CN107816979A - 一种便携式洪水应急监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式洪水应急监测系统，包括信号采集处理部、信号接收部，所述信号采集处理部包括监测柱、用于支撑监测柱的支撑架、主控单元、与主控单元连接的监测单元，所述监测单元包括非接触式水位传感器、接触式水位传感器，所述非接触式水位传感器设置在监测柱顶端，接触式水位传感器设置在监测柱底端，所述主控单元与信号接收部连接，使用时，监测柱的底端没入水中、顶端伸出水面，主控单元收集水位传感器信息并在处理后传输给信号接收部。本发明可独立安装于河道内部或沿岸地带，对洪水历经不同区域时的水情进行精确记录，同步性好、精确度高、安全性高，满足不同地区的洪水监测工作，易携方便，安全可靠。

Description

一种便携式洪水应急监测系统

技术领域

本发明属于洪水监测领域，具体地说，涉及一种便携式洪水应急监测系统。

背景技术

洪水是由于暴雨、持续性降水等引起的自然灾害，具有突发性强、难预防、破坏力大等 特点。洪水灾害在我国发生频率高、危害范围广，给国民经济与生命财产带来巨大影响和威 胁。近年来，洪水引发的次生灾害问题日益突出，国家规划明确提出“加强水文监测和雨情 水情预报，强化洪水风险管理，提高防洪减灾水平”要求。可见，洪水监测已成为防洪抗汛、 减轻损失的重要措施，也是我国社会经济发展的重要工作之一。

目前洪水监测主要依靠水文站或水位站，多为永久固定设施，监测范围有限、造价高且 分布稀疏。若偏远山区、小型流域等无水文站流域发生洪水灾害时，往往无法开展监测。即 便采取人工现场观测，也多为利用水尺等简易设备测量，需要耗费大量人力物力，监测数据 精度难以保证，且存在潜在的监测人员安全风险，多数情况下，对洪水的水文过程往往只能 记录最高水位，不能掌握洪水历时、流量等关键信息。

公开号为“CN202255557U”的中国专利公开了一种河道水位尺，采用带有自动锁定装置 的浮子水位尺采集水位信息，但该装置仅能测定洪水流经最高水位，无法记录洪水流经过程 中关键水情信息，数据回收完全依靠后期人工读数，自动化程度低且时效性差，同时该装置 未设计自身固定系统，需要依靠河道固定，不适用于洪水监测。公开号为“CN204791439U” 的中国专利公开了一种基于物联网的泥石流智能预警系统，采用弹力感应方式采集洪水水位 信息并通过物联网技术及时传输数据，但仅通过弹力感应器捕捉水位信息误差过大，固定式 系统监测范围有限，难以实现多点布设，同时设备体积大、安装强度高，难以适用于偏远地 区的突发洪水监测。

建立一套便携式洪水应急监测装置及系统，及时地采集洪水水情信息，实施自动化监测， 精确采集洪水信息，对于洪水灾害防治及洪水模拟等具有重要现实和科学意义。

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，提供一种便携式洪水应急监测系统， 可独立安装于河道内部或沿岸地带，对洪水历经不同区域时的水情进行精确记录，相较于现 有测量策略，具有同步性好、精确度高、安全性高、可视需求大批量布设的优点，满足不同 地区的洪水监测工作，易携方便，安全可靠。

为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：

一种便携式洪水应急监测系统，包括信号采集处理部、信号接收部，所述信号采集处理 部包括监测柱、用于支撑监测柱的支撑架、主控单元、与主控单元连接的监测单元，所述监 测单元包括非接触式水位传感器、接触式水位传感器，所述非接触式水位传感器设置在监测 柱顶端，接触式水位传感器设置在监测柱底端，所述主控单元与信号接收部连接，使用时， 监测柱的底端没入水中、顶端伸出水面，主控单元收集水位传感器信息并在处理后传输给信 号接收部。

