CN107218924A - 一种中小型河流断面测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中小型河流断面测量装置及方法，基座设有T型滑槽，卡座可在滑槽中水平滑动，能根据需要自由地测量河流断面宽度，智能定位传感器能够测得水上部分河槽边坡及水面高程，超声波测深仪传感器置于水面则可测得水面各点的水深，可以沿任意测深垂线进行测深作业，操作简单、便于携带、能兼顾岸上部分及水下部分监测，既能依照断面测量标准进行施测，也能根据河道实际情况进行增测，使所测断面形状更加准确。

Description

一种中小型河流断面测量装置及方法

技术领域

本发明属于水文测量领域，具体地说，涉及一种中小型河流断面测量装置及方法。

背景技术

河道断面是指河槽中某处垂直于流向的断面，它的下界为河底，两侧为河槽边坡，河道断面测量是流量测验工作的重要组成部分。河道断面数据不仅能为部署测流方案提供依据，还是研究河床演变规律、航道或河道整治必不可少的数据基础。

我国中小型河流众多，但基础水文监测资料短缺，一定程度上阻碍了中小型河流防洪减灾工作及科学研究工作开展。河流断面测量技术作为水文测验中重要一环，对于中小型河流测绘而言显得尤为重要。

河道断面测量包括水上部分断面形状测量和水下断面测量两部分。目前针对中小型河流断面水上部分一般采用航空摄影测量或平板仪测量施测，而水下部分断面测量主要有：悬索测深、人工垂向测量(测深杆、测深锤测深)、船载声呐测深仪测量、无人船测深法等。传统断面测量只能分步完成测量，不能同时兼顾水上、水下部分的测量，并且基于传统施测存在着诸多不足，例如：人工垂向测量与船载声呐测深仪测量需要由船只搭载测试人员进行测深作业，不仅耗时耗力并且由于水流、波浪和风的作用使船只无法按直线或接近直线的航迹行驶从而导致测量的数据不在断面线上；航空摄影测量、无人船测深法及平板仪测量等需要测量人员熟练掌握无人机、无人船、平板仪的用法，操作难度较大；工垂向测量、悬索测深需要将测深装置置于水下，而水流的运动会使悬挂测深装置的绳索偏移从而产生测量误差；悬索测深一般是利用安装在缆索上测深铅鱼进行测量，该只能针对某一固定断面进行测量。因此迫切需要一种操作简单的便携式流断面测量装置，用于中小型河流断面测量。

有鉴于此特提出本发明。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种中小型河流断面测量装置及方法，操作简单、便于携带、能兼顾岸上部分及水下部分监测。

为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：

一种中小型河流断面测量装置，包括基座、测绘钢卷尺、垂直测量装置，所述基座至少为一个，所述基座为空心类管状结构，所述基座设有T型滑槽，所述测绘钢卷尺包括钢尺、钢尺收放器、空心圆柱形卡座，所述卡座垂直钢尺面向外延伸形成，所述卡座设置在钢尺的前端部，并用以与T型滑槽配合，所述卡座设有与卡座同轴轴向贯穿卡座的套孔，套孔与钢尺原点重合，所述垂直测量装置包括智能定位仪传感器、超声波测深仪传感器、探测仪手持仪表、可穿过套孔的固定绳及数据线，所述智能定位仪传感器和超声波测深仪传感器通过数据线、固定绳与探测仪手持仪表连接。

进一步地，所述基座的横截面为矩形框，矩形框截面的底面中部开设槽口，槽口与矩形框内孔形成T型滑槽。

进一步地，所述钢尺的宽度略小于矩形框的底面宽度，所述槽口的宽度略大于卡座的直径。

进一步地，所述基座的轴向两端分别设有固定接头、固定接口，固定接头能与固定接口配合连接。

进一步地，所述基座由透明刚性材料制成。

进一步地，所述卡座设有利于固定数据线和固定绳收放的滚动装置，所述滚动装置设置在套孔一端口处。

进一步地，所述数据线和固定绳两端分别设有可拆卸的连接端口，连接端口与智能定位仪传感器、超声波测深仪传感器、探测仪手持仪表螺纹连接。

一种利用上述中小型河流断面测量装置的测量方法，包括以下步骤：

步骤S1，根据待测河流深度、宽度资料拟定测量垂线布设方案，确定测绘尺基座的长度或段数，确保基座长度不小于河宽；

步骤S2，将测绘钢卷尺、垂直测深装置与基座组合拼装成断面测量装置；

步骤S3，将断面测量装置横跨河流的待测面，测绘钢卷尺的刻度原点与待测面的初始测量端重合，读取测绘钢卷尺的刻度L，L即为河流的待测面宽度；

步骤S4，拉动测绘钢卷尺使其刻度原点置于第各测深垂线上，测量水上部分时开启智能定位传感器并使智能定位传感器接触河床，可测得水上部分河床各点的高程，测量水上部分时需同时开启智能定位传感器与超声波测深仪传感器并将传感器置于水面，可测得水面高程与水深；

