CN104949660B - 天然河流无人值守水文缆道远程自动测流方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种天然河流无人值守水文缆道远程自动测流方法及系统，其技术方案是在吊箱上安装微波发射器，在岸边控制室设置微波接收器，铅鱼、流速仪和自动除草水面测速装置监测的信号通过微波进行传输；在吊箱内安装照明灯和摄像机，照明信号、摄像机拍摄的图像信号也通过微波进行传输，岸边控制室通过微波接收器将接收到的信号通过路由器发送到局域网，中心监控室和个人信息终端通过局域网实现与该系统的信息互通。本发明集测、整、算为一体，实现了天然河流无人值守水文缆道远程自动测流目标，工作人员无需现场测流，提高了工作效率，测量结束后自动生成XX水文站测深、测速记载及流量计算表并提交保存，满足河道水流智能管理的要求。

Description

天然河流无人值守水文缆道远程自动测流方法及系统

技术领域：

本发明涉及一种天然河流流量测量方法，特别是涉及一种天然河流无人值守水文缆道远程自动测流方法及系统。

背景技术：

我国地域辽阔，南北跨度大，具有热带、亚热带和温带，气候类型复杂多样。我国水资源严重不足，只相当于世界人均拥有量的1/4；水资源分布极不均衡，受地形、季风影响严重，降水分布极不均衡。北方水源不足，南方水源有余。降水量时空变化大，降水集中在很短的雨季；水土流失严重，我国是世界上水土流失最严重的国家之一，全国水土流失面积达367万km²，占国土面积的38％。水资源污染严重，一种是自然污染，另一种是人为污染，即工业废水、城市生活污水和农业退水对水体的污染。因此水质水量的监测显得尤为重要。

目前，河道流量的监测方法普遍采用缆道和水文仪器相结合的方法，其中缆道包括主索、循环索和副拉索，行车架和铅鱼、流速仪等，行车架沿主索往返移动，铅鱼由循环索悬吊于行车架下方，通过缆道电动绞车驱动铅鱼水平、垂直方向移动。铅鱼、流速仪监测的河流水流信息，仅能传输到岸边控制室显示、存储。还不能上传到局域网或者互联网，实现与控制中心或个人信息终端互通。

现有水文缆道存在问题：1、铅鱼监测的信号传输效果不好，采用双音频信号无线网络传输，信号容易受到干扰，尤其是恶劣天气影响更大，造成监测数据不准确。2、牵引索无定位装置，受副拉索和牵引索自身重力影响，与铅鱼走位不同步，影响监测效果。3、北方河流涨水时水草、漂浮物太多，造成流速仪无法监测，或者监测效果不佳，不能达到监测河流水量变化的目的。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种容易实施、监测效果好、定位准确、快捷的天然河流无人值守水文缆道远程自动测流方法及系统。

本发明的技术方案是：

一种天然河流无人值守水文缆道远程自动测流方法，包括以下步骤：

a、在河道上架设过河主缆和副拉索，在主缆下方设置循环索，循环索一端连接吊箱，一端连接悬挂于主缆上的行车架，吊箱通过循环索与岸边控制室内的电动绞车连接，实现前、后移动和上、下移动，在副拉索上设置铅鱼自动跟踪装置，铅鱼自动跟踪装置包括行走轮和牵引电机，行走轮与副拉索相接触；

b、在吊箱内安装铅鱼和自动除草水面测速装置，铅鱼上设置有流速仪，在铅鱼自动跟踪装置和铅鱼之间连接有牵引绳，铅鱼在升降电机的作用下通过吊绳和铅鱼导向轮上下移动；自动除草水面测速装置在电动推杆机构的作用下上、下移动，在吊箱上安装微波发射器，岸边控制室安装微波接收器，铅鱼和自动除草水面测速装置监测的信号通过微波传输到控制室，再通过路由器将接收到的信号发送到局域网；

c、在吊箱内安装照明灯和摄像机，摄像机拍摄的图像信号通过微波传输到控制室，由路由器发送到局域网，中心监控室和个人信息终端通过局域网与该系统实现信息互通。

在铅鱼自动跟踪装置上设置两个行程开关，两个行程开关分别与牵引电机连接，铅鱼自动跟踪装置的固定架通过转动机构与自动跟踪杆连接，自动跟踪杆的内端位于两个行程开关之间，自动跟踪杆的外端与牵引绳连接，自动跟踪杆分别与两个行程开关接触，改变牵引电机的转动方向。

