CN109764935A - 一种雷达波自动测流机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种雷达波自动测流机器人，包括：所述雷达波自动测流机器人安装在测流断面两岸之间的导轨上，包括：机器人主体、太阳电池板、控制盒、驱动轮、从动轮、充电桩、锂电池、电机运行指示灯、雷达流速仪、雷达水位计，分别计算相邻两条测速垂线之间的流量，以及垂线与水边之间的流量，所述雷达波测流机器人完成所有垂线流速测验后，将所有数据发送给在线测流控制平台计算出流量后，从而完成断面流量的测验。本发明改变了传统的人工测流操作模式，实现了流量的全自动测验，彻底解放了水文测验生产力，达到了水文人进城的实际效果。

Description

一种雷达波自动测流机器人

技术领域

本发明涉及河道流量测验技术领域，特别涉及一种雷达波自动测流机器人。

背景技术

传统的河道流量测验方式是采用人工操作控制将转子流速仪布设到河道测流断面若干个指定位置，通过同步实测流速和水位(换算过水面积)，再根据流速面积法，从而实现流量的测验。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。

为此，本发明的目的在于提出一种雷达波自动测流机器人。

为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种雷达波自动测流机器人，包括：所述雷达波自动测流机器人安装在测流断面两岸之间的导轨上，包括：机器人主体、太阳电池板、控制盒、驱动轮、从动轮、充电桩、锂电池、电机运行指示灯、雷达流速仪、雷达水位计，其中，所述机器人主体为矩形箱体结构，所述机器人主体的内部安装有分别位于两侧的驱动轮和从动轮，在所述驱动轮和从动轮之间设置有直流电机和控制盒，所述直流电机与所述驱动轮连接，所述机器人主体内还设置有与所述控制盒连接的GPRS通信模块，

在所述机器人主体的顶部设置有太阳能电池板、所述机器人主体的底部安装有雷达测速仪、电机运行指示灯、供电开关、温度计和锂电池，所述雷达测速仪通过数据线与所述机器人主体连接；所述机器人主体的一侧安装有岸基辅助充电桩接口板，其中，所述充电桩接口板邻近所述驱动轮；

所述雷达波自动测流机器人的工作过程如下：

非测流状态时，所述雷达水位计用于测量雷达水位计到水面的高度，再根据所述雷达水位计的安装高程，计算当前水位；所述机器人主体根据当前水位，按设置的低、中、高水位节点，从测流模型中选择对应的测速垂线数量和起点距；

在测流状态时，所述雷达波测流机器人根据其在测流断面上的当前位置，计算出雷达波测流机器人到第一测速垂线的距离，然后换算成所述直流电机的旋转圈数，雷达波测流机器人向安装在箱体内的电机控制器发送电机使能指令，电机供电；电机按指定的圈数旋转到位后，通知所述雷达波测流机器人，控制所述雷达流速仪开始对第一测速垂线处的水面流速进行测验，完成水面流速测验后，并通过所述通信模块将水位和流速发送给地面的在线测流控制平台，在线测流控制平台根据第一测速垂线的水面流速系数，计算第一测速垂线的垂线平均流速；再根据右水边的岸边系数，计算出邻近一侧水边和第一测速垂线之间的部分平均流速；并根据实测水位，计算右水边和第一测速垂线之间的面积，按流速面积法，计算出右水边和第一测速垂线之间的流量Q1；

采用上述方式分别计算相邻两条测速垂线之间的流量，以及最后一条垂线与另一侧水边之间的流量，所述雷达波测流机器人完成所有垂线流速测验后，将所有数据发送给在线测流控制平台计算出流量后，从而完成断面流量的测验。

进一步，所述雷达水位计安装于岸边的立柱上，或者安装在所述机器人主体的另一侧，所述雷达水位计邻近所述驱动轮设置。

进一步，在测流断面左右两岸立柱上拉两根不锈钢钢丝绳作为导轨，导轨钢丝绳的另外一端用高强度的拉力弹簧和紧固花篮螺丝固定在立柱上，所述雷达波自动测流机器人安装在所述导轨上。

进一步，所述导轨架设在两岸的检修平台上，其中，所述检修平台包括：地笼、地锚、安装在所述地笼上的立柱，在所述立柱的的上方设有转向轮、遮阳棚和用于运行所述导轨的钢丝绳，其中，在所述立柱上安装有脚蹬供人员攀登。

进一步，所述雷达波测流机器人计算出第一测速垂线和第二测速垂线之间的流量，包括如下步骤：根据第二测速垂线起点距位置，计算从第一测速垂线到第二测速垂线的行驶距离，控制机器人本体移动到第二测速垂线上方；雷达波测流机器人控制雷达流速仪开始对第二测速垂线处的水面流速进行测验，完成水面流速测验后，雷达波测流机器人根据第二测速垂线的水面流速系数，计算第二测速垂线的垂线平均流速并通过所述通信模块发送给在线测流控制平台；所述在线测流控制平台计算出第一和第二测速垂线之间的部分平均流速。并根据实测水位，计算第一和第二测速垂线之间的面积，按流速面积法，计算出第一和第二测速垂线之间的流量Q2。

进一步，所述雷达波测流机器人箱体顶部的太阳能电池板和内部的锂电池，均用于为内部设备提供电源，当箱体内的控制器检测到锂电池电压低于预设阈值时，且所述太阳能电池板无法及时补充电源时，则所述雷达波测流机器人自动回到岸基充电桩位置进行快速辅助充电。

进一步，还包括：安装于移动终端带上的APP应用，所述APP应用用于向所述雷达波测流机器人发送指令和修改的测流参数，并接收来自所述雷达波测流机器人的返回的测量数据，自动完成流量测算，并向用户提供任意测次流量成果显示和查询功能。

