CN110306514A - 一种冲水及排水流程的船闸开关的监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种冲水及排水流程的船闸开关的监控系统，包括信息采集模块、计算模块、监控模块、三维成像模块、液面‑时间变化模块和控制模块，所述信息采集模块与计算模块相连接，所述计算模块与监控模块相连接，所述监控模块与三维成像模块相连接，且监控模块与液面‑时间变化模块相连接，所述三维成像模块和液面计算模块均与控制模块相连接。本发明通过信息采集模块收集船闸的常量信息，计算模块能够对船只通过船闸的时间进行最小的估算，在船闸通过船闸时，监控模块观察船只在船闸内部的运行状况，三维成像模块得到船只具体运行状况，从而方便在船闸或船只受损的状况下，工作人员能够对船只或船闸进行维修。

Description

一种冲水及排水流程的船闸开关的监控系统

技术领域

本发明属于船闸管理技术领域，特别涉及一种冲水及排水流程的船闸开关的监控系统。

背景技术

船闸在使用时，需要将上游或下游的水冲到船闸内部以及将船闸内部的水排放到上游或下游中，水位都是通过高处往低处流动，需要完全监控充水与泄水流程，达到目标水位。而船只在船闸内部时，当需要调整船闸内部水位时，船只可能在船闸内部产生晃动，进而会对船闸内部产生损伤，可能出现船只碰撞船闸内部的状况，而碰撞时，工作人员无法对碰撞区域进行确定，从而浪费船只通过船闸的时间。当船只需要从上游进入到下游或从下游进入到上游，没有精确计算船只通过时间时，则会浪费大量的时间，进而减缓了其它船只通过船闸的时间。

发明内容

针对上述问题，本发明涉及一种冲水及排水流程的船闸开关的监控系统，包括信息采集模块、计算模块、监控模块、三维成像模块、液面-时间变化模块和控制模块，所述信息采集模块与计算模块相连接，所述计算模块与监控模块相连接，所述监控模块与三维成像模块相连接，且监控模块与液面-时间变化模块相连接，所述三维成像模块和液面计算模块均与控制模块相连接，所述控制模块与信息采集模块对应连接；

所述信息采集模块：用于收集船闸内部水位的信息、进水流量、出水流量和进出水时间，通过船闸闸首水尺得到船闸内部水位的信息、通过测量模块测得进水流量和出水流量、通过秒表计算进出水时间；

