一种公路建设阶段用水文地质参数采集装置和系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种公路建设阶段用水文地质参数采集装置和系统，本发明专利技术装置根据可自由转动的舵叶，在水流作用下，会自动转向而与水流方向平行的特点，控制装置在水中的方向，然后利用装置上水压传感器分别测量迎水方向和背水方向的水压，并利用其上陀螺仪记录此时舵叶的方位，同时利用其上水压传感器测量静水水压，利用这些原始数据，可同步获取水流速度、水流方向和水体深度等水文地质勘察方面的重要参数。

A device and system for collecting hydrogeological parameters in the stage of highway construction

The invention discloses a hydrogeological parameter acquisition device and system for highway construction stage, the device of the invention according to the rudder blade can rotate freely, under the effect of the water, will automatically turn parallel with the flow direction, direction control device in the water, and then use the device on the pressure sensor were measured at the water direction the direction of the water and back pressure, and the rudder blade azimuth gyroscope records at this time, at the same time using the pressure sensor to measure the hydrostatic pressure, the use of the original data, important parameters of flow velocity, flow direction and water depth of hydrological and geological survey of the synchronization acquisition.

【技术实现步骤摘要】
一种公路建设阶段用水文地质参数采集装置和系统
本专利技术涉及公路建设阶段水文地质信息调查和采集领域，特别涉及一种隧道、岩溶及其它复杂地区地下水的水文地质参数采集装置和系统，该装置和系统融合了水文地质参数采集技术和信息技术。技术背景水文(水文指的是自然界中水的变化、运动等的各种现象)地质勘察是工程建设中的重要工作。近年来，我国交通、水利和城市建设等基础工程的推进速度迅速，这些工程的建设方案与所在区域内的水文地质条件关系密切。为了确保工程规划的合理性、耐久性和安全性，工程建设的初期规划、施工设计和施工实施阶段均需要准确的水文、工程、环境地质基础参数。在工程建设中，地下水兼具影响岩(土)体组成和建筑物稳定及耐久性的双重功能，因而水文地质参数在工程勘察、设计和施工过程中的作用极为重要。现实中，水文地质问题引发的岩土工程问题非常多，常见的有地下洞室充水淹没、基坑突涌、基础上浮失稳、岩(土)体软化、地裂及地面(表)塌陷、岸坡滑塌等岩土工程问题，水源枯竭、水质恶化、土壤盐渍化、等环境问题。水文地质勘察工作能够有助于提供设计和施工所需的必要资料，预防地下水对工程的危害。水流速度ν、流动方向和水体深度Dw(即自由水面到底部的高度,是一种绝对高度)是水文地质勘察方面的重要参数，它们是基础工程抗浮设计等所需的重要参考指标，同时也是隧道工程开挖面稳定性判断和衬砌施工参数确定的重要指标。在工程的施工过程中，水头相关参数的准确性将直接威胁着施工人员及设备的安全。