进一步，所述雷达波自动测流机器人包括以下测流模式：

a)定时施测模式，每天根据设定时间施测流量；

b)在非测流时间，现场能人工通过APP应用和在线测流控制平台控制增加测次；

c)加密施测模式；与前次测流水位相比，水位变幅超过±预设高度时，自动增测一次流量；

d)低水位停测模式：当水位低于设定的停测水位值时，车内控制器停止雷达波测流机器人的流量测验工作，水位测验不变；

e)低温停测模式：当工作环境温度低于设定的停测温度时，车内控制器停止雷达波测流机器人的流量测验工作，水位测验不变。

进一步，所述控制盒的背部设置有多个接口，包括：蓄电池正负极接口、太阳能电池正负极接口、电机运行指示灯接口、DB9接口、拨码开关和SIM卡接口。

进一步，所述通信模块采用GPRS模块和WIFI模块。

根据本发明实施例的雷达波自动测流机器人，为高度集成的测流产品，现场环境适应能力强，对于河流漫滩面积大，不适合自记井建设及人工实施测流工作困难的河流断面进行水位、流速和流量的自动测验，雷达波测流机器人利用两根不锈钢钢丝绳做导轨。

雷达流速仪、雷达水位计、直流步进电机、激光测距仪、控制器、GPRS通讯模块、倾斜计、温度计、太阳能电池板和锂电池等设备安装在雷达波测流机器人的箱体内外，雷达波测流机器人驱动为2轮前驱、2个从动轮辅助，通过4个不锈钢转向轮悬挂在导轨钢丝绳上，雷达波测流机器人内的控制器通过设定测流时间及实时水位自动判断并控制测流工作，雷达波测流机器人运行到测流断面指定测速垂线上方，进行水面流速的自动测验，当完成测流后，雷达波测流机器人将自动回到水位测量点监测水位，雷达波测流机器人顶部太阳能板和车内锂电池为车内设备提供电源，当箱体内的控制器检测到车内电压低于设定值，顶部的太阳能电池板又不能在短时间内补充电源时，雷达波测流机器人会自动回到岸基充电桩位置进行快速辅助充电。双轨自驱移动式雷达波测流机器人可用于建设无人值守水文站，满足水位、流速和流量的全自动测验。

本发明通过雷达波流速仪实测水面流速，通过用雷达水位计实测水位，再根据水面流速系数计算出垂线平均流速，从而根据流速面积法，实现流量的自动测验。雷达波自动测流机器人改变了传统的人工测流操作模式，实现了流量的全自动测验，彻底解放了水文测验生产力，达到了水文人进城的实际效果。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1a至图1f为根据本发明实施例的的雷达波自动测流机器人的结构图；

图2为根据本发明实施例的雷达波测流机器人检修平台的示意图；

图3为根据本发明实施例的将立柱安装在地笼上的示意图；

图4为根据本发明实施例的在立柱上安装脚蹬的示意图；

图5为根据本发明实施例的7号角铁的安装示意图；

图6为根据本发明实施例的7号角铁完成安装后的俯视图；

图7为根据本发明实施例的在两侧的两根5号角铁上分别安装3根5号角铁的示意图；

图8为根据本发明实施例的安装好3根横向角铁的俯视图；

图9为根据本发明实施例的铺扁铁俯视图；

图10为根据本发明实施例的铺设其余角铁的示意图；

图11为根据本发明实施例的安装斜撑杆等设备的示意图；

图12为根据本发明实施例的在围栏上安装其余扁铁设备的示意图；

图13为根据本发明实施例的安装8号槽钢及转向轮的示意图；

图14为根据本发明实施例的断面流量测验过程示意图；

图15为根据本发明实施例的控制盒的背板接口示意图；

图16为根据本发明实施例的测流机器人现场设置参数软件主界面；

图17为根据本发明实施例的雷达波测流机器人工作参数与测流断面关系图的界面图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明提供一种雷达波自动测流机器人，采用双轨道自驱行走方式对测验河道测流断面上设定点的水面流速进行测验，同时采用雷达水位计测验水位，借用输入的大断面数据计算面积，从而实现断面流量自动测验。雷达波测流机器人供电采用车体自带电池组和太阳能浮充、岸基辅助充电设备(充电桩)，雷达波测流机器人测流全过程完全自动，工作体制有自报、加报、召测等，可实现远程控制。

如图1a至图1f所示，本发明实施例的雷达波自动测流机器人，包括：雷达波自动测流机器人安装在测流断面两岸之间的导轨上。

在测流断面左右两岸立柱上拉两根不锈钢钢丝绳作为导轨，导轨钢丝绳的另外一端用高强度的拉力弹簧和紧固花篮螺丝固定在立柱上，雷达波自动测流机器人安装在导轨上。双轨自驱移动式雷达波测流机器人采用2根钢丝绳作为运行导轨，通过对钢丝绳的有效拉紧，可以较好的解决河道刮风下雨对雷达流速仪摆动的影响。

导轨架设在两岸的检修平台上，其中，检修平台包括：地笼、地锚、安装在地笼上的立柱，在立柱的的上方设有转向轮、遮阳棚和用于运行导轨的钢丝绳，其中，在立柱上安装有脚蹬供人员攀登。

下面对本发明的雷达波自动测流机器人的安装结构和安装方式进行说明。

雷达波测流机器人立柱及检修平台单侧设备由4根长3米，直径165mm的钢管通过法兰盘拼接成2根，再将拼接好的立柱安装在岸边的地笼上。两根立柱由7号角铁连接在一起，在7号角铁上用螺栓紧固件拼装检修平台。在检修平台上方安装槽钢，槽钢上安装转向轮，雷达测流用的导轨钢丝绳从对岸拉到转向轮上，再连接到地面上的地锚。安装好的设备如图2所示。