行走轮有两个，至少一个行走轮通过传动机构与牵引电机连接，在铅鱼自动跟踪装置上设置有外壳保护。

在吊箱内安装铅鱼导向轮和升降电机，升降电机通过减速机与升降线辊连接，在升降线辊上缠绕有吊绳，该吊绳的下端与铅鱼连接，吊绳从铅鱼导向轮的转动轮中穿过，带动转动轮转动，转动轮带动铅鱼导向轮的转动辊转动，转动辊上缠绕有牵引绳，该牵引绳的外端绕过铅鱼跟踪器的牵引滑轮后固定在铅鱼的前端。

自动除草水面测速装置包括壳体和叶轮，叶轮安装在叶轮轴上，叶轮轴与叶轮编码器连接，叶轮的截面为U形槽结构；吊箱上安装有铅鱼定位器，铅鱼定位器和吊箱之间设置有限位结构，吊箱内安装有信号线收放器，该信号线为铅鱼上的设备提供信号传输，吊箱内安装有蓄电池组、控制器和水面限位器，吊箱外设置有太阳能板，该太阳能板为蓄电池提供补充电源。

一种天然河流无人值守水文缆道远程自动测流系统，包括过河主缆和副拉索，在主缆下方设置循环索，循环索一端连接吊箱，一端连接悬挂于主缆上的行车架上，吊箱通过循环索与岸边控制室内的电动绞车连接，所述副拉索上安装有铅鱼自动跟踪装置，铅鱼自动跟踪装置内设置有行走轮和牵引电机，所述吊箱内安装有铅鱼和自动除草水面测速装置，该铅鱼上设置有流速仪，所述铅鱼自动跟踪装置和铅鱼之间连接有牵引绳；所述铅鱼在吊绳和升降电机的作用下能够上下移动；所述自动除草水面测速装置在电动推杆机构的作用下能够上下移动；所述吊箱上安装有微波发射器；所述岸边控制室内设置有微波接收器；所述铅鱼和自动除草水面测速装置监测的信号通过微波进行传输；所述吊箱内安装照明灯和摄像机，照明信号、摄像机拍摄的图像信号通过微波传输到岸边控制室；所述岸边控制室通过微波接收的信号由路由器发送到局域网，中心监控室和个人信息终端通过局域网与该系统实现信息互通。

所述铅鱼自动跟踪装置的固定架上分别设置有两个行程开关，两个行程开关与牵引电机连接；所述固定架通过转动机构与自动跟踪杆连接；所述自动跟踪杆的内端位于两个行程开关之间，所述自动跟踪杆的外端与牵引绳连接，所述自动跟踪杆能够分别与两个行程开关接触。

所述铅鱼自动跟踪装置内分别设置有两个行走轮，至少一个行走轮通过传动机构与牵引电机连接；所述铅鱼自动跟踪装置设置有外壳保护。

所述吊箱内设置铅鱼导向轮和升降电机，所述升降电机通过减速器与升降线辊连接；所述升降线辊上缠绕有吊绳，该吊绳的下端与铅鱼连接，所述吊绳从铅鱼导向轮的转动轮中穿过，带动转动轮转动，所述转动轮带动铅鱼导向轮的转动辊转动，所述转动辊上缠绕有牵引绳，该牵引绳的外端绕过铅鱼跟踪器的牵引滑轮后固定在铅鱼的前端。

所述自动除草水面测速装置包括壳体和叶轮，所述叶轮安装在叶轮轴上，所述叶轮轴的一端与叶轮编码器连接，所述叶轮的截面为U形槽结构，所述叶轮轴与叶轮电机连接；所述吊箱上安装有铅鱼定位器，所述铅鱼定位器和吊箱之间设置有限位装置；所述吊箱内安装有电动推杆，为自动除草水面测速装置上下移动提供动力，所述吊箱内安装有蓄电池组、控制器和水面限位器，所述吊箱外安装有太阳能板，该太阳能板为所述蓄电池提供补充电源。