所述计算模块：用于根据船闸内部水位的信息、进水流量、出水流量和进出水时间计算水位变化；

所述监控模块：用于监控船闸进水处和出水处的开关状况，监测船闸进水或出水状况；

所述三维成像模块：将摄像头拍摄图案转化为三维立体动画，拍摄图案与转化的三维立体动画分屏对应放置；

所述液面-时间变化模块：水位变化在水的流速一定的状况下，用于监测船闸内部水位与上游或下游水位齐平的时间；

所述控制模块：用于控制、收集和警报船闸的开关状况；

所述控制模块通过所述信息采集模块收集所述监控模块、三维成像模块和液面-时间变化模块产生的常量数据，所述常量数据通过所述计算模块建立水位变化模型。

优选的，所述信息采集模块包括进水量单元、出水量单元和进出水时间单元；

所述进水量单元：用于测量上游的水进入船闸或下游的水进入船闸的水量流速和流量；

所述出水量单元：用于测量船闸的水进入上游或下游的水量流速和流量；

所述进出水时间单元：在水量流速一定时，用于测量船闸内部的水位与上游或下游水位齐平时的时间。

优选的，所述计算模块根据信息采集模块收集到的船闸内部水位的信息、进水流量、出水流量和进出水时间，建立船闸内部水量变化表格。

优选的，所述计算模块根据水量变化表格建立水量变化曲线。

优选的，所述监控模块包括船闸控制单元、多个摄像头、信息接收单元和屏幕播放单元；

所述摄像头分布在船闸内部和船闸外部；与所述摄像头连接的信息接收单元；与所述信息接收单元连接的屏幕播放单元；

所述船闸控制单元：用于控制船闸闸门的打开和关闭，根据船闸闸门打开的大小来控制水的流速；

所述摄像头：用于拍摄船闸内部各个方位的图像；

所述信息接收单元：用于对摄像头拍摄的图像进行接收，将接收的图像按照摄像头在船闸内的位置进行分类；

所述屏幕播放单元：用于将信息接收单元分类的图像按照方块的方式在屏幕上呈现，在屏幕上呈现的图案对应摄像头在船闸内部的对应位置。

优选的，所述三维成像模块包括调节单元和与调节单元连接的显示单元；

所述调节单元：用于调节摄像头拍摄的图像，将拍摄的图像转化成三维立体动画，所述拍摄图案与转化的所述三维立体动画分屏对应放置；

所述显示单元：用于显示所述调节单元的图像，所述拍摄图案放置在播放的屏幕中线左方，转化的所述三维立体动画放置在播放的屏幕中线右方。

优选的，所述控制模块包括中央处理模块、存储器和报警单元；

所述中央处理模块：用于控制船闸开关的工作流程；

所述存储器：用于存储船闸闸门以及关闭的时间节点、船闸内部水位和上游或下游水位高度差以及船闸内部水位与上游或下游水位从开始到齐平的时间数据收集；

所述报警单元：用于提醒工作人员对船闸进行调节；

所述存储器和所述报警单元均与所述中央处理模块连接。

本发明通过信息采集模块收集船闸的常量信息，通过计算模块能够对船只通过船闸的时间进行最小的估算，进而在船闸通过船闸时，监控模块观察船只在船闸内部的运行状况，通过三维成像模块得到船只具体运行状况，通过液面-时间变化模块得到船只从上游到下游或从下游到上游的具体时间，进而能够得到一个时间段，方便对船只的通过进行预计，避免时间浪费，从而方便在船闸或船只受损的状况下，工作人员能够对船只或船闸进行维修。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。

图1示出了本发明的冲水及排水流程的船闸开关的监控系统图；

图2示出了本发明的船闸的水的流速示意图；

图3示出了本发明的水位变化模型结构图；

图4示出了本发明的摄像头拍摄船闸内外结构图。

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，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种冲水及排水流程的船闸开关的监控系统，图1示出了本发明的冲水及排水流程的船闸开关的监控系统图。如图1所述，包括信息采集模块、计算模块、监控模块、三维成像模块、液面-时间变化模块和控制模块。所述信息采集模块与计算模块相连接，所述计算模块与监控模块相连接，所述监控模块与三维成像模块相连接，且监控模块与液面计算模块相连接，所述三维成像模块和液面计算模块均与控制模块相连接，所述控制模块与信息采集模块对应连接。

具体的，所述信息采集模块包括进水量单元、出水量单元和进出水时间单元，根据船闸闸首水尺得到船闸内部水位的信息、根据测量模块测得进水流量和出水流量、根据秒表人工计算进出水时间。

所述进水量单元：用于测量上游的水进入船闸或下游的水进入船闸的水量流速。通过V＝L/T，其中V是水的流速，是A点与B点之间的距离，是浮标从A点到B点的时间。

所述出水量单元：用于测量船闸的水进入上游或船闸的水进入下游的水量流速。示例性的，上游和下游水位高度不变，由于上游和下游水位水面面积过大，在上游和下游的水进入船闸或船闸内部的水进入上游和下游，判定上游和下游水位高度不变，上游和下游水位高度仅作为参照而设立的，并不仅限于这一种参照方式。

所述进出水时间单元：在船闸闸门的状况下，水量流速一定的状况下，用于测量监测船闸内部的水位与上游或下游水位齐平时的时间。

图2示出了本发明的船闸的水的流速示意图。如图2所示，示例性的，在船闸闸门处，通过浮标法来检测水的流速。即在船闸闸门处选择A、B两点，将浮标放入水面，通过秒表测出浮标从A点漂到B点所需时间，并测量出A、B两点的距离，通过V＝L/T计算得到水的流速，每隔一段时间对船闸闸门的流速进行计算，然后将多个流速进行平均计算，得到流速的平均值，方便计算水的流量。其中，浮标法仅作为举例来进行示例性说明，并不仅限于浮标法这一种，例如自动测速仪等其它测量方式。

需要对船闸闸门处对水的流量进行检测时，通过浮标法检测出水的流速，通过Q＝FV计算得到水的流量，其中，Q为水的流量，F为船闸闸门处水流的截面面积，V是水的流速。

所述计算模块：用于根据信息采集模块收集到的船闸内部水位的信息、进水流量、出水流量和进出水时间，建立水位变化表格，从而计算模块根据水量变化表格建立水量变化曲线。方便建立水的流量与水的流速的关系对照，进而能够确定在一段时间内，流量与流速呈正比例关系。

图3示出了本发明的水位变化模型结构图。如图3所示，水位变化模型中需要得到的进水量单元、出水量单元和进出水量时间单元内部的确切信息，其中，包括进水流速、出水流速、进水流量、出水流量、进出水时间。由V＝L/T和Q＝FV建立水的流速与水的流量的关系，当上游或下游的水进入船闸以及船闸的水进入上下或下游时，水的流速随着时间变化而逐渐降低，将一段时间内的水的流速计算平均值，而水的截面面积也随之时间的变化而之间减小，将一段时间内的水的截面面积计算平均值，方便计算水的流量。

