CN109883476A - 一种快速感知水情水力要素的终端装置 - Google Patents

一种快速感知水情水力要素的终端装置 Download PDF

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黄本胜
郭磊
邱静
赵璧奎
黄锋华
雷洪成
洪昌红
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    • G01D21/00—Measuring or testing not otherwise provided for
    • G01D21/02—Measuring two or more variables by means not covered by a single other subclass
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C17/00—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link
    • G08C17/02—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link using a radio link

Abstract

本发明公开了一种快速感知水情水力要素的终端装置，包括载物台，载物台上设有太阳能供电系统、主控机、无线通讯模块以及传感器模块，传感器模块获取水位、流速、渠道面积、水质和实时画面的参数并输送至主控机，最后向外传递参数。该终端装置集成化程度高、适应性强以及使用方便，具体表现在组合了多种传感器，并将传感器统一设置在载物台上，使得转移载物台便能够转移渠道上的监测位置；而且该终端装置能够开展压力水位关系研究、声波频率变化与水流流速关系研究、声呐回波数据处理及渠道截面形态关系研究等，全面分析提高测量精度。此发明用于监测设备领域。

Description

一种快速感知水情水力要素的终端装置
技术领域
本发明涉及监测设备领域，特别是涉及一种快速感知水情水力要素的终端装置。
背景技术
取水计量是贯彻落实最严格水资源管理制度的根本保证，渠道计量是实现农业取水统计的重要手段。目前，渠道计量方法主要有水工建筑物法、堰槽测流法、渠道型多普勒流速仪发、水位流量关系法等，实践表明各方法均存在一定局限性，表现为：(1)集成化程度不高。计量、数据存储以传输、供电、视频监控等功能单元相对独立，各单元之间数据通讯及辅助协调性不足，容易造成数据及功能异常。(2)计量建设难度大，维护成本高。各功能单元分属不同类型或品牌，现场安装有各自的要求，安装难度大，后续维护成本高。(3)适应性不广。不同的计量方法均存在一定的适应性要求。如水工建筑物法和堰槽法需停水土建施工，造价高，工期长；多普勒流速仪法造价高、易受外界干扰；水位流量关系法精度低、率定难度大等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高集成、高稳定、高适应、轻量化、简便化的快速感知水情水力要素的终端装置。
本发明所采取的技术方案是：
一种快速感知水情水力要素的终端装置，包括载物台，所述载物台上设有太阳能供电系统、主控机、无线通讯模块以及传感器模块，太阳能供电系统向主控机、无线通讯模块和传感器模块供电，传感器模块获取水位、流速、渠道面积、水质和实时画面的参数并输送至主控机，主控机连接无线通讯模块向外传递参数。
作为上述方案的改进，载物台为棒体状，太阳能供电系统包括太阳能板和蓄电池，所述传感器模块包括可见光摄像头、红外线摄像头、声呐传感器、水质传感器、水位传感器、流速传感器和自校传感器，所述太阳能板设置在载物台的上端，可见光摄像头和红外线摄像头设置在载物台的上端，并且在使用时高于水面，声呐传感器、水质传感器、水位传感器、流速传感器和自校传感器设置在载物台的下端，并且在使用时低于浸入水面。
作为上述方案的改进，水位传感器为压力传感器。
作为上述方案的改进，流速传感器为多普勒流速传感器，多普勒流速传感器包括多个声波发射装置，多个发声装置沿载物台的轴向分布。
作为上述方案的改进，载物台安装在渠道中，声呐传感器通过声波反射获取渠道的固璧边界。
作为上述方案的改进，水质传感器至少包括监测密度、盐度和浊度指标的小型传感器。
作为上述方案的改进，无线通讯模块使用GPRS网络传递数据。
作为上述方案的改进，传感器模块还包括热成像摄像头。
作为上述方案的改进，载物台的管壁为夹层结构，包括外管壁和内管壁，主控机、蓄电池和无线通讯模块安装在内管壁的内侧，传感器模块安装在外管壁上。
作为上述方案的改进，载物台内注入有惰性气体。
本发明的有益效果：该终端装置集成化程度高、适应性强以及使用方便，具体表现在组合了多种传感器，并将传感器统一设置在载物台上，使得转移载物台便能够转移渠道上的监测位置；而且该终端装置能够开展压力水位关系研究、声波频率变化与水流流速关系研究、声呐回波数据处理及渠道截面形态关系研究等，全面分析提高测量精度。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1是终端装置的立体图；
图2是主控机与相关零部件连接的示意图。
具体实施方式
该终端装置的使用环境是安装在渠道内，而渠道结构简单，横截面主要分为矩形和梯形。