本发明的有益效果是：

1、本发明集测、整、算为一体，实现了无人值守水文缆道远程自动测流的目标，工作人员无需现场测流，降低了职工劳动强度，排除了职工劳动不安全隐患，提高了工作效率，测量结束后自动生成XX水文站测深、测速记载及流量计算表提交保存，并且测量精度达到水文行业部颁标准和规范要求，各项技术指标符合有关水文测验规范、技术标准的要求。

2、本发明铅鱼、流速仪和自动除草水面测速装置监测的河流信号采用微波的方式传输给岸边控制室，并通过局域网与控制中心或个人信息终端连接、存储显示，实现信息互通。信号传输准确、快捷，提高了监测效果。另外，岸边控制室通过局域网与中心监控室连接，利用现有网络成本较低且稳定性好。

3、本发明能够建立多种数据模型，对采集数据按照有关水文测验规范、技术标准自动进行分析计算，确保数据达到水文资料整编规范要求，实现各种上报数据自动计算、填写、保存等目标要求。

4、本发明监控室操作界面集视频监控、语音提示、自动生成及修改、测量过程全程预览、各测点补测、重测、数据计算及保存、测量实时显示等功能于一体，测量功能齐全、可操作性强。

5、本发明定向牵引装置设置有两个行程开关，能够根据铅鱼的移动位置随时调整牵引电机的启闭和转向，从而使铅鱼定向跟踪器随时与铅鱼保持一致，减少监测数据的失真。

6、本发明副拉索设置有两个行走轮与副拉索相接触，稳定性好，并且至少一个行走轮与牵引电机连接，沿副拉索往返移动。

7、本发明自动除草水面测速装置设置在吊箱上，能够在有水草等漂浮物时监测河流的状况，也能在山区性河流洪水暴涨暴落时监测河流的状况，该装置通过电动推杆机构带动，升降自如，工作效率高，另外叶轮为弧形槽结构，叶轮入水后水流、水草推动叶轮运动，叶轮提出水面时水草自动脱落，测速效果好。

8、本发明吊箱内设置有铅鱼导向轮，该铅鱼导向轮与铅鱼吊绳相接触，铅鱼导向轮的转动辊上缠绕有牵引绳，铅鱼的上下移动带动转动辊转动，同时使牵引绳收起或放出，使铅鱼始终位于测流断面位置。

9、本发明设计合理、性能稳定、可靠，操作简便，并能通过网络实现远程集中测流控制，具有良好的推广使用价值，经济效益和社会效益明显。

附图说明：

图1、本发明工作原理图示意图。

图2、本发明工作结构示意图；

图3、图2中铅鱼自动跟踪装置结构示意图；

图4、图3所示铅鱼自动跟踪装置俯视图；

图5、图2中铅鱼定位器的侧视图；

图6、图2中铅鱼导向轮的侧视图。

具体实施方式：

实施例：参见图1-图6，图中，1-牵引电源线，2-自动跟踪杆，3-转动机构，4-固定架，5-自动跟踪器外壳，6-行程开关，7-行走轮，8-牵引电机，9-副拉索，10-牵引绳，11-铅鱼，12-自动除草水面测速装置，13-保护箱体，14-照明灯，15-蓄电池，16-控制器，17-电动推杆，18-吊箱，19-电源控制器，20-微波发射器，21-推杆电机，22-铅鱼定位器，23-循环索，24-铅鱼导向轮，25-升降电机，26-升降线辊，27-信号线收放器，28-水面限位器，29-铅鱼信号线，30-摄像机，31-钢塔，32-定滑轮，33-行车架，34-过河主缆，35-控制室，36-中心监控室。