示例性的，计算模块在信息采集模块中得到的具体水量信息，在限制一定条件的情况下，进而能够建立水位变化与时间、开口大小和流速的变化关系，在变化关系的基础上建立柱状图和折线图，从而能够体现信息中变化量之间的对比关系。在上游或下游的水进入船闸以及船闸内部的水进行上游或下游时，由于上游或下游在一定程度上的水面巨大，水平面上升的高度或下降的高度在一定程度上忽略不计，因此，在一定程度上表明，上游或下游的水面是不变的，方便通过船闸闸首水尺得到上游或下游与船闸内部的水位差，方便通过计算模块来计算水面齐平的时间和流量大小等常量信息。示例性的，水尺仅作为一个观察船闸内部水位的方式，并不限于水尺这一种方式，例如自动水位采集系统，通过自动水位采集系统实时采集船闸内部的水位变化状况，也能减小水尺检测的误差。

具体的，所述监控模块包括船闸控制单元、分布在船闸内部的多个摄像头、与摄像头连接的信息接收单元、与信息接收单元连接的屏幕播放单元。

所述船闸控制单元：用于控制船闸闸门的打开和关闭，根据船闸闸门打开的大小来控制水的流速，能够实现船闸内部水位高度的控制效果，进而能够控制船只进入或出去船闸的时间；

所述摄像头：用于拍摄船闸内部各个方位的图像；

所述信息接收单元：用于对摄像头拍摄的图像进行接收，然后将接收的图像按照摄像头在船闸内的位置进行分布；

所述屏幕播放单元：用于将信息接收单元分类的图像按照方块的方式在屏幕上呈现，在屏幕上呈现的图案对应摄像头在船闸内部的对应位置，从而方便通过屏幕观察到船闸内部对应的位置，当船闸出现问题，方便根据摄像头拍摄的图案对应位置来对船闸进行维修。

示例性的，对船闸进行监控时，在船闸内部分布放置多个摄像头，能够拍摄船闸内部的各个地点的具体状况。船闸内部摄像头分布的高低位置与屏幕播放单元上显示的位置一样，方便一个摄像头对应一个显示屏，在位置上进行确定后，方便根据屏幕的位置来确定摄像头的准确方位。由于船闸内部的水位变化容易影响摄像头的外壳，摄像头长时间泡在水里，进而导致摄像头损坏的状况发生，所以根据屏幕损坏的状况来对摄像头进行更换，增加船闸的使用效果。当摄像头出现损坏时，若不对摄像头进行更换，有可能无法观看水位的变化关系，从而无法让船只进入船闸内部。

具体的，所述三维成像模块包括调节单元和与调节单元连接的显示单元。

所述调节单元：用于调节摄像头拍摄的图像，将拍摄的图像转化成三维立体动画，并将拍摄图案与转化的三维立体动画分屏对应放置；

所述显示单元：用于调节摄像头拍摄的图像，将拍摄的图像转化成三维立体动画，所述拍摄图案与转化的所述三维立体动画分屏对应放置，调取摄像头对应屏幕时，调节单元将原拍摄图案转化为三维立体动画分屏。

示例性的，摄像头拍摄的图案通过调节单元转化为三维立体动画，进而能够将船闸闸门的效果转化为动态三维立体效果，方便维护人员对船闸进行操控，并且转换后的三维立体动画与原拍摄图案在一个屏幕中左右对照放置，从而方便对船闸进行控制和操控。

所述液面-时间变化模块：船闸闸门打开时，当船闸内部的水流进入上游或下游，当上游或下游水流进入船闸内部时，监测水从开始流动到结束的时间。

图4示出了本发明的摄像头拍摄船闸内外结构图。如图4所示，具体的，所述控制模块包括中央处理模块、存储器和报警单元。

所述中央处理模块：用于控制船闸开关的工作流程；

所述存储器：用于存储船闸闸门打开以及关闭的时间节点、船闸内部水位和上游或下游水位高度差以及船闸内部水位与上游或下游水位从开始到齐平的时间等一系列数据收集；

所述报警单元：船只进入闸道后，在水位变化时，通过报警单元通知相关技术人员，然后对船闸内部进行补水或抽水工作，从而保证船只的稳定性。

存储器存储的所有信息，包括水的流速、上游或下游与船闸水位差变化时间、船闸闸门大小和船闸内部水量变化图片信息等一系列信息通过输入到水量变化模型里，中央处理模块控制船闸开关，在一个常量一定时，通过水量变化模型得到另一个常量的信息。示例性的，确定船闸闸门打开大小时，进而得到上游或下游水流入船闸的流速以及船闸水流入上游或下游水的流速，进而能够根据流速来算出水位差变化到零的时间，船闸闸门大小仅仅是作为示例说明，并不仅限于这一种示例说明。