进一步地，所述监测柱为可伸缩柱状结构，包括上段、中段、下段，所述上段和下段均 为伸缩管状结构，所述非接触式水位传感器设置在上段的端部，所述接触式水位传感器设置 在下段的底部，所述支撑架与中段连接。

进一步地，所述非接触式水位传感器转动设置在监测柱顶端，且围绕监测柱轴转动，所 述接触式水位传感器外周安置有防止杂质碰撞接触式水位传感器的滤网，所述监测柱底端设 有用于封盖接触式水位传感器且可拆卸的保护罩。

进一步地，所述支撑架包括支座、支撑脚，所述支座为环形，设有水平仪，监测柱穿过 环形支座的内环与支座连接，所述支撑脚一端与支座连接，另一端设有用于将支撑脚固定于 地面的稳固装置。

进一步地，所述支撑架还包括用于插入地面的立杆，立杆一端设有杆帽、另一端为锥形 尖，所述稳固装置包括空心柱管，空心柱管与立杆匹配，且杆帽截面大于空心柱管截面。

进一步地，所述支撑架还包括固定架，固定架设有中空环座、一端与中空环座连接的支 腿，监测柱套设于中空环座内，支腿的另一端与支撑脚连接。

进一步地，所述支腿与支撑脚连接的一端设有U型扣。

进一步地，所述主控单元设有在监测柱内，主控单元还包括校准模块、数据转化模块、 时钟模块和存储模块，所述校准模块与监测单元连接，数据转化模块分别与校准模块、时钟 模块和存储模块连接。

进一步地，所述信号采集处理部还包括供电单元、无线通讯单元，所述供电单元与主控 单元、监测单元连接，所述无线通讯单元与主控单元、信号接收部连接。

进一步地，所述信号接收部为移动接收端，所述无线通讯单元采用GPRS移动通讯传输数 据，所述供电单元为锂电池。

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。

本发明可独立安装于河道内部或沿岸地带，方便随时地在洪水爆发的河流、流域分布式 布设多套监测仪，对洪水历经不同区域时的水情进行精确记录，并在洪水消退后，方便地回 收数据及设备，即使因不可抗力造成设备丢失，监测数据已实时传输，也不会影响整体精度 和造成大的损失，相较于人工现场目测、水尺测，具有同步性好、精确度高、安全性高、可 视需求大批量布设的优点，满足不同地区的洪水监测工作，易携方便，安全可靠。

本发明设置接触式水位传感器和非接触式水位传感器，通过两个传感器监测获取两种水 位信息，通过主控单元对两种水位信息进行筛选、校准，可将实时数字信息转化为折线图， 记录整个洪水过程水位情况，发送给移动接收端，实现实时准确监测、分析、传输数据，对 洪水水位测量更精确、更全面。

本发明可实现简便安装、精确测量、成本低廉、多地形适应，且能实现自动化洪水监测， 有效解决了依靠水文站和水位站开展洪水监测流域、站点稀疏和单点局部洪水水情信息缺失 缺陷、无水文站和水位站流域无法开展精确洪水监测的问题，可为洪水应急监测提供一个可 行高效的策略，实用性强，利于推广应用。

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为本发明整体结构示意图；

图2为本发明支撑架结构示意图；

图3为本发明固定架结构示意图；

图4为本发明各单元之间连接示意图；

图5为本发明主控单元各模块连接示意图。

图中：1-监测柱；11-非接触式水位传感器；12-接触式水位传感器；21-支座；22-支撑 脚；221-空心柱管；231-中空环座；232-支腿；233-U型扣；24-立杆。

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。

实施例一

如图1至图5所示，本实施例所述的一种便携式洪水应急监测系统，包括信号采集处理 部、信号接收部，所述信号采集处理部包括监测柱1、用于支撑监测柱1的支撑架、主控单 元、与主控单元连接的监测单元，所述监测单元包括非接触式水位传感器11、接触式水位传 感器12，所述非接触式水位传感器11设置在监测柱1顶端，接触式水位传感器12设置在监 测柱1底端，所述主控单元与信号接收部连接，使用时，监测柱1的底端没入水中、顶端伸 出水面，主控单元收集水位传感器信息并在处理后传输给信号接收部。