现实中，水流速度ν、流动方向和水体深度Dw等指标的测量存在诸多难以解决的问题：①弯曲钻孔(或斜钻孔)内地下水的难以准确测量，这类钻孔包括专门的曲线型钻孔和施工原因导致偏离设计轴线的直线型钻孔，当斜钻孔的倾斜程度比较复杂时也会很难准确测量；②地下河流和倾斜钻孔的水深度Dw基本无法测量，其中地下河流主要是指岩溶发育等地区未出露地表的地下暗河；③岩溶漏斗、深水潭及其类似环境下的水体参数难以测量，虽然可以通过漏斗窥见这些水体的表面，但准确的水深Dw和水体底部高程H底基本难以获得；④隐伏地下水的流动性难以测量，这主要对应于通过钻孔揭露的地下水、地下深潭内无法窥探表面的水体或是通过表面无法判断流动性和底层水流方向的水体。当前水流速度ν、流动方向和水体深度Dw等指标的测量难度大主要因为缺乏合适的参数采集装置。目前对水体深度Dw，主要以绳子吊石块，以石块到达水底时绳子的湿长度来衡量；流动方向则是通过在地下水中投放同位素等，然后沿线打洞，以是否在洞内水体中检测到所述同位素来确定；地下水水流速度ν目前基本无法测量。
技术实现思路
本专利技术的第一专利技术目的在于提供一种公路建设阶段用水文地质参数采集装置，利用该装置采集的水头(任意断面处单位重量水的能量)相关参数的原始数据，可同步获取水流速度ν、流动方向和水体深度Dw等指标，整体而言降低了这些指标的测量难度，提高了测量结果准确性。本专利技术的第二专利技术目的在于提供一种采用上述装置的公路建设阶段用水文地质参数采集系统，该系统可采集水头相关参数的原始数据，并利用这些数据自动计算出水体深度Dw、水流方向和水流速度ν等指标，降低了这些指标的测量难度，提高了测量结果的准确性，而且简化了数据处理过程。本专利技术第一专利技术目的具有两种实现方案：一、原始数据实时采集并就地存储，采集完毕后，再将这些数据转移到上位机，上位机自动计算出水流速度ν、流动方向和水体深度Dw等指标；二、原始数据实时采集并实时传送到地面的上位机，上位机自动计算出水流速度ν、流动方向和水体深度Dw等指标。针对这两种方案的水文地质参数采集装置，分别介绍如下：方案一：一种公路建设阶段用水文地质参数采集装置，其特征在于，它包括用于辅助装置下沉的底座、中心轴、舵叶、罩体、水压力传感器、陀螺仪和数据存储模块，所述中心轴竖直的固定在所述底座的中部，所述罩体内部形成一端开口的腔体，所述罩体转动套装在所述中心轴上，开口朝下，所述罩体外壁上至少安装有一组所述水压力传感器，每组由两个水压力传感器构成，它们分设于所述罩体的两侧，一个迎向水流时，另一个刚好背向水流，所述罩体的腔体内也安装有所述水压力传感器，所述陀螺仪也安装在所述罩体的腔体内，所述陀螺仪为九轴陀螺仪，所述舵叶同样转动套装在所述中心轴上，且与所述罩体固定连接，而且所述舵叶沿着其中一组的两个所述水压力传感器之间的连线设置，所述水压力传感器、陀螺仪均与所述数据存储模块相连，将测得的水头相关参数的原始数据储存在所述数据存储模块中。方案二：一种公路建设阶段用水文地质参数采集装置，其特征在于，它包括用于辅助装置下沉的底座、中心轴、舵叶、罩体、水压力传感器、陀螺仪和通信设备，所述中心轴竖直的固定在所述底座的中部，所述罩体内部形成一端开口的腔体，所述罩体转动套装在所述中心轴上，开口朝下，所述罩体外壁上至少安装有一组所述水压力传感器，每组由两个水压力传感器构成，它们分设于所述罩体的两侧，一个迎向水流时，另一个刚好背向水流，所述罩体的腔体内也安装有所述水压力传感器，所述陀螺仪也安装在所述罩体的腔体内，所述陀螺仪为九轴陀螺仪，所述舵叶同样转动套装在所述中心轴上，且与所述罩体固定连接，而且所述舵叶沿着其中一组的两个所述水压力传感器之间的连线设置，所述水压力传感器、陀螺仪均与所述通信设备相连，将测得的水头相关参数的原始数据通过所述通信模块发送出去。本专利技术工作原理介绍如下：测量时，先通过绳索等将本专利技术装置吊入地下水中(尽量保持装置竖立)。本专利技术舵叶转动套装在中心轴上，舵叶在水中因水流动压力的作用，会自动转向而与水流方向平行，即该装置在水中会借助其舵叶调整其外壁上水压力传感器的朝向，使沿舵叶设置的那组中两个水压力传感器，一个迎向水流方向，一个背向水流方向，迎向水流方向的传感器测值最大，背向水流方向的传感器测值最小，利用它们的差值，可计算出水流速度ν，结合九轴陀螺仪对具体方位的标识，又可在水底不可见的情况下获知水流方向。罩体内部的传感器则用于测量静水压力，可用于计算水体深度Dw。