示例性的，摄像头拍摄到船闸内部的水位处于上游水位和下游水位之间时：

当上游水位高于下游水位时，船只从上游进入到下游，不需要规定船只通过时间时，将船闸与上游之间的船闸闸门打开，且船闸闸门大小一定后，上游的水进入船闸内部，等到船闸内部的水位与上游水位齐平时，船闸闸门完全打开，船只进入到船闸内部，然后关闭船闸与上游之间的船闸闸门。打开船闸与下游之间的船闸闸门，船闸闸门大小一定，从而能够减缓船只下降的速度，减小船只与船闸内部墙面的碰撞率，等到船闸内部的水位与下游水位齐平时，船闸闸门完全打开，船只则从船闸进入下游；

当上游水位低于下游水位时，船只从上游进入到下游，将船闸闸门由关闭变成打开状态，从而将船闸与上游之间的船闸闸门打开，且船闸闸门大小一定后，船闸内部的水进入上游，等到船闸内部的水位与上游水位齐平时，完全打开船闸与上游之间的船闸闸门，船只从上游进入船闸，关闭上游与船闸之间的船闸闸门。打开下游与闸道之间的船闸闸门，下游的水通过船闸闸门进入船闸内部，船闸内部的水位升高，等到船闸内部的水位与下游水位一样时，完全打开船闸闸门，船只则从船闸进入下游；

示例性的，当船只在船闸内部时，需要升高或降低船闸内部的水位时，船只进入船闸后，在水位变化时，通过报警单元率先通知相关技术人员，然后对船闸内部进行补水或抽水工作，从而保证船只的稳定性，此时要打开船闸与上游或下游之间的船闸闸门，方便改变船闸内部的水位；在船只进入闸道时，要监控船只本身的稳定性，当船闸内部水位变化时，若船只的晃动程度较大，则立刻停止变化水位，等到船只稳定后，检修出晃动原因，然后缓慢的变化水位的高低。

控制模块通过控制船闸的船闸闸门打开或关闭，得到一系列的水量数据，存储并记录后，通过水量数据建立水位变化模型，进而能够得到数据之间的相互关系，并且在水位变化时，通过屏幕播放单元中的对照演示，方便对船闸进行完全控制。

通过摄像头拍摄船闸闸门大小、通过计算模块来得到水的流速、水的流量以及水位差为零时的时间对比关系，控制模块将船闸闸门大小与水的流速、水的流量以及水位差为零时的时间对比关系的水量数据传输到水位变化模型中。中央处理模块通过存储器存储并控制船闸的工作状况，通过确定单个常量，在水位变化模型中，利用模型的对比关系，方便调整常量的具体数据，进而通过模型的数据变化达到快速调节船闸内部水位的效果，同时通过摄像头与观察屏幕播放单元对应的方式来对摄像头进行对比。通过屏幕找到对应的摄像头，在摄像头损坏时，能快速的找到损坏的摄像头，进而达到摄像头的更换效果，船只在船闸内部移动时，通过监控模块观察船只在船闸内部的移动状况，并通过三维成像模块将船只图像转化为三维立体运行动画，进而能够实时观察船闸和船只的整体性，避免船只和船闸收到损伤。并且在船闸或船只收到损坏时，停止船只运行，工作人员能够通过三维成像模块来找到损坏位置，进而对损坏位置进行检修。

当船闸闸门大小一定时，能够通过水位变化模型得到船闸闸门处水流的流速和流量。由V_体积＝QT_齐平得到船闸内部水位与上游或下游水位齐平的时间，V_体积为船闸与上游或下游从有水位差到水位差为零时的体积，T_齐平船闸与上游或下游从有水位差到水位差为零时的时间，在V_体积和Q确定的状况下，能够得到T_齐平。从而方便确定船闸从上游或下游进入船闸的最低时间，进而船只过多的在上游或下游排队时，能够计算船只从上游到下游的最低时间为两倍的T_齐平，进而能够对船只通过时间进行规划，节约船只的通过时间。