水文缆道远程自动测流系统及方法，其技术方案是：

a、在河道上设置过河主缆34和副拉索9，在主缆下方设置循环索23，循环索23一端连接吊箱18，一端连接悬挂于主缆上的行车架33。在副拉索9上设置铅鱼自动跟踪装置，吊箱18通过循环索23与岸边控制室35内的电动绞车连接，实现前、后移动和上、下移动，在铅鱼自动跟踪装置内设置行走轮7和牵引电机8，行走轮7与副拉索9相接触，在铅鱼自动跟踪装置和铅鱼11之间连接有牵引绳10；

b、在吊箱18内安装铅鱼11和自动除草水面测速装置12，铅鱼11在吊绳和升降线辊26的作用下能够上下移动，自动除草水面测速装置12在电动推杆17的作用下能够上下移动，在吊箱18上安装微波发射器20，在岸边控制室35设置微波接收器，铅鱼11和自动除草水面测速装置12监测的信号通过微波传输到控制室35，再通过路由器将接收到的信号发送到局域网。

c、在吊箱18内安装照明灯14和摄像机30，照明信号和摄像机30拍摄的图像通过微波传输到岸边控制室35，由路由器发送到局域网，中心监控室36和个人信息终端通过局域网接收所有信号，与该系统实现信息互通。

在铅鱼自动跟踪装置的固定架4上设置两个行程开关6，两个行程开关6分别与牵引电机8连接，固定架4通过转动机构3与自动跟踪杆2连接，自动跟踪杆2的内端位于两个行程开关6之间，自动跟踪杆2的外端与牵引绳10连接，自动跟踪杆2分别与两个行程开关6接触，改变牵引电机8的转动方向。

在铅鱼自动跟踪装置内设置两个行走轮7，至少一个行走轮7通过传动机构与牵引电机8连接（图中两个行走轮均与牵引电机连接），在铅鱼自动跟踪装置上设置有外壳5，防止内部电器件被雨淋。

在吊箱18内设置铅鱼导向轮24和升降线辊26，升降线辊26通过蜗杆减速器与升降电机25连接，在升降线辊26上缠绕有吊绳，该吊绳的下端与铅鱼11连接，该吊绳从铅鱼导向轮24中通过，带动转动线辊转动，铅鱼导向轮24的转动辊上缠绕有牵引绳10，该牵引绳10的外端绕过铅鱼跟踪器的牵引滑轮后固定在铅鱼11的前端；当铅鱼11向下运动时，铅鱼跟踪器和铅鱼11之间的距离增大，铅鱼导向轮24转动，铅鱼导向轮24的转动辊上缠绕的牵引绳10松开，以适应铅鱼跟踪器和铅鱼11之间的距离增大。

自动除草水面测速装置12包括壳体13和叶轮，叶轮安装在叶轮轴上，叶轮轴的一端与叶轮编码器连接，叶轮的截面为U形槽结构，电机固定在保护箱体13上；吊箱18上安装有铅鱼定位器22，铅鱼定位器22和吊箱18之间设置有限位结构，保证铅鱼11安全收回，铅鱼11上升到吊箱18内腔时，铅鱼定位器22卡住铅鱼11，防止其转动，吊箱18内安装信号线收放器27，该信号线收放器27为铅鱼11提供信号传输电缆，吊箱18内安装有蓄电池组15、控制器16和水面限位器28，水面限位器28距吊箱18有一段距离，以防止吊箱18进入水中，根据需要在吊箱18外设置有太阳能板，该太阳能板为蓄电池15提供补充电源。

测量河道流量时，岸边控制室35内电动绞车、PLC控制器、交流变频器控制吊箱18沿主缆水平、垂直方向移动，吊箱18内有控制器16、升降电机25控制铅鱼上下移动，使吊箱18能够在河流的测流横断面不同垂线、同一相对位置监测水流速度；还能够在同一条垂线的不同相对位置监测水流速度，达到全断面多点位监测效果，并且监测数据能够在线显示。日常监测采用铅鱼11进行，当有水草等漂浮物或洪水涨率过快时，采用自动除草水面测速装置12进行监测。

另外铅鱼11还配有一个增量型编码器，对铅鱼11升降高度进行实时监控。在铅鱼11周围装有多个行程开关等传感器，为系统提供河底、水面、流速信号。

岸边控制室35内设置有PLC控制器、交流变频器和旋转编码器，对电动绞车等进行控制，保证系统测流时定位精确，运行平稳。吊箱18内的控制器，控制铅鱼11和自动除草水面测速装置12收放、定位，照明和视频开关，以及各种测量信号的采集、处理等。