本专利技术方案一，先将测得的原始数据记录在数据存储模块，方案二则通过通信模块将测得的原始数据实时传回地面。所述罩体外壁上安装有两组所述水压传感器，每组中两压力传感器之间的连线交叉成十字形，以便让四个压力传感器测量来自四个不同方向的水压。作为优选实施方式：所述通信设备包括通信设备A和通信设备B，所述通信设备A固定在所述罩体上，所述通信设备B固定在所述中心轴的上端，所述水压力传感器、陀螺仪均与所述通信设备A相连，所述通信设备A与所述通信设备B无线通信，所述通信设备B通过通信线缆与外设数据接收端相连。地下水中信号较弱，所以由装置测得的原始数据优先选择以有线方式传回地面，而有线的通信设备不适宜安装在转子上，但安装在定子上，其与安装在转子上的原始数据采集设备的接线也不方便处理。本方案中通过在转子上设置与定子上通信设备B无线通信的通信设备A，成功解决了上述难题。作为优选方案：所述罩体的腔体内安装有两个以上所述水压传感器，分设在不同方向，以平均值来计算静水水压，冗余的水压传感器也作为备份使用，增强了装置的可靠性。所述罩体的腔体内安装有两个以上所述陀螺仪，同样分设在不同方向。所述通信设备A与B之间的通信方式优先采用水声通信，当水声通信本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种公路建设阶段用水文地质参数采集装置，其特征在于，它包括用于辅助装置下沉的底座、中心轴、舵叶、罩体、水压力传感器、陀螺仪和数据存储模块，所述中心轴竖直的固定在所述底座的中部，所述罩体内部形成一端开口的腔体，所述罩体转动套装在所述中心轴上，开口朝下，所述罩体外壁上至少安装有一组所述水压力传感器，每组由两个水压力传感器构成，它们分设于所述罩体的两侧，一个迎向水流时，另一个刚好背向水流，所述罩体的腔体内也安装有所述水压力传感器，所述陀螺仪也安装在所述罩体的腔体内，所述陀螺仪为九轴陀螺仪，所述舵叶同样转动套装在所述中心轴上，且与所述罩体固定连接，而且所述舵叶沿着其中一组的两个所述水压力传感器之间的连线设置，所述水压力传感器、陀螺仪均与所述数据存储模块相连，将测得的水头相关参数的原始数据储存在所述数据存储模块中。

【技术特征摘要】
1.一种公路建设阶段用水文地质参数采集装置，其特征在于，它包括用于辅助装置下沉的底座、中心轴、舵叶、罩体、水压力传感器、陀螺仪和数据存储模块，所述中心轴竖直的固定在所述底座的中部，所述罩体内部形成一端开口的腔体，所述罩体转动套装在所述中心轴上，开口朝下，所述罩体外壁上至少安装有一组所述水压力传感器，每组由两个水压力传感器构成，它们分设于所述罩体的两侧，一个迎向水流时，另一个刚好背向水流，所述罩体的腔体内也安装有所述水压力传感器，所述陀螺仪也安装在所述罩体的腔体内，所述陀螺仪为九轴陀螺仪，所述舵叶同样转动套装在所述中心轴上，且与所述罩体固定连接，而且所述舵叶沿着其中一组的两个所述水压力传感器之间的连线设置，所述水压力传感器、陀螺仪均与所述数据存储模块相连，将测得的水头相关参数的原始数据储存在所述数据存储模块中。2.一种公路建设阶段用水文地质参数采集装置，其特征在于，它包括用于辅助装置下沉的底座、中心轴、舵叶、罩体、水压力传感器、陀螺仪和通信设备，所述中心轴竖直的固定在所述底座的中部，所述罩体内部形成一端开口的腔体，所述罩体转动套装在所述中心轴上，开口朝下，所述罩体外壁上至少安装有一组所述水压力传感器，每组由两个水压力传感器构成，它们分设于所述罩体的两侧，一个迎向水流时，另一个刚好背向水流，所述罩体的腔体内也安装有所述水压力传感器，所述陀螺仪也安装在所述罩体的腔体内，所述陀螺仪为九轴陀螺仪，所述舵叶同样转动套装在所述中心轴上，且与所述罩体固定连接，而且所述舵叶沿着其中一组的两个所述水压力传感器之间的连线设置，所述水压力传感器、陀螺仪均与所述通信设备相连，将测得的水头相关参数的原始数据通过所述通信模块发送出去。3.根据权利要求2所述的装置，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李红中，黄湛军，梁立农，王强，龙云凤，陈玉琴，刘祥兴，叶声远，张修杰，邓超文，李水清，
申请(专利权)人：广东省交通规划设计研究院股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44