步骤S5，对应各测深垂线，读取测绘钢卷及探测仪手持仪表的数据，其中，横向测绘钢卷尺读数l₁，l₂，l₃…，智能定位传感器测得的水上部分高程数据H₁，H₂，H₃…，超声波测深仪传感器测得的水深数据h₁，h₂，h₃...，以及水面高程H₀；

步骤S6，利用公式计算出河流各测深垂线的对应宽度x、对应深度z，其中公式为，

水上部分：水下部分：

采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果。

本发明的基座下端设有沿基座长度方向上延伸的T型滑槽，卡座卡接于基座上的滑槽内，可在滑槽中水平滑动，钢尺置于钢尺收放器内并伸出钢尺收放器，钢尺的伸出部分固设在卡座的上端，基座前端设有固定接头，后端设有固定接口，测量时可根据河流宽度进行拼接，能根据需要自由地测量河流断面宽度。

本发明的基座由透明钢性材料制作，测量时横跨整个待测断面，为测绘钢卷尺及垂向测量装置提供支撑，透过基座可读取测绘钢卷尺上的刻度。

本发明的智能定位传感器能够测得水上部分河槽边坡及水面高程，降低了后期资料整编的难度；超声波测深仪传感器置于水面则可测得水面各点对应的水深；数据线既能牵引智能定位传感器和超声波测深仪传感器，也能起到传输数据的作用；探测仪手持仪表则用于接收并记录数据，可以沿任意测深垂线进行测深作业，既能依照断面测量标准进行施测，也能根据河道实际情况进行增测，使所测断面形状更加准确。

本发明只需将传感器置于水面以下，而牵引传感器及传输数据的数据线不需置于水下，从而规避了水流的远动产生的测量误差。

本发明提供的测量装置及方法不需要船只的辅助测量，既节省了测量成本又规避了船只的辅助测量带来的测量误差，在测量断面的同时还能准确的测出水位数据，能兼顾岸上部分及水下部分的监测，使河流断面测量更为方便、高效。

本发明结构合理，构造简单，实用性强，有利于设备推广应用。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

附图说明

附图作为本申请的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，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他附图。在附图中：

图1为本发明装置的结构示意图；

图2为本发明装置的基座结构示意图；

图3为本发明装置的测绘钢卷尺结构示意图；

图4为本发明装置的垂向测量装置结构示意图；

图5为本发明装置具体应用时的初始测量端结构示意图；

图6为本发明装置具体应用时的数据读取端结构示意图；

图7为本发明一实施例具体测量应用示意图。

图中：11-基座；12-固定接头；13-固定接口；21-钢尺收放器；22-套孔；23-卡座；31-智能定位传感器；32-超声波测深仪传感器；33-探测仪手持仪表；34-固定绳及数据线。

需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1至图7所示，本发明所述的一种中小型河流断面测量装置，包括基座11、测绘钢卷尺、垂直测量装置，基座11为若干个，基座11之间可收尾连接成一体，基座11的轴向两端分别设有固定接头12、固定接口13，固定接头12能与固定接口13配合连接。基座11为空心类管状结构，基座11的横截面为矩形框，矩形框截面的底面中部开设槽口，槽口与矩形框内孔形成T型滑槽。为便于测量观察，基座11由透明刚性材料制成。

测绘钢卷尺包括钢尺、钢尺收放器21、空心圆柱形卡座23，卡座23垂直钢尺面向外延伸形成，卡座23设置在钢尺的前端部，并用以与T型滑槽配合。钢卷尺在基座11中滑动，为便于控制钢卷尺的走向，卡座23设有与卡座23同轴轴向贯穿卡座23的套孔22，套孔22与钢尺原点重合，，钢尺的宽度略小于矩形框的底面宽度，槽口的宽度略大于卡座23的直径。

