CN111623853A - 一种测量水库水位的激光测量装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种测量水库水位的激光测量装置及其测量方法，包括红外测距跟踪头和水位计靶盘，所述红外测距跟踪头设在控制塔上，外测距跟踪头包括跟踪摄像头，跟踪摄像头上方设有红外测距头，跟踪摄像头与外壳体铰接，外壳体下方与固定板转动连接，外壳体内部设有第一驱动装置和第二驱动装置，第一驱动装置驱动外壳体旋转，第二驱动装置驱动跟踪摄像头上下摆动，水位计靶盘设在水库水面上，水位计靶盘通过固定锚固定，所述红外测距跟踪头中的跟踪摄像头用于跟踪水位计靶盘的位置，并通过红外测距头射在水位计靶盘上计量水位，可以使工作人员实时掌握水库水位，不必跑到现场读取数据，节省人力，提升了装置测量水位的准确性。

Description

一种测量水库水位的激光测量装置及其测量方法

技术领域

本发明涉及水库水位测量领域，尤其是涉及一种测量水库水位的激光测量装置及其测量方法。

背景技术

水位测量是水文测量中的重要一项测量项目。目前通常是采用垂直观测的水位计进行水位测量。水位计通过水位计支架固定安装于河道的正上方，通过水位计的测距探头测量水位计与水面之间的距离而实现水位测量。由于水位计是安装于河道正上方，且水位计支架是固定的，因此，如果河床抬高，水位计支架很容易被洪水冲垮、堆积大量淤泥、或者被淹没，进而导致水位计损毁而无法进行水位测量。尤其在泥沙性河流和汛期，这种现象尤为普遍。目前水库水位的测量是水文单位工作人员的日常工作，传统一般采用水位标尺方式，在河道靠近岸边的位置设置水位标尺，利用河道靠岸的位置水流一般比较平稳、波浪不大的特点，直接在水位标尺上进行读数。这种水位标尺测量方式成本低，但是需要人工读数，无法提供连续的测量数据，而且在天气不好的情况下，读数比较困难。还有一种是利用红外线测距仪进行测距，由于红外线测距仪测量比较方便，因此被很多工作人员采用，但是目前红外线测距仪在测量水位时存在缺点如下：1、当水质比较清澈时，红外线测距仪所发射出来的红外线会穿透水体，导致测量水位不准确；2、水库水体表面有大量漂浮物时，会影响测量的准确性；3、水位数据需要人工去统计，不但耗时耗力，并且容易出错。

中国专利CN203259224U “一种红外线水库水位测量装置”括镀锌钢管（6）、透水孔一（5）、透水孔二（7）、红外线测距仪（4）、ABS 塑料管（8）、浮球（10）、红外线反射板（11）、上盖（1）、数据发射器（3）和挡板（9），其特征是：所述上盖（1）设置在镀锌钢管（6）最顶部，所述红外线测距仪（4）设置在ABS 塑料管（8）顶部，所述红外线反射板（11）安装在浮球（10）上方，所述数据发射器（3）设置在镀锌钢管（6）顶端右边。该结构局限较大，采用封闭的镀锌钢管来固定浮球和红外线反射板，长时间的使用会使透水孔堵塞，影响浮球的位置，也影响了测量数据。

中国专利CN208579812U“一种利用激光发射器测量水库水位的装置”所述钢管侧壁上设有长条状开口，所述钢管内设有浮球，所述浮球上设有反射板，所述钢管的上端设有上盖，所述的上盖上连接有激光测距仪，所述的激光测距仪连接有数据发射器。该实用新型结构简单，测距方便，可以使工作人员及时了解水库水位。这结构在实际测量过程中不便于安装，如果长条状开口被堵塞，直接影响整个水位的测量效果。