本发明中的雷达波测流机器人立柱及检修平台安装步骤如下：

(1)、将单根长3米的立柱钢管通过法兰盘用M20的螺纹紧固件拼接，将拼接好的立柱安装在浇筑好的地笼上，立柱底部法兰盘的尺寸如图3所示。

(2)、在一侧立柱上安装脚蹬，如图4所示。脚蹬由长300mm角铁，抱箍和M12螺纹紧固件组成。将M12螺栓穿过立柱上的孔，用螺母锁紧。将抱箍套在立柱上，穿过角铁上的孔，用螺母锁紧在立柱上，锁紧前确保抱箍紧压在M12的螺杆上方，防止下坠。

(3)、将2根7号角铁用M12*200的螺杆分别安装在两根立柱上，在安装好的7号角铁两边再安装2根5号角铁，如图5所示。完成安装后的俯视图如图6所示。

(4)、在两侧的两根5号角铁上分别安装3根5号角铁，如图7所示。注意3根横向的角铁分别安装在两侧的5号角铁下方，用M12的螺纹紧固。安装好3根横向角铁的俯视图如图8所示。

(5)、再将15根扁铁用螺丝紧固在角铁上，如图9所示。

(6)、在4个角上安装竖立角铁，然后再安装纵向角铁和上部的前后横向角铁，如图10所示。

(7)、安装斜撑杆等设备，如图11所示。

(8)、在检修平台围栏上安装其余扁铁等设备，如图12所示。

(9)、在立柱上安装8号槽钢，在槽钢上安装转向轮等设备，如图13所示。

雷达波自动测流机器人包括：机器人主体、太阳能电池板2、控制盒6、驱动轮1、从动轮3、充电桩4、锂电池5、电机运行指示灯9、雷达流速仪7、雷达水位计8，其中，机器人主体为矩形箱体结构，机器人主体的内部安装有分别位于两侧的驱动轮1和从动轮3，在驱动轮1和从动轮3之间设置有直流电机和控制盒6，直流电机与驱动轮1连接，机器人主体内还设置有与控制盒6连接的GPRS通信模块。双轨自驱移动式雷达波测流机器人内安装直流步进电机，通过转向轮悬挂在导轨钢丝绳上，拆装方便，便于维护。

在本发明中，雷达水位计8安装于岸边的立柱上，或者安装在机器人主体的另一侧，雷达水位计8邻近驱动轮1设置。

控制盒6的背部设置有多个接口，包括：蓄电池正负极接口、太阳能电池正负极接口、电机运行指示灯9接口、DB9接口、拨码开关和SIM卡接口。

在机器人主体的顶部设置有太阳能电池板2、机器人主体的底部安装有雷达测速仪7、电机运行指示灯9、供电开关、温度计和锂电池5，雷达测速仪7通过数据线与机器人主体连接；机器人主体的一侧安装有岸基辅助充电桩4接口板，其中，充电桩4接口板邻近驱动轮1。

雷达波测流机器人箱体顶部的太阳能电池板和内部的锂电池，均用于为内部设备提供电源，当箱体内的控制器检测到锂电池电压低于预设阈值时，且太阳能电池板无法及时补充电源时，则雷达波测流机器人自动回到岸基充电桩位置进行快速辅助充电。

需要说明的是，本发明的双轨自驱移动式雷达波测流机器人采用太阳能电池板和蓄电池供电，可满足中心河流站点建设无交流电的影响。配套的蓄电池(含岸基辅助充电)容量保证连续45天阴雨天雷达波测流机器人的正常运行，配置的太阳能板能保证2个太阳天内充满蓄电池。

在对雷达波自动测流机器人的工作过程进行说明之前，首先对其运行基础条件进行介绍：

(1)、在测流断面左右两岸立柱上拉两根不锈钢钢丝绳作为导轨，导轨钢丝绳的另外一端用高强度的拉力弹簧和紧固花篮螺丝固定在立柱上，防止钢丝绳受热涨冷缩造成垂度变化；

(2)、将雷达波测流机器人安装在导轨钢丝绳上，平时停靠在测流断面指定位置进行水位测验。雷达波测流车主要靠安装在车顶部的太阳能电池板给车内的锂电池充电；

(3)、在测流断面另外一侧的岸边立柱上安装200W太阳能电池板、200Ah铅酸免维护蓄电池、充电座和检修平台等岸基辅助充电设备，当雷达波测流机器人监控车载锂电池电量严重不足时，自动开到岸边进行补充充电；

(4)、非测流状态时，安装在雷达波测流机器人上的雷达水位计按5分钟时间间隔测量雷达水位计到水面的高度(实测相对水位值)，再根据雷达水位计的安装高程，计算当前水位。雷机器人根据当前水位，按设置的低、中、高水位节点，从测流模型中选择对应的测速垂线数量和起点距。

假设在测流断面上布设5条测速垂线(设置每条测速垂线的起点距)，已知雷达波测流机器人在测流断面上的当前位置(或根据充电桩起点距位置确定雷达波测流机器人当前位置)，已知测流大断面数据(需要设置，用以借用断面计算面积)，已知左右岸的岸边系数(按岸边形状设置)，已知5条测速垂线(假设)的起点距位置和水面流速系数，则断面流量测验过程如图14所示。

非测流状态时，雷达水位计用于测量雷达水位计到水面的高度，再根据雷达水位计的安装高程，计算当前水位；机器人主体根据当前水位，按设置的低、中、高水位节点，从测流模型中选择对应的测速垂线数量和起点距。

在测流状态时，当需要测流时，雷达波测流机器人自动检测车内锂电池的供电电压，如果电压满足测流要求，雷达波测流机器人根据其在测流断面上的当前位置，计算出雷达波测流机器人到第一测速垂线的距离，然后换算成直流电机的旋转圈数，雷达波测流机器人向安装在箱体内的电机控制器发送电机使能指令，电机供电。

