一种河道流速测定系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种河道流速测定系统及方法，包括桁架、丝杠螺母结构、计算机，丝杠螺母结构包括固定在水平架的下方的导轨、间隔设置在导轨下方的丝杠、滑块滑块上设置有与导轨滑动适配的凸块；第一驱动装置固定在桁架上，第一驱动装置与丝杠螺母结构传动连接，水下流速测量单元包括流速仪、液位传感器、接近传感器、水下通讯模块、水上通讯模块；水下流速测量单元与丝杠螺母结构对应设置；桁架上固定有第二驱动装置，还包括卷筒，卷筒与第二驱动装置传动连接，卷筒上缠绕有柔性绳，流速仪固定在柔性绳一端；水面流速测量单元包括摄像机以及投放在水面上的浮标，摄像机与计算机信号连接，能够了解河道在河道宽度方向及河道深度方向具体流速情况。

【技术实现步骤摘要】
一种河道流速测定系统及方法
本专利技术属于河道流量监测
，尤其涉及一种河道流速测定系统及方法。
技术介绍
我国幅员辽阔、河流众多，准确了解河流的各项数据判断河流的旱涝期而采取相应的预备措施，对于百姓的生产生活具有重要意义。水文监测信息对预防治理洪涝和水旱灾害以及水资源调控具有重要作用。而流速测量是水文监测的重要工作之一，目前常用的河水流速测量方法主要分为以下三类。第一类是传统的流速仪测量法，其主要原理是通过水流带动旋桨转动，记录旋桨转速，通过一定的映射关系可算出流速，该方法使用时当水质突变，含沙量变大时误差会变大，且水中漂浮物会影响其结果甚至损毁旋桨的问题。第二类是通过声学多普勒效应来测量流速，主要用于测量船，测量起来也比较繁琐。第三类是基于视频处理与浮标结合的水流流速测量方法，视频中浮标的运动轨迹结合摄像机标定来计算水流速度。这种方法视频往往是通过无人机进行拍摄，而无人机的拍摄视频的稳定性较差，且受环境影响较大，导致河道流速测量结果准确性较差。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种河道流速测定系统，以解决现有技术中河道流速测量结果较差的问题，本专利技术还提供了一种河道流速测定方法。为实现上述目的，本专利技术的一种河道流速测定系统所采用的技术方案是：一种河道流速测定系统，包括：桁架：架设在河流上方，桁架包括沿河流宽度方向延伸设置的水平架、垂直设置在水平架左右两侧的支撑立柱；丝杠螺母结构：至少设置有两组，丝杠螺母结构包括固定在水平架的下方的导轨、间隔设置在导轨下方的丝杠、滑块，滑块上开设有与丝杠螺纹适配的螺纹孔，滑块上设置有与导轨滑动适配的凸块；计算机；第一驱动装置：固定在桁架上，第一驱动装置与丝杠螺母结构传动连接，第一驱动装置与计算机控制连接；水下流速测量单元：包括流速仪、液位传感器、接近传感器、水下通讯模块、水上通讯模块；流速仪、液位传感器、接近传感器的输出端分别与水下通讯模块的输入端连接，水下通讯模块的输出端与水上通讯模块的输入端相连，水上通讯模块的输出端与计算机信号连接；水下流速测量单元与一组丝杠螺母结构对应设置；第二驱动装置：固定在桁架上；卷筒：与第二驱动装置传动连接，卷筒上缠绕有柔性绳，流速仪固定在柔性绳远离卷筒一端；水面流速测量单元：包括摄像机以及投放在水面上的浮标，摄像机与计算机信号连接；水面流速测量单元与一组丝杠螺母结构对应设置且摄像机相对固定在滑块上。有益效果：本专利技术的河道流速测定系统包括水下流速测量单元和水面流速测量单元，不仅能够进行水面流速进行测量而且还能够对水下流速进行测量，从而更加清楚的了解河道在河道宽度方向以及河道深度方向的具体流速情况，对河道流速具有更加全方位的了解；另外，本专利技术在河道宽度方向上架设有桁架，用于测量水面流速的摄像机相对于桁架固定设置，避免摄像机受天气（如雨天、刮风）的影响出现拍摄画面不稳定的情况，保证摄像机在拍摄时具有足够的稳定性；不仅如此，桁架的设置对于水下流速的检测也有一定帮助，也即方便实现水下流速测量单元在河道宽度方向上的调节。进一步的，所述第一驱动装置包括与丝杠螺母结构对应设置的第一驱动电机，第一驱动电机与丝杠之间设置有传动带，传动带的侧端设置有传动轮，第一驱动电机与传动轮传动连接，传动带的内侧设置内啮合齿，丝杠的一端设置有同步传动检测机构，同步传动检测机构包括同步轮、设置在同步轮径向外侧的齿圈，齿圈与传动带的内啮合齿啮合传动。有益效果：在第一驱动装置与丝杠之间设置传动带，从而能够对第一驱动装置输出轴的转速降速后传递至丝杠上。