一种流量测量方法及装置与流程

技术特征：
1.一种流量测量方法，其特征在于，应用于流量测量设备，所述方法包括：获取目标水渠的当前水位；按预设规则控制所述流量测量设备中的目标换能器工作，并获取各所述目标换能器工作过程中对应的超声波传递时间；根据所述超声波传递时间，计算各水层的平均流速和任意两个相邻水层之间的等效流速；将所述当前水位、各水层的平均流速和所述等效流速输入流速计算模型，得到所述目标水渠中待测水体的平均流速；其中，所述流速计算模型以水体的水位、各水层的平均流速以及相邻水层之间的等效流速为输入，以水体的平均流速为输出，训练神经网络得到；根据所述待测水体的平均流速和所述目标水渠的水渠宽度，计算所述待测水体的当前流量。2.根据权利要求1所述的流量测量方法，其特征在于，所述按预设规则控制所述流量测量设备中的目标换能器工作，包括：将所述流量测量设备中，处于所述当前水位以下的多个换能器作为目标换能器；按如下预设规则控制各所述目标换能器工作：控制目标换能器a
i
发射超声波，并控制目标换能器b
i
和目标换能器b
j
接收超声波；控制目标换能器b
i
发射超声波，并控制目标换能器a
i
和目标换能器aj接收超声波；控制目标换能器a
j
发射超声波，并控制目标换能器b
i
和目标换能器b
j
接收超声波；控制目标换能器b
j
发射超声波，并控制目标换能器a
i
和目标换能器aj接收超声波；其中，i∈[1，m
‑
1]，j∈[1，m]，m为目标换能器的总数量；目标换能器a
i
和目标换能器b
i
处于同一水层内；目标换能器a
j
和目标换能器b
j
处于同一水层内；目标换能器a
j
与目标换能器a
i
相邻设置，且目标换能器a
j
靠近水面。3.根据权利要求2所述的流量测量方法，其特征在于，所述获取各所述目标换能器工作过程中对应的超声波传递时间，包括：针对每一所述目标换能器，在目标换能器a
i
发射超声波的情况下，获取超声波由目标换能器a
i
传递至目标换能器b
i
对应的超声波传递时间，以及，超声波由目标换能器a
i
传递至目标换能器b
j
对应的超声波传递时间；在目标换能器b
i
发射超声波的情况下，获取超声波由目标换能器b
i
传递至目标换能器a
i
对应的超声波传递时间，以及，超声波由目标换能器b
i
和目标换能器aj对应的超声波传递时间；在目标换能器a
j
发射超声波的情况下，获取超声波由目标换能器a
j
传递至目标换能器b
i
对应的超声波传递时间，以及，超声波由目标换能器a
j
传递至目标换能器b
j
对应的超声波传递时间；在目标换能器b
j
发射超声波的情况下，获取超声波由目标换能器b
j
传递至目标换能器a
i
对应的超声波传递时间，以及，超声波由目标换能器b
j
和目标换能器aj对应的超声波传递时间。
4.根据权利要求1所述的流量测量方法，其特征在于，所述根据所述超声波传递时间，计算各水层的平均流速，包括：针对每一水层，按照如下公式计算所述水层的平均流速：其中，v
i
为目标换能器a
i
所处水层的平均流速；c为超声波在水中的传播速度；d为所述目标水渠的水渠宽度；θ为超声波传播方向与水流方向在投影平面上的夹角；t
ai，bi
为超声波从目标换能器a
i
传递至目标换能器b
i
的超声波传递时间；t
bi，ai
为超声波从目标换能器b
i
传递至目标换能器a
i
的超声波传递时间；目标换能器a
i
和目标换能器b
i
处于同一水层内。5.根据权利要求1所述的流量测量方法，其特征在于，根据所述超声波传递时间，计算任意两个相邻水层之间的等效流速的过程，包括：针对任意两个相邻水层，按照如下公式计算相应的等效流速：其中，v
ij
为任意两个相邻水层之间的等效流速；c为超声波在水中的传播速度；d为所述目标水渠的水渠宽度；θ为超声波传播方向与水流方向在投影平面上的夹角；t
ai,bj
为超声波由目标换能器a
i
传递至目标换能器b
j
对应的超声波传递时间；t
aj,bi
为超声波由目标换能器a
j
传递至目标换能器b
i
对应的超声波传递时间；t
bj,ai
为超声波由目标换能器b
j
传递至目标换能器a
i
对应的超声波传递时间；t
bi,aj
为超声波由目标换能器b
i
递至目标换能器a
j
对应的超声波传递时间。6.一种流量测量装置，其特征在于，包括：获取单元，用于获取目标水渠的当前水位；控制单元，用于按预设规则控制所述流量测量设备中的目标换能器工作，并获取各所述目标换能器工作过程中对应的超声波传递时间；第一计算单元，用于根据所述超声波传递时间，计算各水层的平均流速和任意两个相邻水层之间的等效流速；第二计算单元，用于将所述当前水位、各水层的平均流速和所述等效流速输入流速计算模型，得到所述目标水渠中待测水体的平均流速；其中，所述流速计算模型以水体的水位、各水层的平均流速以及相邻水层之间的等效流速为输入，以水体的平均流速为输出，训练神经网络得到；第三计算单元，用于根据所述待测水体的平均流速和所述目标水渠的水渠宽度，计算所述待测水体的当前流量。7.根据权利要求6所述的流量测量装置，其特征在于，所述控制单元，用于按预设规则控制所述流量测量设备中的目标换能器工作时，包括：