具体的来说，电机按指定的圈数旋转到位后，将电机“运行到位”信息回馈给雷达波测流机器人；雷达波测流机器人接收到“运行到位”信息后，控制雷达流速仪开始对1#测速垂线处的水面流速进行测验。

雷达波测流机器人接收到“运行到位”信息后，即电机按指定的圈数旋转到位后，通知雷达波测流机器人，控制雷达流速仪开始对第一测速垂线处的水面流速进行测验，完成水面流速测验后，并通过通信模块将水位和流速发送给地面的在线测流控制平台的数据接收软件。其中，通信模块可以采用GPRS模块和WIFI模块。

在线测流控制平台根据第一测速垂线的水面流速系数，计算第一测速垂线的垂线平均流速；再根据右水边的岸边系数，计算出邻近一侧水边和第一测速垂线之间的部分平均流速；并根据实测水位，计算右水边和第一测速垂线之间的面积，按流速面积法，计算出右水边和第一测速垂线之间的流量Q1。

数据接收软件完成计算后，通过串口将"线号,起点距(m),水位(m),水深(m),高程(m), 点流速(m/s),系数/平均流速(m/s),部分平均流速(m/s),面积(m^2/s),流量(m^3/s)"等数据存储入库。

雷达波测流机器人计算出第一测速垂线和第二测速垂线之间的流量，包括如下步骤：根据第二测速垂线起点距位置，计算从第一测速垂线到第二测速垂线的行驶距离，控制机器人本体移动到第二测速垂线上方；雷达波测流机器人控制雷达流速仪开始对第二测速垂线处的水面流速进行测验，完成水面流速测验后，雷达波测流机器人根据第二测速垂线的水面流速系数，计算第二测速垂线的垂线平均流速并通过通信模块发送给在线测流控制平台；在线测流控制平台计算出第一和第二测速垂线之间的部分平均流速。并根据实测水位，计算第一和第二测速垂线之间的面积，按流速面积法，计算出第一和第二测速垂线之间的流量Q2。

雷达波测流机器人同时根据2#测速垂线(第二测速垂线)起点距位置，计算从1#测速垂线到2#测速垂线的行驶距离，控制机器人移动到2#测速垂线上方；

雷达波测流机器人控制雷达流速仪开始对2#测速垂线处的水面流速进行测验，完成水面流速测验后，雷达波测流车根据2#测速垂线的水面流速系数，计算2#测速垂线的垂线平均流速并通过GPRS信道发送给数据接收软件。数据接收软件按算术平均，计算出1#和2# 测速垂线之间的部分平均流速。并根据实测水位，计算1#和2#测速垂线之间的面积。按流速面积法，计算出1#和2#测速垂线之间的流量Q2。当设置5个测速垂线时，雷达波测流机器人及数据接收软件按以上步骤，测算出Q3、Q4、Q5和Q6的部分流量。

采用上述方式分别计算相邻两条测速垂线之间的流量，以及最后一条垂线与另一侧水边之间的流量，雷达波测流机器人完成所有垂线流速测验后，将所有数据发送给在线测流控制平台计算出流量后，从而完成断面流量的测验。

在本发明的一个实施例中，雷达波自动测流机器人包括以下测流模式：

a)定时施测模式，每天根据设定时间(可现场或远程修改)施测流量；

b)在非测流时间，现场能人工通过移动设备APP及PC软件控制增加测次；

c)加密施测模式；与前次测流水位相比，水位变幅(可现场或远程修改)超过±0.5m (可以设定)时，自动增测一次流量；

d)低水位停测模式：当水位低于设定的停测水位值时，车内控制器停止雷达波测流机器人的流量测验工作，水位测验不变；

e)低温停测模式：当工作环境温度低于设定的停测温度(如零度)时，控制器停止雷达波测流机器人的流量测验工作，水位测验不变。

本发明的雷达波测流机器人针对设定的低、中、高水位，能根据水位变化自动调整测速垂线的数量和起点距位置，选择合理的测流模型，以满足不同水位下测速垂线的转移。

此外，本发明进一步包括安装于移动终端带上的APP应用，APP应用用于向雷达波测流机器人发送指令和修改的测流参数，并接收来自雷达波测流机器人的返回的测量数据，自动完成流量测算，并向用户提供任意测次流量成果显示和查询功能。即，本发明的雷达波测流机器人按常规流量测验的方式进行流速记载和流量测验，配套的移动设备APP及PC软件通过GPRS网络信道来给雷达波测流机器人发送指令及修改测流参数，可自动完成流量测算，并能查询、显示任意测次流量成果。

双轨自驱移动式雷达波测流机器人及中心站软件具有通过GSM模块短信报警功能，如“雷达流速测验异常”、“蓄电池缺电”等短信报警，有自动校时功能(雷达波测流车时间应严格与北京时间同步)，具有现场和远程参数(所有参数)修改功能。

雷达波测流机器人现场存储至少10次断面流量测验时采集的水位和流速数据，防止通讯中断造成实测数据丢失。当中断的通讯恢复后，可自动进行漏报数据的补发，确保数据的完整性。