垂直测量装置包括智能定位仪传感器、超声波测深仪传感器32、探测仪手持仪表33、可穿过套孔22的固定绳及数据线34，智能定位仪传感器和超声波测深仪传感器32通过数据线、固定绳与探测仪手持仪表33连接。在实际应用时，为避免数据线和固定绳的拉扯，致使数据线、固定绳断裂，卡座23设有利于固定数据线和固定绳收放的滚动装置，滚动装置为一滚轮，设置在套孔22一端口处，用滚动装置可利于数据线、固定绳的收放，减小与卡座的摩擦力。同时，应用时为便于快速连接应用，数据线和固定绳两端分别设有可拆卸的连接端口，连接端口与智能定位仪传感器、超声波测深仪传感器32、探测仪手持仪表33螺纹连接。

本发明所述装置的测量原理：

测量前需将横向测绘钢卷尺的刻度原点放置于初始测量端，测量时逐步向数据读取端拉横向测绘钢卷尺。将横向测绘钢卷读数记为l(单位m)；智能定位传感器31测得的高程数据记为H(单位m)；超声波测深仪传感器32测得的水深数据记为h(单位m)；。并将垂线起点距(横向测绘钢卷的刻度原点到数据读取端对应河岸的距离)设为x(单位m)，河床高程设为z(单位m)。测量水上部分时开启智能定位传感器31并使智能定位传感器31接触河床，即可测得水上部分河床各点的高程。测量水下部分时需同时开启智能定位传感器31与超声波测深仪传感器32并将传感器置于水面，既可测得水面高程H0(单位m)与水深h(单位m)。因此有如下公式：

水上部分：

水下部分：

若沿一组(多条)测深垂线施测，则可得到一组横向距离与纵向高程的数据，依次记为：x₁，x₂，x₃…x_n；z₁，z₂，z₃…z_n(其中n为测量前依照断面测量标准及河流实际情况拟定的垂线数目)

利用数据x₁，x₂，x₃…x_n；z₁，z₂，z₃…z_n，并以垂线起点距为横坐标，河底高程为纵坐标，取适当比例即可绘制出河道断面。

利用本发明装置进行河流断面测量的方法步骤如下：

1.查找相关资料，依照断面测量标准拟定测深垂线布设方案。由于本发明可以沿任意测深垂线进行测量作业，因此使用本发明进行河流断面测量时可根据河道实际情况选择性的增设测深垂线，使所测断面形状更加准确。

2.根据河宽选定测绘尺基座11段数，保证拼接后测绘尺基座11长度略长于河宽(如：河宽10m则选定4段测绘尺基座11进行拼接)。

3.利用测绘尺基座11的固定接口13、固定接头12进行拼接，将拼接组装好的测绘尺基座11与横向测绘钢卷尺、垂向测深装置进行组合拼装。

4.将组装好的断面测量装置横跨整个待测断面，并将横向测绘钢卷的刻度原点放置于初始测量端，查看数据读取端，此时河道边缘所对应的横向测绘钢卷的刻度即为断面宽度。

6.拉动横向测绘钢卷尺使其刻度原点置于第各测深垂线上，测量水上部分时开启智能定位传感器31并使智能定位传感器31接触河床，即可测得水上部分河床各点的高程。测量水上部分时需同时开启智能定位传感器31与超声波测深仪传感器32并将传感器置于水面，既可测得水面高程与水深。读取横向测绘钢卷及探测仪手持仪表33所示的如下数据：横向测绘钢卷尺读数l₁，l₂，l₃…；定位传感器测得的水上部分高程数据H₁，H₂，_H3…；超声波测深仪传感器32测得的水深数据h₁，h₂，h₃...；以及水面高程H₀。

7.利用公式

水上部分：

水下部分：

算得到如下数据：x₁，x₂，x₃…x_n；z₁，z₂，z₃…z_n

8.利用算得的数据x₁，x₂，x₃…x_n；z₁，z₂，z₃…z_n，并以垂线起点距为横坐标，河底高程为纵坐标绘制出出河道断面形状。

本发明的基座11下端设有沿基座11长度方向上延伸的T型滑槽，卡座23卡接于基座11上的滑槽内，可在滑槽中水平滑动，钢尺置于钢尺收放器21内并伸出钢尺收放器21，钢尺的伸出部分固设在卡座23的上端，所述基座11前端设有固定接头12，后端设有固定接口13，测量时可根据河流宽度进行拼接，能根据需要自由地测量河流断面宽度。

