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一種河道流冰疏密度自動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置及方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種河道流冰疏密度自動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置及方法，監(jiān)測(cè)裝置包括遙測(cè)終端，遙測(cè)終端與云臺(tái)、激光測(cè)距儀、水位計(jì)、無(wú)線通信模塊連接；激光測(cè)距儀安裝在云臺(tái)上；蓄電池通過(guò)充電控制器與太陽(yáng)能板連接；蓄電池為遙測(cè)終端、云臺(tái)提供工作電源；將所述監(jiān)測(cè)裝置水位計(jì)以外的部分安裝在測(cè)驗(yàn)斷面對(duì)應(yīng)的防洪堤上測(cè)量流冰疏密度。本發(fā)明的監(jiān)測(cè)裝置能夠自動(dòng)監(jiān)測(cè)河道流冰疏密度，無(wú)需人工參與，且測(cè)量不受光線影響，白天夜晚均能實(shí)現(xiàn)連續(xù)在線測(cè)量；本發(fā)明的方法相對(duì)現(xiàn)有方法測(cè)量精度高，容易實(shí)現(xiàn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】-種河道流冰疏密度自動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種河道流冰疏密度自動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置及方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 河道流冰疏密度是指測(cè)驗(yàn)河段內(nèi)，冰塊與冰花的平面面積與敞露水面面積的比 值。河流冰情現(xiàn)象是北方河流的重要特征，冰凌觀測(cè)是為了掌握河流結(jié)冰情況，了解冰凌的 變化規(guī)律，為探索和分析冰期水文現(xiàn)象及規(guī)律提供必要的資料。為水利工程建設(shè)，交通運(yùn)輸 等國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展服務(wù)。
[0003] 北方河流在封凍前、解凍期均有大量流冰形成，冰流量測(cè)驗(yàn)的目的是了解河流中 流冰的數(shù)量，并計(jì)算冰總量。
[0004] 疏密度的測(cè)量是冰流量測(cè)驗(yàn)中的一項(xiàng)重要而經(jīng)常的工作，尤如水位和單沙一樣， 是推求冰流量的重要因素。
[0005] 測(cè)量疏密度常用的方法有目估法、統(tǒng)計(jì)法和攝影法S種。經(jīng)常觀測(cè)或簡(jiǎn)測(cè)法施測(cè) 冰流量時(shí)用目估法，精測(cè)法施測(cè)冰流量時(shí)用統(tǒng)計(jì)法，攝影法適合河寬小于150m的河流，可 用于經(jīng)常觀測(cè)或施測(cè)冰流量。
[0006] 使用目測(cè)法時(shí)，當(dāng)全河面各部分流冰疏密度相差很大時(shí)，應(yīng)目估各部分的疏密度 和部分寬，用加權(quán)平均法計(jì)算斷面平均疏密度。
[0007] 使用統(tǒng)計(jì)法時(shí)，應(yīng)先測(cè)定斷面上各垂線的疏密度，再經(jīng)過(guò)計(jì)算，求出斷面平均疏密 度。垂線疏密度可用經(jīng)紳儀施測(cè)，或用垂索目測(cè)。
[000引使用攝影法時(shí)，照相機(jī)距水面高度應(yīng)不小于和寬帶的1/10。拍攝時(shí)，應(yīng)將河面流冰 情況及上、中、下各斷面的標(biāo)志拍攝下來(lái)。計(jì)算疏密度時(shí)，應(yīng)進(jìn)行投影校正。
[0009] 上述疏密度測(cè)量方法需要依靠觀測(cè)人員全程參與估計(jì)、判斷，隨意性很大，且必須 具有充足的光線便于人眼觀看，在夜晚幾乎不可能完成測(cè)量，在白天也很難實(shí)現(xiàn)連續(xù)在線 監(jiān)測(cè)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種河道流冰疏 密度自動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置及方法。