下面对雷达流速仪的参数进行说明：

(1)分辨率和误差：≤±0.02m/s±1％；

(2)流速测量范围：0.15～15m/s；

(3)最大测程：30m；

(4)发射频率：24.160GHz；

(5)天线样式：平板雷达(可选)；

(6)波束宽度：12°；

(7)水流方向识别：面朝或背对水流方向自动识别；

(8)测速历时：5～240s；

(9)垂直方向倾斜：内部自动检测倾斜角度并修正；

(10)数据接口：RS485接口；

(11)供电电压范围：5.5-30VDC以上宽电压供电，带过压保护、反接保护；

(12)12V时工作电流：休眠时1mA，测量时125mA；

(13)角度设置范围：0～60度(通过手动设置雷达探头相对主流向之间的左右转动角度，补偿探头方向偏差造成的测量误差。)；

(14)工作温度：-35-+60℃

(15)保存温度：-40-+60℃

(16)防护等级IP68；

下面对雷达波测流机器人的参数进行说明：

(1)功耗：测流或测地形工作电流3A，测水位工作电流100mA，休眠工作电流2mA；

(2)测流车整体运行速度：0.4m/s，定位精度+0.1m；

(3)自带电源：20W太阳能板浮充，外挂40Ah锂电池(14.8V)，可更换或增加电池；

(4)水位测验：雷达水位计，30米量程，精度+3mm；

(5)水面以上地形测验：激光测距仪，40米量程，精度+3mm，不受强光影响；

(6)无线通讯：GPRS网络信道；

(7)流速仪接口：RS485或RS232；

(8)姿态测验：量程为两维+45度，分辨率0.1度，重复性0.3度，精度0.5度；

(9)硬件看门狗：独立于CPU的递减计数器；

(10)固态存储：512KFLASH+256KSRAM；

(11)工作温度：-25°～+65℃；

(12)存储温度：-30-+65℃

(13)湿度：小于95％(+40℃),不结露；

(14)箱体尺寸：500x360x120mm(长x宽x高)；

(15)整体重量：15kg；

(16)适用环境：全天候，大、中、小以及暴雨天均可正常工作；

下面对岸基太阳能充电控制器的参数进行说明：

(1)额定电压:12V；

(2)额定充电电流:≤20A；

(3)额定负载电流:≤20A；

(4)接线直径：4m㎡；

(5)空载电流:<4mA；

(6)强充电压:14.8V；

(7)均衡充电压:14.5V；

(8)浮充电压:13.7V；

(9)过放保护电压:11V±0.2；

(10)负载恢复电压:12.5V±0.2；

(11)过充保护电压:15.5V；

(12)重量:200g；

(13)产品尺寸:118*78*32.8mm；

(14)温度补偿系数:4mv/cell*K；

(15)工作环境：-40℃～60℃；

(16)防护等级:IP56。

下面对岸基自动充电控制箱的参数进行说明：

(1)材料：钢板，箱体1.5mm，安装板2.0mm；

(2)表面处理:箱体和门浸涂底漆，外部粉末涂层；

(3)安装板镀锌；

(4)输入电压：DC 9.0V～18.0V；

(5)输出电压:DC 16.8V(2.0A)；

(6)限位开关:磁性3线霍尔开关，电压12VDC；

(7)充电板材料：环氧树脂板；

(8)充电针：pogopin镀金弹簧电流针；

(9)充电板尺寸45*25mm(长*宽),左右间距152mm；

(10)安装孔左右尺寸160mm，上下尺寸168mm，孔直径8mm；

(11)箱体尺寸：200*150*150mm(长*宽*高)；

(12)箱体重量：4.2kg。

本发明实施例的双轨自驱移动式雷达波测流机器人适用于测流断面宽度小于300米的河道，尤其适用于中、高水位时的流量测验。对于低枯水或水面流速很小的测流条件下，雷达波测流机器人的流速测验误差较大。

下面对本发明实施例的雷达波测流机器人现场参数设置软件操作进行说明：

1、软件操作环境

将控制箱后侧面拨码开关的1、2键拨上，将3、4键拨下，如图15所示。打开现场参数设置软件，主界面如图16所示。

注意“实时状态显示”栏中的显示信息。如果计算机的串口打开正常，则会提示软件启动，采用串口x连接测流机器人，波特率为9600.如果串口打开不正常，则会弹出提示界面。点击“确定”后，在“实时状态显示”栏中无任何信息输出。如果现场参数设置软件启动成功，则将串口线从计算机串口连接到测流机器人控制箱后面板上的DB9母头上。 (注意：计算机串口连接测流机器人的串口线为DB9公母交叉线，公头连接到测流机器人控制箱的DB9母头上，交叉线的DB9母头连接到计算机串口上)。給测流机器人供电(供电开关拨到ON档)。

点击“查询控制参数”按钮，参数设置软件给测流机器人发送数据查询指令，控制器收到查询指令后，将控制器工作参数逐条给参数设置软件并显示。设测流机器人站号为“1234567891”，如果需要将“1234567891”站号更改为“0739070006”,则将新站号0739070006输入到“站号”栏中，点击“设置新站号”按钮，则软件将新站号数据发送给测流机器人，如果测流机器人修改站号成功，则在“实时状态显示”栏中会显示“收到0739070006，站点雷达波测流机器人返回握手信号数据”

完成工作状态参数设置后，将拨码开关的1、2脚拨下，3、4脚拨上，则测流机器人恢复到正常工作状态。

雷达波测流机器人各项工作参数如表1所示。

表1

下面对雷达波测流机器人现场安装调试步骤进行说明。

雷达波测流机器人外形为长方形箱体结构，顶部为25W太阳能电池板,底部为雷达流速仪、电机运行指示灯、供电开关、温度计和锂电池，左侧面安装雷达水位计(可不安装使用)，右侧面安装岸基辅助充电桩接口板，靠近充电桩接口板的为从动轮，靠近雷达水位计的为驱动轮(主动轮)，驱动轮由减速机和直流电机带动，整个机器人的控制由安装在箱体内的控制器完成。

1、直流电机工作参数设置

雷达波测流机器人，直流电机的工作参数按下面步骤操作(如果电机安装方向相反，则查阅相应技术文档)。

将电脑串口连接到UIM2501电机驱动器上，打开电机设置参数软件，设置电机工作参数。

2、GPRS通讯模块工作参数设置

雷达波测流机器人通过安装在箱内的GPRS通讯模块和中心站进行远程数据、指令的交互。GPRS通讯模块采用深圳宏电生产的H7118C型模块。

用电脑打开通讯模块设置软件，给模块上电，进行工作参数的设置。

"波特率"表示控制器和GPRS通讯模块通过串口进行数据通讯的波特率，此处设置为 9600。注意GPRS模块的通讯波特率出厂默认设置为57600，修改为9600后，需要将软件的通讯端口波特率设置为9600.