测流过程全部由计算机操作完成，操作界面采用C#语言进行编写，画面简洁明了，操作简单、功能齐全。界面分为五个区域即：工艺模拟区、手动操作区、测量操作区、视频监视区和视频控制区。

1、工艺模拟区：直观显示河流缆道断面全景图及水流放大图，测流时动态模拟缆道断面测流全过程包括：铅鱼位置、测点位置、测点状态等，实时显示测流过程中关键数据，还可通过滑块查看起点距对应水深。

2、手动操作区：主要完成吊箱电源、视频电源及照明电源的开关操作，手动、自动切换操作，变频器高低速切换操作，吊箱的上升、下降、前进、后退操作，铅鱼的收放操作，自动除草水面测速装置的收放操作等。

3、视频监视区：界面包含三个视频监控窗口。

4、视频控制区：图像可相互切换和云台缩放，并附带云台控制，能够对整个测流过程进行全方位实时监控。

5、测量操作区：分为基本操作和扩展操作两种。基本操作主要有：填写水尺读数、水尺零点高程、施测号数、风向和风力等，手动切换全景图和水流断面放大图，自动测量开始，自动测量停止，打印XX水文站测深、测速记载及流量计算表，开启水平校准按钮校准起点距位置。

5.1、测量操作区参数设置：该设置分为上位机参数设置和下位PLC参数设置两部分，分别按功能描述完成相应参数的修改。

5.2、测量操作区测量设置：测量设置属于扩展操作功能，可自动计算左右水边，生成断面垂线、起点距、测流垂线数，自动生成对应垂线的测量方法，并可对自动生成的测量方法进行任意修改。

5.3、测量操作区实时预览：以表格形式实时监视测量数据，可以对可疑测点数据进行重测、补测等操作。测量结束后系统对测量数据进行分析计算，生成XX水文站测深、测速记载及流量计算表。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种天然河流无人值守水文缆道远程自动测流方法，包括以下步骤：

a、在河道上架设过河主缆和副拉索，在主缆下方设置循环索，循环索一端连接吊箱，一端连接悬挂于主缆上的行车架，吊箱通过循环索与岸边控制室内的电动绞车连接，实现前、后移动和上、下移动，在副拉索上设置铅鱼自动跟踪装置，铅鱼自动跟踪装置包括行走轮和牵引电机，行走轮与副拉索相接触；

b、在吊箱内安装铅鱼和自动除草水面测速装置，铅鱼上设置有流速仪，在铅鱼自动跟踪装置和铅鱼之间连接有牵引绳，铅鱼在升降电机的作用下通过吊绳和铅鱼导向轮上下移动；自动除草水面测速装置在电动推杆机构的作用下上、下移动，在吊箱上安装微波发射器，岸边控制室安装微波接收器，铅鱼和自动除草水面测速装置监测的信号通过微波传输到控制室，再通过路由器将接收到的信号发送到局域网；

c、在吊箱内安装照明灯和摄像机，摄像机拍摄的图像信号通过微波传输到控制室，由路由器发送到局域网，中心监控室和个人信息终端通过局域网实现信息互通。

2.根据权利要求1所述的天然河流无人值守水文缆道远程自动测流方法，其特征是：在铅鱼自动跟踪装置上设置两个行程开关，两个行程开关分别与牵引电机连接，铅鱼自动跟踪装置的固定架通过转动机构与自动跟踪杆连接，自动跟踪杆的内端位于两个行程开关之间，自动跟踪杆的外端与牵引绳连接，自动跟踪杆分别与两个行程开关接触，改变牵引电机的转动方向。

3.根据权利要求1所述的天然河流无人值守水文缆道远程自动测流方法，其特征是：行走轮有两个，至少一个行走轮通过传动机构与牵引电机连接，在铅鱼自动跟踪装置上设置有外壳保护。