[0011] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是；一種河道流冰疏密度自動(dòng)監(jiān) 測(cè)裝置，包括： 激光測(cè)距儀；用于測(cè)量激光測(cè)距儀探頭至測(cè)驗(yàn)點(diǎn)的距離；所述測(cè)驗(yàn)點(diǎn)位于與河道水流 方向垂直的測(cè)驗(yàn)斷面上； 水位計(jì)；設(shè)置在河道岸邊水位測(cè)井內(nèi)（浮子式）或河道水下(壓力式)，用于測(cè)量河道水 位，并將河道水位數(shù)據(jù)傳送給遙測(cè)終端；浮子式水位計(jì)設(shè)置在河道岸邊水位測(cè)井內(nèi)，壓力式 水位計(jì)設(shè)置在河道水下； 遙測(cè)終端：用于控制激光測(cè)距儀測(cè)量激光測(cè)距儀探頭至測(cè)驗(yàn)點(diǎn)的距離，并根據(jù)水位 計(jì)測(cè)量的河道水位w及激光測(cè)距儀測(cè)量的激光測(cè)距儀探頭至測(cè)驗(yàn)點(diǎn)的距離計(jì)算流冰疏密 度； 電源模塊；用于為遙測(cè)終端提供工作電源。
[0012] 優(yōu)選地，本發(fā)明的監(jiān)測(cè)裝置還包括： 云臺(tái)；與遙測(cè)終端W及電源模塊連接，在遙測(cè)終端的控制下帶動(dòng)激光測(cè)距儀定位至不 同的測(cè)驗(yàn)點(diǎn)； 通信模塊；用于將遙測(cè)終端計(jì)算的流冰疏密度數(shù)據(jù)、河道水位、激光測(cè)距儀探頭至河道 冰面的距離發(fā)送至數(shù)據(jù)中屯、； 數(shù)據(jù)中屯、；用于接收通信模塊轉(zhuǎn)發(fā)的流冰疏密度數(shù)據(jù)、河道水位、激光測(cè)距儀探頭至河 道冰面的距離。云臺(tái)、通信模塊、數(shù)據(jù)中屯、可W使本發(fā)明的監(jiān)測(cè)裝置更加智能化。
[0013] 優(yōu)選地，所述電源模塊包括依次連接的太陽(yáng)能板、充電控制器和蓄電池；所述蓄電 池與所述遙測(cè)終端、云臺(tái)電連接，該電源模塊結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，利用太陽(yáng)能發(fā)電，節(jié)能環(huán)保。
[0014] 本發(fā)明還提供了一種利用上述監(jiān)測(cè)裝置監(jiān)測(cè)河道流冰疏密度的方法，該方法 主要過(guò)程如下：將所述監(jiān)測(cè)裝置水位計(jì)W外的部分安裝在測(cè)驗(yàn)斷面對(duì)應(yīng)的防洪堤上， 所述測(cè)驗(yàn)斷面與河道水流方向垂直；在所述測(cè)驗(yàn)斷面上取若干個(gè)測(cè)驗(yàn)點(diǎn)；對(duì)于第i個(gè) 測(cè)驗(yàn)點(diǎn)，激光測(cè)距儀在時(shí)間T內(nèi)每隔時(shí)間t測(cè)量激光測(cè)距儀探頭至該測(cè)驗(yàn)點(diǎn)的距離， 得到多組距離數(shù)據(jù)，確定該測(cè)驗(yàn)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的距離闊值化1，統(tǒng)計(jì)小于或等于距離闊值化i 的距離數(shù)據(jù)的數(shù)量N，則第i個(gè)測(cè)驗(yàn)點(diǎn)處的河道流冰疏密度為N/ (T/t);同理獲取其 余測(cè)驗(yàn)點(diǎn)處的河道流冰疏密度；其中第i個(gè)測(cè)驗(yàn)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的距離闊值化i計(jì)算公式為： if馬=(￡-巧，正為激光測(cè)距儀安裝高程；巧為測(cè)量開(kāi)始時(shí)水位計(jì)測(cè)量的河道水 位；為測(cè)量開(kāi)始時(shí)激光測(cè)距儀探頭和測(cè)驗(yàn)點(diǎn)之間連線與河道水面或冰面的夾角。
[0015] 優(yōu)選地，T=100s，t=ls，保證測(cè)量精度。