进一步的，所述同步传动检测机构还包括与计算机控制连接的光电传感器，所述同步轮的侧表面均布有透光孔，光电传感器的中轴线和透光孔的中轴线相互垂直。有益效果：能够通过广电传感器检测同步轮的转动圈数，从而能够在计算机中通过特定算法计算得出丝杠的旋转圈数，方便得知滑块在丝杠上移动的距离，更加准确的实现摄像机以及水下流速测量单元中的流速仪在丝杠上的位置调节。所述丝杠螺母结构设置有五组，第一组丝杠螺母结构对应水面流速测量单元设置，第一组丝杠螺母结构的滑块与摄像机固定连接；另外四组丝杠螺母结构对应水下流速测量单元设置，与水下流速测量单元对应的丝杠螺母结构的滑块下方设置有定滑轮，所述柔性绳绕过定滑轮。有益效果：第一，将四组丝杠螺母结构分别与四组水下流速测量单元对应设置，通过丝杠螺母结构调节水下流速单元在河道宽度方向的间隔，使四组水下流速单元分别在河道宽度方向的不同位置监测河道同一深度的水流速度，监测效率较高；第二，在水下流速单元对应的丝杠螺母结构的滑块下方设置定滑轮，从而方便柔性绳绕过定滑轮实现柔性绳的换向。所述第一驱动装置与第二驱动装置分置在水平架的左右两侧。有益效果：使丝杠螺母结构的驱动装置与柔性绳卷绕的驱动装置分开设置，避免动力输出相互干扰，方便结构布置。所述水下流速测量单元还包括安装块，所述流速仪通过安装块与柔性绳固定连接，流速仪安装在安装块的前端，液位传感器安装在安装块的顶部，接近传感器安装在安装块的底部，流速仪用于采集水下流速数据，液位传感器用于检测水下流速测量单元是否完全沉入水中并决定流速仪的工作状态，接近传感器用于检测水下流速测量单元是否到达河底。有益效果：将流速仪、液位传感器、接近传感器分别设置在安装块上，这样，能够通过对安装块的吊装控制，实现流速仪、液位传感器、接近传感器的同步移动，方便液位传感器、接近传感器对流速仪进入水面时间、接近水底时间进行检测，然后将相关信号传递给计算机，使计算机更加精准的控制流速仪的工作启停。所述柔性绳设置有刻度标志。有益效果：方便观察流速仪相对于水平架的下降高度。在桁架的上游设置有上浮标流断面，在桁架的下游设置有下浮标流断面，在上浮标流断面以及下浮标流断面处分别设置一个红外激光笔，红外激光笔架设角度满足红外激光笔发出的激光束与两侧河岸垂直。有益效果：在进行水面流速测量时，保证浮标能够从同一流断面开始漂流，同时保证浮标从同一流断面结束漂流，在摄像机拍摄的视频中能够清楚的判断浮标在上浮标流断面的具体时间以及浮标在下浮标流断面的具体时间，时漂浮历时时长更加精准，也能够精准的测量出上浮标流断面与下浮标流断面之间的距离。为实现上述目的，本专利技术的一种河道流速测定方法所采用的技术方案是：一种河道流速测定方法，包括水面流速监测步骤和水下流速检测步骤，水面流速检测的具体步骤如下：S1：调整摄像机在水平架延伸方向上的位置，使摄像机位于河道宽度方向的中间；S2：投放浮标：根据水面宽度确定需要的浮标数量，从上浮标流断面按照间隔均匀距离向河道中连续投放若干个浮标，要求每个浮标位置都能投到摄像机的镜头视野之内；S3：摄像机从浮标在上浮标流断面准备漂浮开始进行连续拍摄，直至全部浮标漂浮至下浮标流断面后结束拍摄；S4：将计算机中有效的浮标图片打印，以备分析；S本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种河道流速测定系统，其特征是，包括：/n桁架：架设在河流上方，桁架包括沿河流宽度方向延伸设置的水平架、垂直设置在水平架左右两侧的支撑立柱；/n丝杠螺母结构：至少设置有两组，丝杠螺母结构包括固定在水平架的下方的导轨、间隔设置在导轨下方的丝杠、滑块，滑块上开设有与丝杠螺纹适配的螺纹孔，滑块上设置有与导轨滑动适配的凸块；/n计算机；/n第一驱动装置：固定在桁架上，第一驱动装置与丝杠螺母结构传动连接，第一驱动装置与计算机控制连接；/n水下流速测量单元：包括流速仪、液位传感器、接近传感器、水下通讯模块、水上通讯模块；流速仪、液位传感器、接近传感器的输出端分别与水下通讯模块的输入端连接，水下通讯模块的输出端与水上通讯模块的输入端相连，水上通讯模块的输出端与计算机信号连接；/n水下流速测量单元与一组丝杠螺母结构对应设置；/n第二驱动装置：固定在桁架上；/n卷筒：与第二驱动装置传动连接，卷筒上缠绕有柔性绳，流速仪固定在柔性绳远离卷筒一端；/n水面流速测量单元：包括摄像机以及投放在水面上的浮标，摄像机与计算机信号连接；/n水面流速测量单元与一组丝杠螺母结构对应设置且摄像机相对固定在滑块上。/n