4.根据权利要求1所述的天然河流无人值守水文缆道远程自动测流方法，其特征是：在吊箱内安装铅鱼导向轮和升降电机，升降电机通过减速机与升降线辊连接，在升降线辊上缠绕有吊绳，该吊绳的下端与铅鱼连接，吊绳从铅鱼导向轮的转动轮中穿过，带动转动轮转动，转动轮带动铅鱼导向轮的转动辊转动，转动辊上缠绕有牵引绳，该牵引绳的外端绕过铅鱼跟踪器的牵引滑轮后固定在铅鱼的前端。

5.根据权利要求1所述的天然河流无人值守水文缆道远程自动测流方法，其特征是：自动除草水面测速装置包括壳体和叶轮，叶轮安装在叶轮轴上，叶轮轴与叶轮编码器连接，叶轮的截面为U形槽结构；吊箱上安装有铅鱼定位器，铅鱼定位器和吊箱之间设置有限位结构，吊箱内安装有信号线收放器，该信号线为铅鱼上的设备提供信号传输，吊箱内安装有蓄电池组、控制器和水面限位器，吊箱外设置有太阳能板，该太阳能板为蓄电池提供补充电源。

6.一种天然河流无人值守水文缆道远程自动测流系统，包括过河主缆和副拉索，在主缆下方设置循环索，循环索一端连接吊箱，一端连接悬挂于主缆上的行车架上，吊箱通过循环索与岸边控制室内的电动绞车连接，其特征是：所述副拉索上安装有铅鱼自动跟踪装置，铅鱼自动跟踪装置内设置有行走轮和牵引电机，所述吊箱内安装有铅鱼和自动除草水面测速装置，该铅鱼上设置有流速仪，所述铅鱼自动跟踪装置和铅鱼之间连接有牵引绳；所述铅鱼在吊绳和升降电机的作用下能够上下移动；所述自动除草水面测速装置在电动推杆机构的作用下能够上下移动；所述吊箱上安装有微波发射器；所述岸边控制室内设置有微波接收器；所述铅鱼和自动除草水面测速装置监测的信号通过微波进行传输；所述吊箱内安装照明灯和摄像机，照明信号、摄像机拍摄的图像信号通过微波传输到岸边控制室；所述岸边控制室通过微波接收的信号由路由器发送到局域网，中心监控室和个人信息终端通过局域网与该系统实现信息互通。

7.根据权利要求6所述的天然河流无人值守水文缆道远程自动测流系统，其特征是：所述铅鱼自动跟踪装置的固定架上分别设置有两个行程开关，两个行程开关与牵引电机连接；所述固定架通过转动机构与自动跟踪杆连接；所述自动跟踪杆的内端位于两个行程开关之间，所述自动跟踪杆的外端与牵引绳连接，所述自动跟踪杆能够分别与两个行程开关接触。

8.根据权利要求6所述的天然河流无人值守水文缆道远程自动测流系统，其特征是：所述铅鱼自动跟踪装置内分别设置有两个行走轮，至少一个行走轮通过传动机构与牵引电机连接；所述铅鱼自动跟踪装置设置有外壳保护。

9.根据权利要求6所述的天然河流无人值守水文缆道远程自动测流系统，其特征是：所述吊箱内设置铅鱼导向轮和升降电机，所述升降电机通过减速器与升降线辊连接；所述升降线辊上缠绕有吊绳，该吊绳的下端与铅鱼连接，所述吊绳从铅鱼导向轮的转动轮中穿过，带动转动轮转动，所述转动轮带动铅鱼导向轮的转动辊转动，所述转动辊上缠绕有牵引绳，该牵引绳的外端绕过铅鱼跟踪器的牵引滑轮后固定在铅鱼的前端。

10.根据权利要求6所述的天然河流无人值守水文缆道远程自动测流系统，其特征是：所述自动除草水面测速装置包括壳体和叶轮，所述叶轮安装在叶轮轴上，所述叶轮轴的一端与叶轮编码器连接，所述叶轮的截面为U形槽结构，所述叶轮轴与叶轮电机连接；所述吊箱上安装有铅鱼定位器，所述铅鱼定位器和吊箱之间设置有限位装置；所述吊箱内安装有电动推杆，为自动除草水面测速装置上下移动提供动力，所述吊箱内安装有蓄电池组、控制器和水面限位器，所述吊箱外安装有太阳能板，该太阳能板为所述蓄电池提供补充电源。