将所述流量测量设备中，处于所述当前水位以下的多个换能器作为目标换能器；按如下预设规则控制各所述目标换能器工作：控制目标换能器a
i
发射超声波，并控制目标换能器b
i
和目标换能器b
j
接收超声波；控制目标换能器b
i
发射超声波，并控制目标换能器a
i
和目标换能器aj接收超声波；控制目标换能器a
j
发射超声波，并控制目标换能器b
i
和目标换能器b
j
接收超声波；控制目标换能器b
j
发射超声波，并控制目标换能器a
i
和目标换能器aj接收超声波；其中，i∈[1，m
‑
1]，j∈[1，m]，m为目标换能器的总数量；目标换能器a
i
和目标换能器b
i
处于同一水层内；目标换能器a
j
和目标换能器b
j
处于同一水层内；目标换能器a
j
与目标换能器a
i
相邻设置，且目标换能器a
j
靠近水面。8.根据权利要求7所述的流量测量装置，其特征在于，所述控制单元，用于获取各所述目标换能器工作过程中对应的超声波传递时间时，包括：针对每一所述目标换能器，在目标换能器a
i
发射超声波的情况下，获取超声波由目标换能器a
i
传递至目标换能器b
i
对应的超声波传递时间，以及，超声波由目标换能器a
i
传递至目标换能器b
j
对应的超声波传递时间；在目标换能器b
i
发射超声波的情况下，获取超声波由目标换能器b
i
传递至目标换能器a
i
对应的超声波传递时间，以及，超声波由目标换能器b
i
和目标换能器aj对应的超声波传递时间；在目标换能器a
j
发射超声波的情况下，获取超声波由目标换能器a
j
传递至目标换能器b
i
对应的超声波传递时间，以及，超声波由目标换能器a
j
传递至目标换能器b
j
对应的超声波传递时间；在目标换能器b
j
发射超声波的情况下，获取超声波由目标换能器b
j
传递至目标换能器a
i
对应的超声波传递时间，以及，超声波由目标换能器b
j
和目标换能器aj对应的超声波传递时间。9.根据权利要求6所述的流量测量装置，其特征在于，所述第一计算单元，用于根据所述超声波传递时间，计算各水层的平均流速时，包括：针对每一水层，按照如下公式计算所述水层的平均流速：其中，v
i
为目标换能器a
i
所处水层的平均流速；c为超声波在水中的传播速度；d为所述目标水渠的水渠宽度；θ为超声波传播方向与水流方向在投影平面上的夹角；t
ai，bi
为超声波从目标换能器a
i
传递至目标换能器b
i
的超声波传递时间；t
bi，ai
为超声波从目标换能器b
i
传递至目标换能器a
i
的超声波传递时间；目标换能器a
i
和目标换能器b
i
处于同一水层内。10.根据权利要求6所述的流量测量装置，其特征在于，所述第一计算单元，用于根据所述超声波传递时间，计算任意两个相邻水层之间的等效流速时，包括：
针对任意两个相邻水层，按照如下公式计算相应的等效流速：其中，v
ij
为任意两个相邻水层之间的等效流速；c为超声波在水中的传播速度；d为所述目标水渠的水渠宽度；θ为超声波传播方向与水流方向在投影平面上的夹角；t
ai,bj
为超声波由目标换能器a
i
传递至目标换能器b
j
对应的超声波传递时间；t
aj,bi
为超声波由目标换能器a
j
传递至目标换能器b
i
对应的超声波传递时间；t
bj,ai
为超声波由目标换能器b
j
传递至目标换能器a
i
对应的超声波传递时间；t
bi,aj
为超声波由目标换能器b
i
递至目标换能器a
j
对应的超声波传递时间。

技术总结
本发明提供的流量测量方法及装置，应用于测控技术领域，该方法在获取目标水渠的当前水位后，按预设规则控制目标换能器工作，并获取各目标换能器工作过程中对应的超声波传递时间，然后根据所得超声波传递时间，计算各水层的平均流速和任意两个相邻水层之间的等效流速，将待测水体的当前水位、各水层对应的平均流速和等效流速输入流速计算模型，得到待测水体的平均流速，最终根据待测水体的平均流速和目标水渠的水渠宽度，计算得到待测水体的当前流量。本方法流速计算模型是训练神经网络得到，并未涉及水渠的具体结构参数，相对于现有技术而言，计算结果与水渠实际结构之间的关联已经降到最低，有助于提高流量计算结果的准确性。性。性。


技术研发人员：马俊杰 李月颖
受保护的技术使用者：北京奥特美克科技股份有限公司
技术研发日：2021.07.27
技术公布日：2021/10/23