参照图1和图2，本发明为一种快速感知水情水力要素的终端装置，包括载物台1，所述载物台1上设有太阳能供电系统、主控机、无线通讯模块以及传感器模块，太阳能供电系统向主控机、无线通讯模块和传感器模块供电，传感器模块获取水位、流速、渠道面积、水质和实时画面的参数并输送至主控机，主控机连接无线通讯模块向外传递参数。
作为优选，载物台1为棒体状，为了安装方便，下端为圆锥状；当然也可以根据实际情况变更为圆柱体或墩台。太阳能供电系统包括太阳能板2和蓄电池，本实施例中蓄电池采用锂电池。所述传感器模块包括可见光摄像头3、红外线摄像头4、声呐传感器5、水质传感器6、水位传感器7、流速传感器8和自校传感器9。太阳能板2设置在载物台1的上端，既可以分布在载物台1的360°的侧面，也可以分布在载物台1的顶面，提高采光面积。可见光摄像头3和红外线摄像头4设置在载物台1的上端，并且在使用时高于水面，声呐传感器5、水质传感器6、水位传感器7、流速传感器8和自校传感器9设置在载物台1的下端，并且在使用时低于浸入水面。
参照图2，主控机连接各个传感器，收集传感器反馈上来的参数，并将这些参数通过无线通讯模块传递到服务器。无线通讯模块与主控机可以是一体化的，购买回来后调试完毕便可使用。
上述传感器可以直接选型使用。本实施例中，水位传感器7为压力传感器，由压力确定水位，水位越高压力传感器受到的压强越大。流速传感器8为多普勒流速传感器，多普勒流速传感器包括多个声波发射装置，多个发声装置沿载物台1的轴向分布，当各个发生装置没与水下时，可以测定断面每层的平均流速。声呐传感器5通过声波反射获取渠道的固璧边界，通过自适应的率定算法并结合水位传感器7，可以确定安装点渠道的横截面积。水质传感器6至少包括多个能够监测密度、盐度和浊度指标的小型传感器，原理是采用电化学法，监测水质参数突变，判断水体质量变化。可见光摄像头3和红外线摄像头4可以直观反应渠道的水流；也可以进一步设置热成像摄像头，用于探测水体温度的变化，从而感知水体质量的变化。无线通讯模块使用GPRS网络传递数据。
作为优选，载物台1的管壁为夹层结构，做成真空或填充隔热材料，起到隔热的功能，主要包括大直径的外管壁和小直径的内管壁，主控机、蓄电池和无线通讯模块安装在内管壁的内侧，传感器模块安装在外管壁上，确保电器环境良好。
作为优选，载物台1内注入有惰性气体，进一步确保内部电路正常运行。
该终端装置集成化程度高、适应性强以及使用方便，具体表现在组合了多种传感器，并将传感器统一设置在载物台1上，使得转移载物台1便能够转移渠道上的监测位置；而且该终端装置能够开展压力水位关系研究、声波频率变化与水流流速关系研究、声呐回波数据处理及渠道截面形态关系研究等，全面分析提高测量精度。
当然，本设计创造并不局限于上述实施方式，上述各实施例不同特征的组合，也可以达到良好的效果。熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种快速感知水情水力要素的终端装置，其特征在于：包括载物台(1)，所述载物台(1)上设有太阳能供电系统、主控机、无线通讯模块以及传感器模块，太阳能供电系统向主控机、无线通讯模块和传感器模块供电，传感器模块获取水位、流速、渠道面积、水质和实时画面的参数并输送至主控机，主控机连接无线通讯模块向外传递参数。
2.根据权利要求1所述的快速感知水情水力要素的终端装置，其特征在于：所述载物台(1)为棒体状，太阳能供电系统包括太阳能板(2)和蓄电池，所述传感器模块包括可见光摄像头(3)、红外线摄像头(4)、声呐传感器(5)、水质传感器(6)、水位传感器(7)、流速传感器(8)和自校传感器(9)，所述太阳能板(2)设置在载物台(1)的上端，可见光摄像头(3)和红外线摄像头(4)设置在载物台(1)的上端，并且在使用时高于水面，声呐传感器(5)、水质传感器(6)、水位传感器(7)、流速传感器(8)和自校传感器(9)设置在载物台(1)的下端，并且在使用时低于浸入水面。
3.根据权利要求2所述的快速感知水情水力要素的终端装置，其特征在于：水位传感器(7)为压力传感器。
4.根据权利要求3所述的快速感知水情水力要素的终端装置，其特征在于：流速传感器(8)为多普勒流速传感器，多普勒流速传感器包括多个声波发射装置，多个发声装置沿载物台(1)的轴向分布。
5.根据权利要求4所述的快速感知水情水力要素的终端装置，其特征在于：载物台(1)安装在渠道中，声呐传感器(5)通过声波反射获取渠道的固璧边界。
6.根据权利要求5所述的快速感知水情水力要素的终端装置，其特征在于：水质传感器(6)至少包括监测密度、盐度和浊度指标的小型传感器。
7.根据权利要求6所述的快速感知水情水力要素的终端装置，其特征在于：无线通讯模块使用GPRS网络传递数据。
8.根据权利要求7所述的快速感知水情水力要素的终端装置，其特征在于：传感器模块还包括热成像摄像头。
9.根据权利要求2至8中任一项所述的快速感知水情水力要素的终端装置，其特征在于：载物台(1)的管壁为夹层结构，包括外管壁和内管壁，主控机、蓄电池和无线通讯模块安装在内管壁的内侧，传感器模块安装在外管壁上。
10.根据权利要求9所述的快速感知水情水力要素的终端装置，其特征在于：载物台(1)内注入有惰性气体。
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