一种用于自动监测河底淤泥的淤积状态的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于自动监测河底淤泥的淤积状态的方法，其通过布置在河流中的至少一个浮标来实施，其中浮标包括浮标主体、锚和锚系装置，浮标主体通过锚、锚系装置固定在河流的特定位置处，所述锚系装置包括锚绳和连接杆，其中锚绳采用纤维材料制成，连接杆为刚性结构；在所述浮标主体中还设置有锚绳角度测量装置，在浮标主体的底部设置有超声波测距仪，相对于浮标主体底部以一定倾斜角度朝向河底发射超声波，用于测量浮标主体距离河底的深度；通过测得的锚绳角度以及水深数据建立历史数据，从而能够利用既有的浮标实现对河流中淤泥的淤积情况进行实时地监控，能够及时地获取河底的淤积状况并能准确给出提示、警示信息。警示信息。警示信息。

【技术实现步骤摘要】
一种用于自动监测河底淤泥的淤积状态的方法


[0001]本专利技术涉及河道治理领域，尤其涉及一种用于自动监测河底淤泥的淤积状态的方法。

技术介绍

[0002]航标是指指示航道方向、界限与碍航物的标志，是帮助引导船舶航行、定位和标示碍航物与表示警告的人工标志，为各种水上活动提供安全信息的设施或系统，用于标示航道、锚地、滩险及其他碍航物的位置，表示水深、风情，指挥狭窄水道的交通。
[0003]对于设置在内河中的浮标，其用于指示航道以及河道中的险滩或者障碍物。而不管是天然的河道还是人工挖凿的运河，都在作为市政、乡村的排放通道。其中，市政排水管道作为收集和输送城市污水、雨水的重要基础设施，是城市重要的排放系统，是保障城市安全健康运行的基础。而当前我国乡村以及城市地表卫生状况较差，暴雨或者日常市政维护时，地表的垃圾或者废弃物会随着地表径流冲刷进入到河流中，而这些垃圾或废弃物会在河流的河道中形成淤泥，淤积在河流的河底，这严重影响了河流的通航，这些淤泥还会对河流的水质造成不健康的影响，因而，监控河底淤泥的状况成为目前河道治理中的一项非常重要的工作。
[0004]目前对于淤泥淤积厚度的监测，通常采用人工使用机械测量杆，来测量河底淤泥的厚度。这样的测量方式，需要耗费很大的人力、物理，同时也不能够对淤泥的淤积状况进行实时地、自动地监控，并且在人工操作的过程中，还容易出现人员人身伤害、溺水等事故。同时，由于中国的广大河流是位于亚热带或者温带气候区域，通常在夏季的降雨量要大于冬季的降雨量，这就造成夏季的地表径流要大于冬季的地表径流，由此带来的结果是在夏季时河流的流量大、水位深同时携带的淤泥量较大但是同时大的流量也会对河底淤泥的冲刷效果较强；而在冬季河流的流量小、水深浅同时携带的淤泥量较小且较小的流量对河底淤泥的冲刷效果较弱，同时，在同一段河道或者航道，由于沿途加入的地面径流情况不同，河道或者航道不同的位置处的淤泥淤积情况也不同，也就是说，河底淤积的淤泥受到很多的因素的影响，实时地关注淤泥的状况对于河流的治理具有很大的有益效果。因而，对于淤泥的淤积状况的监测，迫切需要一种能够实时、自动且高效的监测方式。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提出一种用于自动监测河底淤泥的淤积状态的方法，该方法通过设置在河流中的至少一个浮标来实施，其中每个浮标包括浮标主体、锚和锚系装置，锚通过其锚爪穿过淤泥层插入到河底的坚实层，锚系装置的一端连接到锚，而另一端连接浮标主体，由此将浮标主体通过锚、锚系装置固定在河流的特定位置处；所述锚系装置包括锚绳和连接杆，锚绳的一端与锚连接，锚绳的另一端与连接杆的一端连接，连接杆的另一端与浮标主体连接，其中锚绳采用纤维材料制成，连接杆为刚性结构；在所述浮标主体中还设置有锚绳角度测量装置，该锚绳角度测量装置包括测量轴和枢转体，所述锚绳角度
测量装置用于测量枢转体与测量轴在周向方向上的相对转动角度，其中测量轴与固定于浮标主体的基座固定地连接，枢转体与连接杆固定地连接； 在浮标主体的底部设置有超声波测距仪，相对于浮标主体底部以一定倾斜角度朝向河底发射超声波，用于测量浮标主体距离河底的深度；所述基座上还设置有陀螺仪，用以测量所述基座的倾斜角度；所述浮标还包括控制器，所述控制器包括处理模块和存储模块，所述超声波测距仪、锚绳角度测量装置、陀螺仪能够将数据发送至处理模块，所述存储模块储存有多条历史记录；所述方法包括以下步骤：步骤1、控制器向超声波测距仪发出指令，或者控制器接收上位机的指令然后向超声波测距仪发出指令，来调整超声波测距仪的发射角度，控制超声波测距仪发出超声波，控制器获取超声波测距仪的输出数据；步骤2、控制器获取此时锚绳角度测量装置的输出数据；步骤3、控制器获取陀螺仪的输出数据；步骤4、控制器计算本次测量所对准位置处的淤泥深度；步骤5、控制器将本次测量的测量时间、所获取的超声波测距仪的角度以及距离数据、锚绳角度测量装置的输出数据、锚绳与水平面的角度、陀螺仪的输出数据、计算得到的淤泥深度作为一条历史记录储存在存储模块中。