具体地，监测系统由信号采集处理部、信号接收部组成，信号采集处理部主要是要采集 水位信息、处理信息并发送处理后信号，信号接收部接收其发送的信号，其中，信号采集处 理部包括监测柱1、支撑架、主控单元、监测单元，监测柱1是要采集水位信息，支撑架为 监测柱1提供支撑，主控单元主要收集监测单元监测到的信心并处理发送，监测单元包括非 接触式水位传感器11、接触式水位传感器12，这两种传感器可分别放入待测水位的水中和水 上，利用二者测量的特性，实现两种方式监测得到水位信息，主控单元能够对两种水位信号 筛选、校对，将测量误差最小化，提高测量的准确度和精确度，主控单元筛选、校对后，将 优化得到的水位信息发送到信号接收部，完成测量。

监测柱1作为监测的主要部分，监测柱1为可伸缩柱状结构，包括上段、中段、下段，上段和下段均为伸缩管状结构，非接触式水位传感器11设置在上段的端部，接触式水位传感 器12设置在下段的底部，支撑架与中段连接。监测柱1为柱状结构，伸缩调节监测柱1的长 度，可便于适应不同的高差地形和监测需求，其中，上段和下段均可伸缩，中段位于上段、 下段之间，为的是便于支撑架对监测柱1固定，当然上述的上段、中段、下段也可以实现固 定，这里为方便描述、更为优选实施例，分段设置，用中段与支撑架连接，方便独立对上段、 下段伸缩控制，从而便于调整非接触式水位传感器11和接触式水位传感器12的位置，非接 触式水位传感器11可为超声波水位传感器，接触式水位传感器12可为液压式传感器。为便 于对传感器的调整控制和保护，非接触式水位传感器11转动设置在监测柱1顶端，且围绕监 测柱1轴转动，接触式水位传感器12外周安置有防止杂质碰撞接触式水位传感器12的滤网， 监测柱1底端设有用于封盖接触式水位传感器12且可拆卸的保护罩，位于水面之上的非接触 式水位传感器11通过旋转连接，可实现绕监测柱1轴周向转动，利于调整监测方向，而接触 式水位传感器12位于水中，一般不需要调整转动方向，其放置水中与水接触即可，在水中为 防止水中杂质碰撞接触式水位传感器12造成破坏，优选地，非接触式水位传感器11外套设 有滤网。在平时不用时，为放置对接触式水位传感器12造成损坏，设置保护罩可有效提供防 护。

监测柱1对水位进行检测，需要支撑架的固定，支撑架包括支座21、支撑脚22，支座21为环形，设有水平仪，监测柱1穿过环形支座21的内环与支座21连接，支撑脚22一端 与支座21连接，另一端设有用于将支撑脚22固定于地面的稳固装置。支座21作为基础部分， 需要支撑脚22来支撑，支座21与监测柱1稳固连接，保证监测柱1的测量需求，支座21设 有环，监测柱1可套设于支座21的环内，优选地，支座21侧面外周设有三个均布的螺孔， 用螺栓穿过螺孔能将监测柱1锁紧固定，监测水位需要保证监测柱1垂直，支座21上设有水 平仪，调整控制监测柱1的垂直度，避免测量不准，支撑脚22作为支撑结构，至少为三个， 可为刚性或带、绳柔性，本实施例优选为三个刚性支撑脚22，三角形具有稳定性，同时减少 构件，在保证足够支撑力的前提下，减少设备材料的使用，支撑脚22需要与地面或河底固定， 可通过稳固装置实现，优选地，支撑架还包括用于插入地面的立杆24，立杆24一端设有杆 帽、另一端为锥形尖，稳固装置包括空心柱管221，空心柱管221与立杆24匹配，且杆帽截 面大于空心柱管221截面，空心柱管221为立杆24提供支撑和打入方向，便于将立杆24插 入地面中。