“DTU身份识别码”一般设置11位的SIM卡卡号，如果是13位的物联网专用卡，则将第11位设置为固定的“7”,后面10位保持原号码。例如湖南邵阳石马江水文站雷达波测流机器人采用卡号为1064811640447的13位物流网专用卡，则这里将DTU身份识别码设置为74811640447。同步中心站服务器中的站码和SIM卡号也要对应设置。

“调试信息”设置为INFO；“与DSC的通讯方式1”设置为TCP+DDP；“DSC的IP地址1”设置为211.149.236.124.；“DSC的端口1”设置为5002.

3、雷达波测流机器人工作参数设置

将拨码开关1、2脚拨上，3、4脚拨下，给机器人供电。在电脑上打开机器人现场参数设置软件，主要设置如下参数：

(1)10位站点编码。注意和中心站服务器中设置的该站点的站点编码要一致；

(2)水位测验垂线编号。注意，如果雷达波测流机器人没有外接雷达水位计，则该编号设置为0。

(3)水位计安装高程。

(4)系统当前状态。系统当前状态分为“正常状态”和“不正常状态”。如果雷达波测流机器人的各种传感器和工作参数全部设置完成，则设置为“正常状态”，雷达波测流机器人上电后，会主动运行到设置好的水位测验垂线编号对应的位置开始测验水位。

如果雷达波测流机器人没有设置好工作参数，或者没有外接雷达水位计，则选择“不正常状态”。这样雷达波测流机器人上电后，会自动停靠在岸基充电桩位置。

(5)充电桩起点距和限位开关起点距。

(6)水位节点数据。

(7)测流时间间隔。

(8)水位涨落起测条件。

(9)流速测验历时。

(10)电机驱动参数。

(11)测流大断面上所有测速垂线起点距数据。

(12)低、中、高水位时对应的测速垂线编号数据。注意，这里设置的是垂线编号，不是起点距数值。

雷达波测流机器人设置工作参数与测流断面对应关系如图17所示。

4、雷达波测流机器人中心站服务器参数设置

(1)打开服务器上的数据库，打开radarflow_njby数据库的HBM_STINFO_B库表，添加新站点信息，主要输入：(a).STCD栏中输入10位站点编码(注意要和现场的测流机器人设置的10位站点编码一样)，(b).STNM栏中输入站点名称，(c).SIM栏中输入SIM卡号， (d).PWD栏中输入手机APP登录密码(一般和站点编码一样)，(e).WLTYPE栏中输入水位计工作类型，0-表示测流机器人没有外接雷达水位计，1-表示测流机器人外接了雷达水位计。

(2)设置完站点信息后，可以在HDP_XSMSRS_O库表中设置该站点的大断面数据，低、中、高水的测速垂线编号数据，水位基值数据和水面流速系数数据。也可利用中心站服务器远程设置参数软件查询和设置大断面数据。

(3)利用远程设置软件设置其他工作参数。

没有外接雷达波水位计时，测流机器人水位信息的获取是通过中心站服务器软件定时下发存储在HY_SWL_NJBY库表"SWL"字段中的水位值。该水位数据由其他遥测终端设备采集再填入数据库字段中。其中，雷达波测流机器人外接雷达水位计后，可不考虑采用该库表字段。

下面对雷达波测流机器人整体测试的过程进行说明。

1、雷达波测流机器人初次上电运行步骤

雷达波测流机器人设置完所有工作参数后，将雷达波测流机器人供电开关打开，进行供电。雷达波测流机器人初次上电后，按如下步骤进行运行:

(1)、如果测流机器人没有接触充电桩，则会启动电机，往岸基充电桩方向运行(最长运行距离为4m停止，如果1分钟后没有检测到岸基充电电压，则会再次启动电机往岸基充电桩方向运行4m)，直到检测到岸基充电电压则停止。如果测流机器人上电后即检测到岸基充电电压，则不启动电机往岸基充电桩方向运行；

(2)、测流机器人检测到岸基充电电压后，如果工作参数设置了采集雷达水位计及相关参数，则再次启动电机，从岸基充电桩方向运行到设定的水位测验位置。当测流机器人到达水位测验位置后，会立即进行水位测验。然后按5分钟间隔启动雷达水位计进行水位测验；

(3)、如果满足测流条件，则测流机器人从测水位的位置运行到第1条测速垂线位置(测速垂线的具体数量和起点距位置，根据低、中、高水位时自动调取)，开始第1条测速垂线上方进行水面流速测验。完成第1条测速垂线的流速测验后，再往第2条测速垂线处运行，依次类推，完成设定所有测速垂线的流速测验；

(4)、完成所有测速垂线水面流速测验后，测流机器人从最后1条测速垂线高速返回岸基充电桩方向，距离岸基充电桩2米左右时，测速机器人自动停止，准备切换为低速返回；

(5)、测流机器人低速返回到岸基充电桩后，如果供电电压达到设定工作电压值，再次启动电机，从岸基充电桩再次返回到水位测验位置；

(6)、测流机器人到达水位测验位置后，关闭电机，开始水位测验并等待下个流量测验周期；

2、雷达波测流机器人室内整体测试步骤

雷达波测流机器人正式室外运行之前，必须按如下步骤进行完整的室内整体测试，步骤如下：

(1)、室内整体测试准备好岸基充电桩(或12V直流电源，模拟岸基充电桩)，及万用表等相关检测工具；

(2)、雷达波测流机器人外接传感器等传感器及设备安装完成；

(3)、将拨码开关1、2拨上，3、4拨下；

(4)、将DB9公母交叉线一端连接到控制箱串口上，另外一端连接到计算机串口上；

(5)、启动系统现场参数设置软件，界面如图16所示；

(6)、给测流机器人供电，观测电机供电指示灯是否闪烁，略等2秒后，驱动轮是否往岸基充电桩方向转动。同时观测软件界面上“实时状态显示”栏中是否接收到相关信息，参考内容如下：

