井盖的井下溢水水位高度测量方法，该方法包括以下步骤：

4、各次井下水位测量时，通过超声波水位传感器从智能井盖中心向井下发射超声波脉冲，获取接收的超声回波信号及对应的井下水位高度测量值；通过位移传感器采集智能井盖边缘的垂直位移信号；

5、根据各次测量时发射的超声波脉冲数量及接收的超声回波信号中峰值点幅值确定疑似水面回波峰值点；根据所有相邻疑似水面回波峰值点之间时间间隔的分布混乱程度构建时间间隔差异系数；

6、根据超声波发送接收时间窗口内垂直位移信号中波峰波谷点的数量及幅值，以及超声回波信号中峰值点的数量及幅值，结合所述时间间隔差异系数，计算各次测量的井下水位高度测量值的置信度；

7、根据采集周期内各次测量对应的井下水位高度测量值及所述置信度确定井下溢水水位高度测量结果。

8、在一个优选的实施方式中，所述疑似水面回波峰值点的确定方法具体为：

9、将各次测量时发射的超声波脉冲数量记为m，将该次测量所接收的超声回波信号利用hilbert变换提取包络线，将该包络线中所有峰值点中幅值从大到小的前m个峰值点作为疑似水面回波峰值点。

10、在一个优选的实施方式中，所述时间间隔差异系数具体为：

11、计算各组相邻疑似水面回波峰值点之间时间间隔与井下最大超声传播时间的比值，将超声回波信号的所有所述比值的方差与对应的方差上界值的比值作为所述时间间隔差异系数。

12、在一个优选的实施方式中，所述井下最大超声传播时间为井深度的2倍除以声速得到的时间。

13、在一个优选的实施方式中，所述超声波发送接收时间窗口的起始时刻为超声波水位传感器开始发射超声波脉冲的时刻，终止时刻为超声波水位传感器刚接收到超声回波信号的时刻。

14、在一个优选的实施方式中，所述置信度的计算方式为：

15、获取各次测量对应的超声波发送接收时间窗口内垂直位移信号中所有波峰波谷点的数量及所有波峰波谷点的幅值绝对值均值，以确定井盖变化特征值；

16、将各次测量的所述时间间隔差异系数与所述井盖变化特征值的均值记为第一影响系数；

17、根据各次测量对应的超声回波信号中峰值点的数量及幅值构建第二影响系数；

18、基于所述第一影响系数及所述第二影响系数确定各次测量的井下水位高度测量值的置信度，所述置信度分别与所述第一影响系数及所述第二影响系数呈负相关。

19、在一个优选的实施方式中，所述井盖变化特征值具体为：

20、分别计算超声波发送接收时间窗口内垂直位移信号中所有波峰波谷点的数量与该垂直位移信号中数据点总数的比值，以及所述幅值绝对值的均值与电子智能井盖半径的比值；将所得两个比值的均值作为所述井盖变化特征值。

21、在一个优选的实施方式中，所述第二影响系数为各次测量对应的超声回波信号中所有峰值点数量的归一化值与所有峰值点幅值均值的归一化值的平均值。

22、在一个优选的实施方式中，所述置信度为所述第一影响系数与所述第二影响系数的均值的相反数。

23、在一个优选的实施方式中，所述井下溢水水位高度测量结果具体为：

24、获取采集周期内所有井下水位高度测量值中置信度从高到低的前n个井下水位高度测量值，将所得的n个井下水位高度测量值中最小值和最大值所形成的水位高度区间作为电子智能井盖的井下溢水水位高度测量结果。

25、相较于现有技术，本申请至少具有如下有益效果：

26、本申请通过电子智能井盖中超声波水位传感器发射超声波脉冲，并接收超声回波信号；通过位移传感器采集电子智能井盖边缘的垂直位移信号；根据超声回波信号中峰值点幅值确定疑似水面回波峰值点，根据疑似水面回波峰值点出现时间规律性构建时间间隔差异系数，分析了超声波脉冲发射方向偏离理想垂向路径的概率；根据超声波发送接收时间窗口内垂直位移信号中波峰波谷点的数量及幅值，以及超声回波信号中峰值点的数量及幅值，评估井盖振动频率及位移情况，以及因井盖边缘振动或位移引起的超声波脉冲发射方向偏移对水位高度测量准确性的影响情况，结合所述时间间隔差异系数，计算各次测量的井下水位高度测量值的置信度；通过置信度高的井下水位高度测量值确定电子智能井盖的井下溢水水位高度测量结果；相比于传统电子智能井盖内置超声波水位传感器的测量方法，本申请能够有效降低井盖振动或位移所致的发射方向偏移及干扰反射回波对最终测量结果的影响，进而提高井下溢水水位高度测量的准确性与可靠性。

1.一种基于电子智能井盖的井下溢水水位高度测量方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种基于电子智能井盖的井下溢水水位高度测量方法，其特征在于，所述疑似水面回波峰值点的确定方法具体为：

3.如权利要求1所述的一种基于电子智能井盖的井下溢水水位高度测量方法，其特征在于，所述时间间隔差异系数具体为：

4.如权利要求3所述的一种基于电子智能井盖的井下溢水水位高度测量方法，其特征在于，所述井下最大超声传播时间为井深度的2倍除以声速得到的时间。

5.如权利要求1所述的一种基于电子智能井盖的井下溢水水位高度测量方法，其特征在于，所述超声波发送接收时间窗口的起始时刻为超声波水位传感器开始发射超声波脉冲的时刻，终止时刻为超声波水位传感器刚接收到超声回波信号的时刻。

6.如权利要求1所述的一种基于电子智能井盖的井下溢水水位高度测量方法，其特征在于，所述置信度的计算方式为：

7.如权利要求6所述的一种基于电子智能井盖的井下溢水水位高度测量方法，其特征在于，所述井盖变化特征值具体为：

8.如权利要求6所述的一种基于电子智能井盖的井下溢水水位高度测量方法，其特征在于，所述第二影响系数为各次测量对应的超声回波信号中所有峰值点数量的归一化值与所有峰值点幅值均值的归一化值的平均值。

9.如权利要求6所述的一种基于电子智能井盖的井下溢水水位高度测量方法，其特征在于，所述置信度为所述第一影响系数与所述第二影响系数的均值的相反数。

10.如权利要求1所述的一种基于电子智能井盖的井下溢水水位高度测量方法，其特征在于，所述井下溢水水位高度测量结果具体为：