[0016] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所具有的有益效果為；本發(fā)明的監(jiān)測(cè)裝置能夠自動(dòng)監(jiān)測(cè) 河道流冰疏密度，無(wú)需人工參與，且測(cè)量不受光線影響，白天夜晚均能實(shí)現(xiàn)連續(xù)在線測(cè)量； 本發(fā)明的方法相對(duì)現(xiàn)有方法測(cè)量精度高，容易實(shí)現(xiàn)。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例自動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置結(jié)構(gòu)框圖； 圖2為本發(fā)明實(shí)施例監(jiān)測(cè)裝置安裝平面布置圖； 圖3為本發(fā)明實(shí)施例自動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置安裝側(cè)視圖； 圖4為本發(fā)明實(shí)施例方法流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[001引如圖1所示，本發(fā)明一實(shí)施例監(jiān)測(cè)裝置包括遙測(cè)終端，遙測(cè)終端與云臺(tái)、激光測(cè)距 儀、水位計(jì)、無(wú)線通信模塊連接；激光測(cè)距儀安裝在云臺(tái)上；蓄電池通過(guò)充電控制器與太陽(yáng) 能板連接；蓄電池為遙測(cè)終端、云臺(tái)提供工作電源。
[0019] 遙測(cè)終端是監(jiān)測(cè)裝置的核屯、控制部分，負(fù)責(zé)控制云臺(tái)旋轉(zhuǎn)、控制激光測(cè)距儀測(cè)量、 讀取河道水位、計(jì)算疏密度，并將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)中屯、；此外，還接受數(shù)據(jù)中屯、指令，實(shí) 現(xiàn)人工干預(yù)加密監(jiān)測(cè)。
[0020] 激光測(cè)距儀實(shí)現(xiàn)高精度的距離測(cè)量(激光測(cè)距儀探頭至河道冰面或水面的距離）； 云臺(tái)；接受"遙測(cè)終端"指令，實(shí)現(xiàn)左右、上下旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)"激光傳感器"定位至不同的測(cè) 驗(yàn)點(diǎn)； 水位計(jì)：反應(yīng)河道水位變化情況，由"遙測(cè)終端"讀取其數(shù)據(jù)； 無(wú)線通信模塊：遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信設(shè)備，將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送至"數(shù)據(jù)中屯、"，同時(shí)接受"數(shù) 據(jù)中屯、"計(jì)算機(jī)指令，完成相應(yīng)工作； 供電部分；包括太陽(yáng)能板、充電控制器、蓄電池，負(fù)責(zé)給流冰疏密度自動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置提供 電源； 數(shù)據(jù)中屯、：實(shí)時(shí)接收"遙測(cè)終端"發(fā)送的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，包括原始數(shù)據(jù)、疏密度數(shù)據(jù)，存入數(shù) 據(jù)庫(kù)。此外，還能發(fā)送指令，申請(qǐng)"遙測(cè)終端"加密疏密度監(jiān)測(cè)。
[0021] 本發(fā)明監(jiān)測(cè)方法如下：將監(jiān)測(cè)裝置水位計(jì)W外的部分安裝在測(cè)驗(yàn)斷面對(duì)應(yīng)的防洪 堤上，所述測(cè)驗(yàn)斷面與河道水流方向垂直；在所述測(cè)驗(yàn)斷面上取若干個(gè)測(cè)驗(yàn)點(diǎn)；對(duì)于第i個(gè) 測(cè)驗(yàn)點(diǎn)，激光測(cè)距儀在時(shí)間100s內(nèi)每隔時(shí)間Is測(cè)量激光測(cè)距儀探頭至該測(cè)驗(yàn)點(diǎn)的距離，得 至IJ 100組距離數(shù)據(jù)，確定該測(cè)驗(yàn)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的距離闊值化1，統(tǒng)計(jì)小于或等于距離闊值化i的距 離數(shù)據(jù)的數(shù)量N，則第i個(gè)測(cè)驗(yàn)點(diǎn)處的河道流冰疏密度為N/100 ;同理獲取其余測(cè)驗(yàn)點(diǎn)處的 河道流冰疏密度；其中第i個(gè)測(cè)驗(yàn)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的距離闊值化i計(jì)算公式為：=巧-巧巧） ，Z為激光測(cè)距儀安裝高程；巧為測(cè)量開(kāi)始時(shí)水位計(jì)測(cè)量的河道水位；巧為測(cè)量開(kāi)始時(shí)激 光測(cè)距儀探頭和測(cè)驗(yàn)點(diǎn)之間連線與河道水面或冰面的夾角。