【技术特征摘要】
1.一种河道流速测定系统，其特征是，包括：
桁架：架设在河流上方，桁架包括沿河流宽度方向延伸设置的水平架、垂直设置在水平架左右两侧的支撑立柱；
丝杠螺母结构：至少设置有两组，丝杠螺母结构包括固定在水平架的下方的导轨、间隔设置在导轨下方的丝杠、滑块，滑块上开设有与丝杠螺纹适配的螺纹孔，滑块上设置有与导轨滑动适配的凸块；
计算机；
第一驱动装置：固定在桁架上，第一驱动装置与丝杠螺母结构传动连接，第一驱动装置与计算机控制连接；
水下流速测量单元：包括流速仪、液位传感器、接近传感器、水下通讯模块、水上通讯模块；流速仪、液位传感器、接近传感器的输出端分别与水下通讯模块的输入端连接，水下通讯模块的输出端与水上通讯模块的输入端相连，水上通讯模块的输出端与计算机信号连接；
水下流速测量单元与一组丝杠螺母结构对应设置；
第二驱动装置：固定在桁架上；
卷筒：与第二驱动装置传动连接，卷筒上缠绕有柔性绳，流速仪固定在柔性绳远离卷筒一端；
水面流速测量单元：包括摄像机以及投放在水面上的浮标，摄像机与计算机信号连接；
水面流速测量单元与一组丝杠螺母结构对应设置且摄像机相对固定在滑块上。


2.根据权利要求1所述的一种河道流速测定系统，其特征是，所述第一驱动装置包括与丝杠螺母结构对应设置的第一驱动电机，第一驱动电机与丝杠之间设置有传动带，传动带的侧端设置有传动轮，第一驱动电机与传动轮传动连接，传动带的内侧设置内啮合齿，丝杠的一端设置有同步传动检测机构，同步传动检测机构包括同步轮、设置在同步轮径向外侧的齿圈，齿圈与传动带的内啮合齿啮合传动。


3.根据权利要求2所述的一种河道流速测定系统，其特征是，所述同步传动检测机构还包括与计算机控制连接的光电传感器，所述同步轮的侧表面均布有透光孔，光电传感器的中轴线和透光孔的中轴线相互垂直。


4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种河道流速测定系统，其特征是，所述丝杠螺母结构设置有五组，第一组丝杠螺母结构对应水面流速测量单元设置，第一组丝杠螺母结构的滑块与摄像机固定连接；另外四组丝杠螺母结构对应水下流速测量单元设置，与水下流速测量单元对应的丝杠螺母结构的滑块下方设置有定滑轮，所述柔性绳绕过定滑轮。


5.根据权利要求1-3中任一项所述的一种河道流速测定系统，其特征是，所述第一驱动装置与第二驱动装置分置在水平架的左右两侧。


6.根据权利要求1-3中任一...

【专利技术属性】
技术研发人员：李庆飞，郑刚，薛小吉，胡心乾，韦昊，任文龙，陈琛，徐松峰，方立，王雨，冯兴，
申请(专利权)人：河南安宏信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41