支座21与监测柱1连接稳固，为进一步保证对监测柱1的稳固支撑，支撑架还包括固定 架，固定架设有中空环座231、一端与中空环座231连接的支腿232，监测柱1套设于中空环 座231内，支腿232的另一端与支撑脚22连接，中空环座231可套于监测柱1外壁，这里可 对应监测柱1下段部分，支腿232作为拉紧，支腿232可为带、绳柔性材料，当然支腿232为刚性的结构也可，本实施例支腿232为带，三个支腿232，支腿232与支撑脚22连接，支 腿232对应每一个支撑脚22，，通过支腿232拉紧，进一步保证监测柱1的稳定性，保证测 量水位稳定、准确，优选地，支腿232与支撑脚22连接的一端设有U型扣233，用卡扣的方 式连接，方便支腿232与支撑脚22的快速连接和拆卸。

主控单元作为数据处理中心，主控单元设有在监测柱1内，监测柱1为密封防水结构， 位于内部可有效对主控单元进行保护，同时可及时对信号进行处理，信号采集处理部还包括 供电单元、无线通讯单元，所述供电单元与主控单元、监测单元连接，所述无线通讯单元与 主控单元、信号接收部连接，主控单元还包括校准模块、数据转化模块、时钟模块和存储模 块，校准模块与监测单元连接，数据转化模块分别与校准模块、时钟模块和存储模块连接， 其中，无线通讯单元采用GPRS移动通讯传输数据，供电单元为锂电池，主控单元为嵌入式 ARM处理器，校准模块用于对两种水位进行筛选、校准，数据转化模块包含A/D转化器UCOS 内核，A/D转化器用于将采集的水位信息转化为数字信号，UCOS内核结合时钟模块将实时数 字信息转化为折线图，存储模块将实时数据和折线图两种信息进行存储，并通过GPRS无线通 信将信息发送至信号接收部，优选地，信号接收部为移动接收端，通过移动传输及时将监测 信息发送给移动接收端，便于相关人员及时得到准确、精确水位信息。

使用时，可通过以下步骤实现：

1.通过天气预报等信息提前预知可能发生洪水但无监测站地区位置，选择在洪水来临前 提前布设装置本发明系统；2.查找该地区地形地貌、历史降雨量、历史最高水位等信息，合 理预测最高水位并选择相应伸缩段、支撑脚22规格，将仪器布设于河道内某点，满足安装方 便同时水位值具有代表性的要求；3.尽量保证洪水来临后，水位没过监测柱1底端接触式水 位传感器12但不超过顶端非接触式水位传感器11，当实际洪水没过顶端非接触式水位传感 器11时，底部接触式水位传感器12仍能工作，保证24小时均有水位信息传回，同时可在该 点对应河岸某一高度再布设一点位，保证洪水来临后，即使河道内监测点被淹没，河岸处监 测点两水位传感器仍可工作，监测点位布设个数及位置选择可根据实际需求确定；4.选 定监测点后确定该点位高程，并进行仪器连接与安装；5.将监测柱1的伸缩段各段伸出并旋 转固定，伸出非接触式水位传感器11固定杆，旋转前端探头使传感器探头正对河面；6.根据 历史和预测水位，调整支撑架高度并旋紧螺纹固定；根据河槽形状，调整支撑脚22长度，旋 紧固定架螺纹，使整体设备保持水平、稳定，同时取下监测柱1底端的防护罩，调整接触式 水位传感器12的位置；7.最后，利用重力将立杆24穿过空心柱管221并打入河底固定；8. 河流水位变化，通过移动接收端接收实时水位信息，监控水位情况。

本发明可独立安装于河道内部或沿岸地带，方便随时地在洪水爆发的河流、流域分布式 布设多套监测仪，对洪水历经不同区域时的水情进行精确记录，并在洪水消退后，方便地回 收数据及设备，即使因不可抗力造成设备丢失，监测数据已实时传输，也不会影响整体精度 和造成大的损失，相较于人工现场目测、水尺测，具有同步性好、精确度高、安全性高、可 视需求大批量布设的优点，满足不同地区的洪水监测工作，易携方便，安全可靠。