本发明的基座11由透明钢性材料制作，测量时横跨整个待测断面，为测绘钢卷尺及垂向测量装置提供支撑，透过基座11可读取测绘钢卷尺上的刻度。

本发明的智能定位传感器31能够测得水上部分河槽边坡及水面高程，降低了后期资料整编的难度；超声波测深仪传感器32置于水面则可测得水面各点对应的水深；数据线既能牵引智能定位传感器31和超声波测深仪传感器32，也能起到传输数据的作用；探测仪手持仪表33则用于接收并记录数据，可以沿任意测深垂线进行测深作业，既能依照断面测量标准进行施测，也能根据河道实际情况进行增测，使所测断面形状更加准确。

本发明只需将传感器置于水面以下，而牵引传感器及传输数据的数据线不需置于水下，从而规避了水流的远动产生的测量误差。

本发明提供的测量装置及方法不需要船只的辅助测量，既节省了测量成本又规避了船只的辅助测量带来的测量误差，在测量断面的同时还能准确的测出水位数据，能兼顾岸上部分及水下部分的监测，使河流断面测量更为方便、高效。

本发明结构合理，构造简单，实用性强，有利于设备推广应用。

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，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，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，均仍属于本发明方案的范围内。

Claims (8)

1.一种中小型河流断面测量装置，其特征在于，包括基座、测绘钢卷尺、垂直测量装置，所述基座至少为一个，所述基座为空心类管状结构，所述基座设有T型滑槽，所述测绘钢卷尺包括钢尺、钢尺收放器、空心圆柱形卡座，所述卡座垂直钢尺面向外延伸形成，所述卡座设置在钢尺的前端部，并用以与T型滑槽配合，所述卡座设有与卡座同轴轴向贯穿卡座的套孔，套孔与钢尺原点重合，所述垂直测量装置包括智能定位仪传感器、超声波测深仪传感器、探测仪手持仪表、可穿过套孔的固定绳及数据线，所述智能定位仪传感器和超声波测深仪传感器通过数据线、固定绳与探测仪手持仪表连接。

2.根据权利要求1所述的一种中小型河流断面测量装置，其特征在于，所述基座的横截面为矩形框，矩形框截面的底面中部开设槽口，槽口与矩形框内孔形成T型滑槽。

3.根据权利要求2所述的一种中小型河流断面测量装置，其特征在于，所述钢尺的宽度略小于矩形框的底面宽度，所述槽口的宽度略大于卡座的直径。

4.根据权利要求1所述的一种中小型河流断面测量装置，其特征在于，所述基座的轴向两端分别设有固定接头、固定接口，固定接头能与固定接口配合连接。

5.根据权利要求1所述的一种中小型河流断面测量装置，其特征在于，所述基座由透明刚性材料制成。

6.根据权利要求1所述的一种中小型河流断面测量装置，其特征在于，所述卡座设有利于固定数据线和固定绳收放的滚动装置，所述滚动装置设置在套孔一端口处。

7.根据权利要求1所述的一种中小型河流断面测量装置，其特征在于，所述数据线和固定绳两端分别设有可拆卸的连接端口，连接端口与智能定位仪传感器、超声波测深仪传感器、探测仪手持仪表螺纹连接。

8.一种利用权利要求1-7任意一项所述中小型河流断面测量装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1，根据待测河流深度、宽度资料拟定测量垂线布设方案，确定测绘尺基座的长度或段数，确保基座长度不小于河宽；

步骤S2，将测绘钢卷尺、垂直测深装置与基座组合拼装成断面测量装置；

步骤S3，将断面测量装置横跨河流的待测面，测绘钢卷尺的刻度原点与待测面的初始测量端重合，读取测绘钢卷尺的刻度L，L即为河流的待测面宽度；

步骤S4，拉动测绘钢卷尺使其刻度原点置于第各测深垂线上，测量水上部分时开启智能定位传感器并使智能定位传感器接触河床，可测得水上部分河床各点的高程，测量水上部分时需同时开启智能定位传感器与超声波测深仪传感器并将传感器置于水面，可测得水面高程与水深；

步骤S5，对应各测深垂线，读取测绘钢卷及探测仪手持仪表的数据，其中，横向测绘钢卷尺读数l₁，l₂，l₃…，智能定位传感器测得的水上部分高程数据H₁，H₂，H₃…，超声波测深仪传感器测得的水深数据h₁，h₂，h₃…，以及水面高程H₀；

步骤S6，利用公式计算出河流各测深垂线的对应宽度x、对应深度z，其中公式为，

水上部分：水下部分：