2018/04/2915:58:49,收到:BABA数据,站点编码:0002320003,机器人当前工作状态号为:03,机器人当前处于正在从充电桩返回到水位测验位置,系统为正常工作状态,,系统没接收过下发水位数据,供电电压:15.73(V),充电桩电压:12.87(V),测速垂线总数量:05,当前处于起点距:0.60(m),,运行目标起点距:23.06(m),当前运行脉冲数:1285252,(约前进22.41(m),(1m＝57347脉冲)

(7)、观测测流机器人运行到岸基充电桩位置后，是否立即停止。或者测流机器人启动电机运行3秒后，将12V直流电源正负极分别连接到测流机器人充电桩的正负极，注意正负极切不可接反，测试前必须仔细检查。测流机器人检测到岸基充电桩电压后，会将当前测流机器人的状态信息通过串口发送给软件；

(8)、测流机器人在岸基充电桩略停2秒左右，再次启动电机，准备往水位测验位置运行，此时通过串口发送状态信息。注意观测驱动轮的旋转方向；

(9)、测流机器人到达水位测验位置后，立即开始水位测验，注意观测软件是否接收到水位测验时的瞬时水位数据，如果接收到，表示雷达水位传感器正常。接收到的水位数据参考如下；

2018/04/29 20:54:37,收到:0002320003,站点雷达水位计当前输出值为:01030206917A48

16进制表示的相对水位值为0691，转换为10进制为16.81米。

(10)、室内测试前，所设工作参数必须具备可以满足高水测验条件，当测流机器人测验水位到达高水后，立即启动流量测验，此时注意观测驱动轮的旋转方向。同时观测软件接收界面上的显示信息；

(11)、在测流过程中注意观测软件界面上是否显示接收到瞬时流速数据，参考信息如下：2018/04/2917:37:51,收到:ABAB数据包，不解析。

如果接收到以上瞬时流速数据，表示雷达波流速仪传感器工作正常。

(12)、注意观测整个测流过程是否正常，软件所接收的信息是否完整。软件接收的显示信息是否符合设置的工作参数；

(13)、当测流机器人完成所有测速垂线的测验后，雷达波测流机器人启动电机从最后一根测速垂线往岸基充电桩方向运行，注意观测驱动轮的旋转方向和软件界面上接收的显示信息；

(14)、当测流机器人停止高速运行后，略停2秒，转换为低速运行状态，注意观测；

(15)、当测流机器人低速运行到岸基充电桩后，立即停止。或者将12V直流电源正负极连接到测流机器人充电正负极上。注意正负极不可接错，否则会引起不可预估损坏。测试前必须提前单独测试，做好准备；

(16)、如果用12V直流电源模拟岸基充电桩测试，当测流机器人低速运行3秒后，用直流电源正负极连接测流机器人充电正负极，观测驱动轮是否立即停止，同时观测软件界面上是否显示状态信息；

(17)、当锂电池供电电压满足工作电压后，测流机器人在岸基充电桩位置略停2秒，再次启动电机往水位测验位置运行，注意观测驱动轮旋转方向和软件界面上接收的信息；

(18)、当测流机器人运行到水位测验位置后，停止电机运行，注意观测驱动轮的旋转圈数和软件上显示的界面是否一致；

(19)、完成以上步骤测试后，将控制盒拨码开关的1、2脚拨下、3、4脚拨上，再次进行上述步骤测验，同时观测服务器端软件是否接收到水位及流速流量数据；

(20)、如果以上步骤测试全部完成，则可将测流机器人对应悬挂在相应站点准备正式投放。

根据本发明实施例的雷达波自动测流机器人，为高度集成的测流产品，现场环境适应能力强，对于河流漫滩面积大，不适合自记井建设及人工实施测流工作困难的河流断面进行水位、流速和流量的自动测验，雷达波测流机器人利用两根不锈钢钢丝绳做导轨。

雷达流速仪、雷达水位计、直流步进电机、激光测距仪、控制器、GPRS通讯模块、倾斜计、温度计、太阳能电池板和锂电池等设备安装在雷达波测流机器人的箱体内外，雷达波测流机器人驱动为2轮前驱、2个从动轮辅助，通过4个不锈钢转向轮悬挂在导轨钢丝绳上，雷达波测流机器人内的控制器通过设定测流时间及实时水位自动判断并控制测流工作，雷达波测流机器人运行到测流断面指定测速垂线上方，进行水面流速的自动测验，当完成测流后，雷达波测流机器人将自动回到水位测量点监测水位，雷达波测流机器人顶部太阳能板和车内锂电池为车内设备提供电源，当箱体内的控制器检测到车内电压低于设定值，顶部的太阳能电池板又不能在短时间内补充电源时，雷达波测流机器人会自动回到岸基充电桩位置进行快速辅助充电。双轨自驱移动式雷达波测流机器人可用于建设无人值守水文站，满足水位、流速和流量的全自动测验。

本发明通过雷达波流速仪实测水面流速，通过用雷达水位计实测水位，再根据水面流速系数计算出垂线平均流速，从而根据流速面积法，实现流量的自动测验。雷达波自动测流机器人改变了传统的人工测流操作模式，实现了流量的全自动测验，彻底解放了水文测验生产力，达到了水文人进城的实际效果。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (10)

