(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 202210932918.4 (22)申请日 2022.08.04 (71)申请人 武汉大水云科技有限公司 地址 430014 湖北省武汉市武汉东湖新 技 术开发区武大园一路7号国家地球空 间信息产业基地 五期--武大 慧园1栋4 层2-07号 (72)发明人 刘炳义　杨雯婷　嵇莹　 (74)专利代理 机构 武汉科皓知识产权代理事务 所(特殊普通 合伙) 42222 专利代理师 张辰 (51)Int.Cl. G01F 1/00(2022.01) G01F 1/002(2022.01) G06F 30/27(2020.01)G06F 30/28(2020.01) G06N 3/04(2006.01) G06N 3/08(2006.01) G06T 17/00(2006.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种复杂水流条件下的流量测量方法及系 统 (57)摘要 本发明公开了一种复杂水流条件下的流量 测量方法及系统， 所述方法包括以下步骤： 根据 流量测算断面位置， 确定三维水动力模型建模区 域和模型进出口位置及验证位置， 建立三维水动 力模型； 利用图像识别技术， 获取边界断面和验 证位置的水位、 表面流速及边界断面流量数据； 对建立的三维水动力模型进行参数率定与验证； 采用三维水动力模型进行模拟， 获取测算断面流 量； 以测算断面流量为输出， 构建LSTM人工智能 模型及模型训练集、 测试集， 训练LS TM模型算法， 利用训练好的LS TM模型进行快速计算， 得到实时 流量测算数据。 本发明解决了复杂水流条件水位 与流量无稳定对应 关系、 非平 面水面采用单一水 位值估算断面面积不准确等问题， 并提供一种流 量的快速 计算方法。 权利要求书2页 说明书8页 附图3页 CN 115290148 A 2022.11.04 CN 115290148 A 1.一种复杂水流条件下的流 量测量方法， 所述方法包括以下步骤： 根据流量测算断面位置， 确定三维水动力模型建模区域和确定的模型进出口位置及验 证位置， 建立 三维水动力模型； 利用图像识别技 术， 获取边界断面和验证位置的水位、 表面 流速及边界断面 流量数据； 利用获取的边界断面和验证位置的水位、 表面流速及边界断面流量数据对建立的三维 水动力模型进行参数率定与验证； 对率定好的三维水动力模型进行模拟， 获取测算断面 流量； 以测算断面流量为输出， 构建LSTM人工智能模型及训 练集、 测试集， 训 练LSTM模型算 法； 利用训练好的LSTM模型进行 快速计算， 得到实时流 量测算数据。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于： 所述确定三维水动力模型建模区域和确定 的模型进出口位置及验证位置， 之后还 包括： 收集建模区域水下地形及岸线数据， 对建模区域进行三维网格剖分； 设置三维水动力 模型边界条件及 初始条件。 3.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于： 所述确定的模型进出口位置通过以下步骤 实施： 模型进口断面， 选在流量测算断面上游， 且水流流态平稳处， 包括干流入流断面、 支流 入流断面； 模型出口断面， 选在流量测算断面下游， 且水流流态平稳处， 包括干流出流断面、 支流 出流断面。 4.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于： 所述三维水动力模型以N ‑S方程为控制方 程， 在垂向上采用σ 坐标系拟合不规则的底部地形， 在水平上使用非重叠的无结构三角形网 格对计算区域进行空间离 散拟合岸线， 并采用有限体积的离 散方法进行求 解。 5.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于： 所述获取边界断面及验证位置的水位、 表 面流速及断面 流量数据包括以下步骤: 通过摄像头采集进出口处岸线图像， 构建水面线像素 ‑高程关系数据集， 通过水域岸线 分割算法得到水位线的像素对应的水位 值， 采用时空平均方法得到边界断面平均水位 值； 通过摄像头采集断面水流表面图像， 提取水面图像中的波纹、 漂浮物、 气泡特征， 沿断 面水流方向绘制测速线， 以测速线长度为横轴， 以视频采集时长为纵轴， 合成时空图像， 计 算断面表面 流速监测数据。 6.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于： 所述对建立的三维水动力模型进行参数率 定包括： 采用试错法对 模型参数进行率定， 直至三维水动力模型计算结果达 到精度要求。 7.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于： 所述对率定好的三维水动力模型进行模 拟， 获取测算断面 流量包括以下步骤： 基于建立的三维水动力模型及率定得到的参数， 利用进口断面、 出口断面实时监测水 位、 流量数据驱动三维水动力模型计算， 得到建模区域内任意位置水位、 三维流速计算结 果； 根据流量测算断面位置的三维流速计算结果， 对全断面流速进行积分， 得到测算断面 的流量。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115290148 A 28.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于： 所述以测算断面流量为输出， 构建LSTM人 工智能模型及训练集、 测试集， 训练LSTM模型算法包括以下步骤： 对流量测算断面建立LSTM人工智能模型； 所述LSTM人工智能模型输出层为测算断面流 量， 模型输入层为进、 出口断面水位、 流 量及验证断面处的水位、 表面 流速监测过程； 利用图像识别技术得到进、 出口断面及验证断面处的水位、 流量、 及表面流速监测过 程， 以及三维水动力模型测算得到的断面 流量， 构建人工智能模型训练集及测试集； 利用构建好的训练集及测试集， 对人工智能模型进行模型训练、 测试和验证， 采用均 方 根误差、 平均绝对误差及纳什系 数指标对模型精度进行评价， 直至模型精度达到流量测算 精度要求。 9.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于： 所述利用训练好的LSTM模型进行快速计 算， 得到实时流 量测算数据包括： 利用进、 出口断面及验证断面处的水位、 流量、 及表面流速监测过程数据， 采用训练测 试验证通过的人工智能模型计算流量测算断面的实时流量， 实现 复杂水流条件下流量的实 时测算。 10.一种复杂水流条件下的流量测量系统， 所述系统应用于权利要求1 ‑9任一所述的一 种复杂水流条件下的流 量测量方法， 其特 征在于： 包括： 模型建立模块： 用于根据流量测算断面位置， 确定三维水动力模型建模区域和确定的 模型进出口位置及验证位置， 建立 三维水动力模型； 模型处理模块： 用于利用图像识别技术， 获取边界断面及验证位置的水位、 表面流速及 断面流量数据； 模型验证模块： 用于利用边界断面及验证位置的水位、 表面流速及 断面监测数据对建 立的三维水动力模型进行参数率定与验证； 模型模拟模块： 用于对率定好的三维水动力模型进行模拟， 获取测算断面 流量； 模型训练模块： 用于以测算断面流量为输出， 构建LSTM人工智能模型及训练集、 测试 集， 训练LSTM模型算法； 模型计算模块： 用于对利用训练好的LSTM模型进行 快速计算， 得到实时流 量测算数据。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115290148 A 3