本发明设置接触式水位传感器和非接触式水位传感器，通过两个传感器监测获取两种水 位信息，通过主控单元对两种水位信息进行筛选、校准，可将实时数字信息转化为折线图， 记录整个洪水过程水位情况，发送给移动接收端，实现实时准确监测、分析、传输数据，对 洪水水位测量更精确、更全面。

本发明可实现简便安装、精确测量、成本低廉、多地形适应，且能实现自动化洪水监测， 有效解决了依靠水文站和水位站开展洪水监测流域、站点稀疏和单点局部洪水水情信息缺失 缺陷、无水文站和水位站流域无法开展精确洪水监测的问题，可为洪水应急监测提供一个可 行高效的策略，实用性强，利于推广应用。

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 (10)

1.一种便携式洪水应急监测系统，其特征在于，包括信号采集处理部、信号接收部，所述信号采集处理部包括监测柱、用于支撑监测柱的支撑架、主控单元、与主控单元连接的监测单元，所述监测单元包括非接触式水位传感器、接触式水位传感器，所述非接触式水位传感器设置在监测柱顶端，接触式水位传感器设置在监测柱底端，所述主控单元与信号接收部连接，使用时，监测柱的底端没入水中、顶端伸出水面，主控单元收集水位传感器信息并在处理后传输给信号接收部。

2.根据权利要求1所述的一种便携式洪水应急监测系统，其特征在于，所述监测柱为可伸缩柱状结构，包括上段、中段、下段，所述上段和下段均为伸缩管状结构，所述非接触式水位传感器设置在上段的端部，所述接触式水位传感器设置在下段的底部，所述支撑架与中段连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种便携式洪水应急监测系统，其特征在于，所述非接触式水位传感器转动设置在监测柱顶端，且围绕监测柱轴转动，所述接触式水位传感器外周安置有防止杂质碰撞接触式水位传感器的滤网，所述监测柱底端设有用于封盖接触式水位传感器且可拆卸的保护罩。

4.根据权利要求1所述的一种便携式洪水应急监测系统，其特征在于，所述支撑架包括支座、支撑脚，所述支座为环形，设有水平仪，监测柱穿过环形支座的内环与支座连接，所述支撑脚一端与支座连接，另一端设有用于将支撑脚固定于地面的稳固装置。

5.根据权利要求4所述的一种便携式洪水应急监测系统，其特征在于，所述支撑架还包括用于插入地面的立杆，立杆一端设有杆帽、另一端为锥形尖，所述稳固装置包括空心柱管，空心柱管与立杆匹配，且杆帽截面大于空心柱管截面。

6.根据权利要求4所述的一种便携式洪水应急监测系统，其特征在于，所述支撑架还包括固定架，固定架设有中空环座、一端与中空环座连接的支腿，监测柱套设于中空环座内，支腿的另一端与支撑脚连接。

7.根据权利要求6所述的一种便携式洪水应急监测系统，其特征在于，所述支腿与支撑脚连接的一端设有U型扣。

8.根据权利要求1所述的一种便携式洪水应急监测系统，其特征在于，所述主控单元设有在监测柱内，主控单元还包括校准模块、数据转化模块、时钟模块和存储模块，所述校准模块与监测单元连接，数据转化模块分别与校准模块、时钟模块和存储模块连接。

9.根据权利要求1所述的一种便携式洪水应急监测系统，其特征在于，所述信号采集处理部还包括供电单元、无线通讯单元，所述供电单元与主控单元、监测单元连接，所述无线通讯单元与主控单元、信号接收部连接。

10.根据权利要求9所述的一种便携式洪水应急监测系统，其特征在于，所述信号接收部为移动接收端，所述无线通讯单元采用GPRS移动通讯传输数据，所述供电单元为锂电池。