1.一种雷达波自动测流机器人，其特征在于，所述雷达波自动测流机器人安装在测流断面两岸之间的导轨上，包括：机器人主体、太阳电池板、控制盒、驱动轮、从动轮、充电桩、锂电池、电机运行指示灯、雷达流速仪、雷达水位计，其中，所述机器人主体为矩形箱体结构，所述机器人主体的内部安装有分别位于两侧的驱动轮和从动轮，在所述驱动轮和从动轮之间设置有直流电机和控制盒，所述直流电机与所述驱动轮连接，所述机器人主体内还设置有与所述控制盒连接的GPRS通信模块，

在所述机器人主体的顶部设置有太阳能电池板、所述机器人主体的底部安装有雷达测速仪、电机运行指示灯、供电开关、温度计和锂电池，所述雷达测速仪通过数据线与所述机器人主体连接；所述机器人主体的一侧安装有岸基辅助充电桩接口板，其中，所述充电桩接口板邻近所述驱动轮；

所述雷达波自动测流机器人的工作过程如下：

非测流状态时，所述雷达水位计用于测量雷达水位计到水面的高度，再根据所述雷达水位计的安装高程，计算当前水位；所述机器人主体根据当前水位，按设置的低、中、高水位节点，从测流模型中选择对应的测速垂线数量和起点距；

在测流状态时，所述雷达波测流机器人根据其在测流断面上的当前位置，计算出雷达波测流机器人到第一测速垂线的距离，然后换算成所述直流电机的旋转圈数，雷达波测流机器人向安装在箱体内的电机控制器发送电机使能指令，电机供电；电机按指定的圈数旋转到位后，通知所述雷达波测流机器人，控制所述雷达流速仪开始对第一测速垂线处的水面流速进行测验，完成水面流速测验后，并通过所述通信模块将水位和流速发送给地面的在线测流控制平台，在线测流控制平台根据第一测速垂线的水面流速系数，计算第一测速垂线的垂线平均流速；再根据右水边的岸边系数，计算出邻近一侧水边和第一测速垂线之间的部分平均流速；并根据实测水位，计算右水边和第一测速垂线之间的面积，按流速面积法，计算出右水边和第一测速垂线之间的流量Q1；

采用上述方式分别计算相邻两条测速垂线之间的流量，以及最后一条垂线与另一侧水边之间的流量，所述雷达波测流机器人完成所有垂线流速测验后，将所有数据发送给在线测流控制平台计算出流量后，从而完成断面流量的测验。

2.如权利要求1所述的雷达波自动测流机器人，其特征在于，所述雷达水位计安装于岸边的立柱上，或者安装在所述机器人主体的另一侧，所述雷达水位计邻近所述驱动轮设置。

3.如权利要求1所述的雷达波自动测流机器人，其特征在于，在测流断面左右两岸立柱上拉两根不锈钢钢丝绳作为导轨，导轨钢丝绳的另外一端用高强度的拉力弹簧和紧固花篮螺丝固定在立柱上，所述雷达波自动测流机器人安装在所述导轨上。

4.如权利要求1所述的雷达波自动测流机器人，其特征在于，所述导轨架设在两岸的检修平台上，其中，所述检修平台包括：地笼、地锚、安装在所述地笼上的立柱，在所述立柱的的上方设有转向轮、遮阳棚和用于运行所述导轨的钢丝绳，其中，在所述立柱上安装有脚蹬供人员攀登。

5.如权利要求1所述的雷达波自动测流机器人，其特征在于，所述雷达波测流机器人计算出第一测速垂线和第二测速垂线之间的流量，包括如下步骤：根据第二测速垂线起点距位置，计算从第一测速垂线到第二测速垂线的行驶距离，控制机器人本体移动到第二测速垂线上方；雷达波测流机器人控制雷达流速仪开始对第二测速垂线处的水面流速进行测验，完成水面流速测验后，雷达波测流机器人根据第二测速垂线的水面流速系数，计算第二测速垂线的垂线平均流速并通过所述通信模块发送给在线测流控制平台；所述在线测流控制平台计算出第一和第二测速垂线之间的部分平均流速。并根据实测水位，计算第一和第二测速垂线之间的面积，按流速面积法，计算出第一和第二测速垂线之间的流量Q2。

6.如权利要求1所述的雷达波自动测流机器人，其特征在于，所述雷达波测流机器人箱体顶部的太阳能电池板和内部的锂电池，均用于为内部设备提供电源，当箱体内的控制器检测到锂电池电压低于预设阈值时，且所述太阳能电池板无法及时补充电源时，则所述雷达波测流机器人自动回到岸基充电桩位置进行快速辅助充电。

7.如权利要求1所述的雷达波自动测流机器人，其特征在于，还包括：安装于移动终端带上的APP应用，所述APP应用用于向所述雷达波测流机器人发送指令和修改的测流参数，并接收来自所述雷达波测流机器人的返回的测量数据，自动完成流量测算，并向用户提供任意测次流量成果显示和查询功能。

8.如权利要求1所述的雷达波自动测流机器人，其特征在于，所述雷达波自动测流机器人包括以下测流模式：

a)定时施测模式，每天根据设定时间施测流量；

b)在非测流时间，现场能人工通过APP应用和在线测流控制平台控制增加测次；

c)加密施测模式；与前次测流水位相比，水位变幅超过±预设高度时，自动增测一次流量；

d)低水位停测模式：当水位低于设定的停测水位值时，车内控制器停止雷达波测流机器人的流量测验工作，水位测验不变；

e)低温停测模式：当工作环境温度低于设定的停测温度时，车内控制器停止雷达波测流机器人的流量测验工作，水位测验不变。

9.如权利要求1所述的雷达波自动测流机器人，其特征在于，所述控制盒的背部设置有多个接口，包括：蓄电池正负极接口、太阳能电池正负极接口、电机运行指示灯接口、DB9接口、拨码开关和SIM卡接口。

10.如权利要求1所述的雷达波自动测流机器人，其特征在于，所述通信模块采用GPRS模块和WIFI模块。