[0006]进一步地，如果是该浮标的首次测量，那么在所述步骤1之前，对该浮标的控制器、超声波测距仪、锚绳角度测量装置、陀螺仪进行初始化。
[0007]进一步地，所述步骤1中，所述调整超声波测距仪的发射角度是由控制器向与超声波测距仪传动连接的步进电机发送PWM信号来完成的。
[0008]进一步地，其中，步进电机通过齿轮或滚珠丝杠与超声波测距仪传动地连接，用以驱动超声波测距仪转动。
[0009]进一步地，所述步骤4中，淤泥深度d的计算公式为d= D
‑
H= L*sin(90
°‑
x
‑
m)
‑ꢀ
h*sin(90
°‑
m
‑
n)；其中，D为水面距离河床的坚实层的垂直高度，H为水面距离淤泥的垂直高度，L为锚绳的长度，x为锚绳角度测量装置测得的角度数据，m为陀螺仪测得的角度数据，h为超声波测距仪测得的浮标到测量目标的距离，n为超声波测距仪的发射角度。
[0010]进一步地，所述浮标还包括通讯装置，控制器连接至该通讯装置，控制器能够通过GSM网络与上位机进行双向通信，所述方法还包括：步骤6、控制器将储存在存储模块中的历史数据以及本浮标的识别信息发送至上位机。
[0011]进一步地，所述方法还包括：步骤7、所述上位机对获得的历史数据进行分析，以锚绳与水平面的角度为基准，对所述的历史记录进行分组，锚绳与水平面的角度相同的历史记录分入同一组中，以测量时间的顺序对每组的历史记录进行排序。
[0012]进一步地，所述步骤7中还包括，对应于锚绳与水平面的角度的每组历史记录，设置一个对应地阈值，基于排序后的每组历史记录，当出现淤泥深度超过阈值时，上位机发出警告信息。
[0013]进一步地，所述警告信息包括浮标的位置、锚绳与水平面的角度、测量时间、淤泥深度以及清淤提醒。
[0014]实施本专利技术，具有如下有益效果：通过使用本专利技术的方法，使得能够在河流中既有
的浮标能够对其所在位置处的河底淤泥的淤积情况进行实时地测量，并形成历史数据，通过对获得的数据进行分析，能够实时地获取该所在位置处的河底淤泥的淤积情况，准确、及时地了解淤积的变化，既能够应对日常的测量任务，同时也能够对于突发出现的大量淤积物堆积的情况及时地给出警告，能够大大地减少传统方式中测量河道淤泥深度付出的大量人力以及物力，大大地便利了河道的管理和清淤工作，提高了及时性和效率。
附图说明
[0015]为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
[0016]图1是本专利技术的浮标的工作示意图。
[0017]图2是本专利技术的浮标的锚绳角度测量装置的结构示意图。
[001本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于自动监测河底淤泥的淤积状态的方法，该方法通过设置在河流中的至少一个浮标来实施，其中每个浮标包括浮标主体、锚和锚系装置，锚通过其锚爪穿过淤泥层插入到河底的坚实层，锚系装置的一端连接到锚，而另一端连接浮标主体，由此将浮标主体通过锚、锚系装置固定在河流的特定位置处；所述锚系装置包括锚绳和连接杆，锚绳的一端与锚连接，锚绳的另一端与连接杆的一端连接，连接杆的另一端与浮标主体连接，其中锚绳采用纤维材料制成，连接杆为刚性结构；在所述浮标主体中还设置有锚绳角度测量装置，该锚绳角度测量装置包括测量轴和枢转体，所述锚绳角度测量装置用于测量枢转体与测量轴在周向方向上的相对转动角度，其中测量轴与固定于浮标主体的基座固定地连接，枢转体与连接杆固定地连接； 在浮标主体的底部设置有超声波测距仪，相对于浮标主体底部以一定倾斜角度朝向河底发射超声波，用于测量浮标主体距离河底的深度；所述基座上还设置有陀螺仪，用以测量所述基座的倾斜角度；所述浮标还包括控制器，所述控制器包括处理模块和存储模块，所述超声波测距仪、锚绳角度测量装置、陀螺仪能够将数据发送至处理模块，所述存储模块储存有多条历史记录；所述方法包括以下步骤：步骤1、控制器向超声波测距仪发出指令，或者控制器接收上位机的指令然后向超声波测距仪发出指令，来调整超声波测距仪的发射角度，控制超声波测距仪发出超声波，控制器获取超声波测距仪的输出数据；步骤2、控制器获取此时锚绳角度测量装置的输出数据；步骤3、控制器获取陀螺仪的输出数据；步骤4、控制器计算本次测量所对准位置处的淤泥深度；步骤5、控制器将本次测量的测量时间、所获取的超声波测距仪的角度以及距离数据、锚绳角度测量装置的输出数据、锚绳与水平面的角度、陀螺仪的输出数据、计算得到的淤泥深度作为一条历史记录储存在存储模块中。2.根据权利要求1所述的用于自动监测河底淤泥的淤积状态的方法，其特征在于，如果是该浮标的首次测量，那么在所述步骤1之前，对该浮标的控制器、超声波测距仪、锚绳角度测量装置、陀螺仪进行初始化。3.根据权利要求1所述的用于自动监测河底淤泥的淤积状态的方法，其特征在于，所述步骤1...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱爱平，
申请(专利权)人：邱爱平，
类型：发明
国别省市：