【權(quán)利要求】
1. 一種河道流冰疏密度自動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，包括： 激光測(cè)距儀：用于測(cè)量激光測(cè)距儀探頭至測(cè)驗(yàn)點(diǎn)的距離；所述測(cè)驗(yàn)點(diǎn)位于與河道水流 方向垂直的測(cè)驗(yàn)斷面上； 水位計(jì)：設(shè)置在河道岸邊水位測(cè)井內(nèi)或河道水下，用于測(cè)量河道水位，并將河道水位數(shù) 據(jù)傳送給遙測(cè)終端； 遙測(cè)終端：用于控制激光測(cè)距儀測(cè)量激光測(cè)距儀探頭至測(cè)驗(yàn)點(diǎn)的距離，并根據(jù)水位 計(jì)測(cè)量的河道水位以及激光測(cè)距儀測(cè)量的激光測(cè)距儀探頭至測(cè)驗(yàn)點(diǎn)的距離計(jì)算流冰疏密 度； 電源模塊：用于為遙測(cè)終端提供工作電源。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的河道流冰疏密度自動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，還包括： 云臺(tái)：與遙測(cè)終端以及電源模塊連接，在遙測(cè)終端的控制下帶動(dòng)激光測(cè)距儀定位至不 同的測(cè)驗(yàn)點(diǎn)； 通信模塊：用于將遙測(cè)終端計(jì)算的流冰疏密度數(shù)據(jù)、河道水位、激光測(cè)距儀探頭至河道 冰面的距離發(fā)送至數(shù)據(jù)中心； 數(shù)據(jù)中心：用于接收通信模塊轉(zhuǎn)發(fā)的流冰疏密度數(shù)據(jù)、河道水位、激光測(cè)距儀探頭至河 道冰面的距離。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的河道流冰疏密度自動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述電源模 塊包括依次連接的太陽(yáng)能板、充電控制器和蓄電池；所述蓄電池與所述遙測(cè)終端、云臺(tái)電連 接。
4. 一種利用權(quán)利要求3所述的監(jiān)測(cè)裝置監(jiān)測(cè)河道流冰疏密度的方法，其特征在 于，該方法主要過(guò)程如下：將所述監(jiān)測(cè)裝置水位計(jì)以外的部分安裝在測(cè)驗(yàn)斷面對(duì)應(yīng)的防 洪堤上，所述測(cè)驗(yàn)斷面與河道水流方向垂直；在所述測(cè)驗(yàn)斷面上取若干個(gè)測(cè)驗(yàn)點(diǎn)；對(duì)于 第i個(gè)測(cè)驗(yàn)點(diǎn)，激光測(cè)距儀在時(shí)間T內(nèi)每隔時(shí)間t測(cè)量激光測(cè)距儀探頭至該測(cè)驗(yàn)點(diǎn)的 距離，得到多組距離數(shù)據(jù)，確定該測(cè)驗(yàn)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的距離閾值Lbi,統(tǒng)計(jì)小于或等于距離閾值 Lbi的距離數(shù)據(jù)的數(shù)量N，則第i個(gè)測(cè)驗(yàn)點(diǎn)處的河道流冰疏密度為N/ (T/t);同理獲取 其余測(cè)驗(yàn)點(diǎn)處的河道流冰疏密度；其中第i個(gè)測(cè)驗(yàn)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的距離閾值Lbi計(jì)算公式為： z為激光測(cè)距儀安裝高程；$為測(cè)量開(kāi)始時(shí)水位計(jì)測(cè)量的河道水 位；馬為測(cè)量開(kāi)始時(shí)激光測(cè)距儀探頭和測(cè)驗(yàn)點(diǎn)之間連線與河道水面或冰面的夾角。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，T=100s，t=ls。
【文檔編號(hào)】G01C13/00GK104501783SQ201510024975
【公開(kāi)日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2015年1月19日 優(yōu)先權(quán)日:2015年1月19日
【發(fā)明者】石瑞格, 曾佑聰, 張侃侃, 劉志云 申請(qǐng)人:中國(guó)電建集團(tuán)中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司