通过信息采集模块收集船闸的常量信息，通过计算模块能够对船只通过船闸的时间进行最小的估算，进而在船闸通过船闸时，监控模块观察船只在船闸内部的运行状况。通过三维成像模块得到船只具体运行状况，通过液面-时间变化模块得到船只从上游到下游或从下游到上游的具体时间，进而能够得到一个时间段，方便对船只的通过进行预计，避免时间浪费。从而通过控制模块控制船闸闸门，方便在船闸或船只受损的状况下，工作人员能够对船只或船闸进行维修。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种冲水及排水流程的船闸开关的监控系统，其特征在于，包括信息采集模块、计算模块、监控模块、三维成像模块、液面-时间变化模块和控制模块，所述信息采集模块与计算模块相连接，所述计算模块与监控模块相连接，所述监控模块与三维成像模块相连接，且监控模块与液面-时间变化模块相连接，所述三维成像模块和液面计算模块均与控制模块相连接，所述控制模块与信息采集模块对应连接；

所述信息采集模块：用于收集船闸内部水位的信息、进水流量、出水流量和进出水时间，通过船闸闸首水尺得到船闸内部水位的信息、通过测量模块测得进水流量和出水流量、通过秒表计算进出水时间；

所述计算模块：用于根据船闸内部水位的信息、进水流量、出水流量和进出水时间计算水位变化；

所述监控模块：用于监控船闸进水处和出水处的开关状况，监测船闸进水或出水状况；

所述三维成像模块：将摄像头拍摄图案转化为三维立体动画，拍摄图案与转化的三维立体动画分屏对应放置；

所述液面-时间变化模块：水位变化在水的流速一定的状况下，用于监测船闸内部水位与上游或下游水位齐平的时间；

所述控制模块：用于控制、收集和警报船闸的开关状况；

所述控制模块通过所述信息采集模块收集所述监控模块、三维成像模块和液面-时间变化模块产生的常量数据，所述常量数据通过所述计算模块建立水位变化模型。

2.根据权利要求1所述的冲水及排水流程的船闸开关的监控系统，其特征在于，所述信息采集模块包括进水量单元、出水量单元和进出水时间单元；

所述进水量单元：用于测量上游的水进入船闸或下游的水进入船闸的水量流速和流量；

所述出水量单元：用于测量船闸的水进入上游或下游的水量流速和流量；

所述进出水时间单元：在水量流速一定时，用于测量船闸内部的水位与上游或下游水位齐平时的时间。

3.根据权利要求1或2所述的冲水及排水流程的船闸开关的监控系统，其特征在于，所述计算模块根据信息采集模块收集到的船闸内部水位的信息、进水流量、出水流量和进出水时间，建立船闸内部水量变化表格。

4.根据权利要求3所述的冲水及排水流程的船闸开关的监控系统，其特征在于，所述计算模块根据水量变化表格建立水量变化曲线。

5.根据权利要求1所述的冲水及排水流程的船闸开关的监控系统，其特征在于，所述监控模块包括船闸控制单元、多个摄像头、信息接收单元和屏幕播放单元；

所述摄像头分布在船闸内部和船闸外部；与所述摄像头连接的信息接收单元；与所述信息接收单元连接的屏幕播放单元；

所述船闸控制单元：用于控制船闸闸门的打开和关闭，根据船闸闸门打开的大小来控制水的流速；

所述摄像头：用于拍摄船闸内部各个方位的图像；

所述信息接收单元：用于对摄像头拍摄的图像进行接收，将接收的图像按照摄像头在船闸内的位置进行分类；

所述屏幕播放单元：用于将信息接收单元分类的图像按照方块的方式在屏幕上呈现，在屏幕上呈现的图案对应摄像头在船闸内部的对应位置。

6.根据权利要求1所述的冲水及排水流程的船闸开关的监控系统，其特征在于，所述三维成像模块包括调节单元和与调节单元连接的显示单元；

所述调节单元：用于调节摄像头拍摄的图像，将拍摄的图像转化成三维立体动画，所述拍摄图案与转化的所述三维立体动画分屏对应放置；

所述显示单元：用于显示所述调节单元的图像，所述拍摄图案放置在播放的屏幕中线左方，转化的所述三维立体动画放置在播放的屏幕中线右方。

7.根据权利要求1所述的冲水及排水流程的船闸开关的监控系统，其特征在于，所述控制模块包括中央处理模块、存储器和报警单元；

所述中央处理模块：用于控制船闸开关的工作流程；

所述存储器：用于存储船闸闸门以及关闭的时间节点、船闸内部水位和上游或下游水位高度差以及船闸内部水位与上游或下游水位从开始到齐平的时间数据收集；

所述报警单元：用于提醒工作人员对船闸进行调节；

所述存储器和所述报警单元均与所述中央处理模块连接。