中国专利CN203811240U“俯视水位计”括水位观测探头、水平调整支架和距离转换处理装置，所述水平调整支架上设置有俯视角度调整装置，所述水位观测探头设置于所述俯视角度调整装置上；所述距离转换处理装置与水位观测探头连接。该探头需要配合垂直观测水位计一起使用才能起到检测结果，零件较多，安装复杂，且红外线测距仪所发射出来的红外线会穿透水体，导致测量水位不准确。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种测量水库水位的激光测量装置及其测量方法，解决红外线测距仪在测量水位时红外线测距仪所发射出来的红外线会穿透水体，导致测量水位不准确、水库水体表面有大量漂浮物时，会影响测量的准确性和水位数据需要人工去统计，不但耗时耗力，并且容易出错的问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种测量水库水位的激光测量装置，包括红外测距跟踪头和水位计靶盘，所述红外测距跟踪头设在控制塔上，外测距跟踪头包括跟踪摄像头，跟踪摄像头上方设有红外测距头，跟踪摄像头与外壳体铰接，外壳体下方与固定板转动连接，外壳体内部设有第一驱动装置和第二驱动装置，第一驱动装置驱动外壳体旋转，第二驱动装置驱动跟踪摄像头上下摆动，水位计靶盘设在水库水面上，水位计靶盘通过固定锚固定；

所述红外测距跟踪头中的跟踪摄像头用于跟踪水位计靶盘的位置，并通过红外测距头射在水位计靶盘上计量水位；

优选方案中，红外测距跟踪头与发射天线电连接，控制塔设在检测台上。

优选方案中，水位计靶盘包括上盘体和下盘体，上盘体和下盘体之间设有多个浮漂，所述固定锚通过锚链与下盘体连接；

所述锚链通过配置法兰与与下盘体连接。

优选方案中，所述浮漂两端设有螺孔，第一螺母穿过上盘体或/和下盘体与浮漂两端螺螺纹连接。

优选方案中，下盘体上设有至少两个配重块，配重块通过配置链与连接座连接，连接座与下盘体连接；

连接座包括连接柱和固定盘，固定盘设在下盘体上表面且通过固定盘上盘体限位，连接柱设在配置链端部，连接柱与固定盘下端螺纹连接，第二螺母穿过固定盘与连接柱螺纹连接。

优选方案中，红外测距跟踪头的跟踪摄像头下方设有安装板，安装板上设有铰接座，铰接座与第二驱动装置连接。

优选方案中，第二驱动装置包括第二驱动电机，第二驱动电机输出端设有第二涡杆，所述铰接座上设有第二涡轮，第二涡轮与第二涡杆啮合，第二涡杆通过第二涡杆安装座与外壳体连接，第二驱动电机设在外壳体侧壁上。

优选方案中，外壳体底部通过固定板设在安装座上，所述第一驱动装置与固定板连接。

优选方案中，固定板上固设有第一涡轮，第一驱动装置包括第一驱动电机，第一驱动电机输出端通过皮带与第一涡杆连接，所述第一涡杆端部设有带轮，皮带设在带轮上，所述第一涡杆通过安装座设在旋转座上，所述第一涡杆与第一涡轮啮合；

旋转座与第一涡轮之间设有多个轴承。

该方法包括：

S1、将水位计靶盘整体涂装成黄色、或者为红色；

S2、将水位计靶盘放到水库内，并通过固定锚去固定水位计靶盘的位置；

S3、在水位计靶盘下方安装配重块，防止风吹动靶盘或者水的波动；

S4、在检测台上的控制塔上安装红外测距跟踪头，并设置红外测距跟踪头内部跟踪摄像头跟踪目标为黄色、或者为红色；

S5、跟踪摄像头控制第一驱动装置和第二驱动装置来锁定水位计靶盘的位置；

S6、锁定位置后通过红外测距头射到水位计靶盘上，再反射到红外测距头，计算出红外测距头与水位计靶盘的距离；

S7、通过获得第二驱动装置中的第二驱动电机的旋转角度得出红外测距头与垂直线之间的夹角α，算出红外测距头与水库水位的距离，得出水库水位的数据；

S8、水库水位的数据通过发射天线发射到电脑，电脑记录和随时观察水库的水位变化。

本发明提供了一种测量水库水位的激光测量装置及其测量方法，浮球通过水的浮力使水位计靶盘漂浮在水面上，通过固定锚将水位计靶盘固定在一定为监测范围内，通过红外测距跟踪头跟踪监测，并通过红外测距头的红外线射在水位计靶盘上，有效的解决了红外线测距仪测量不准确的问题，且检测准确，将数据发射器将红外线测距仪测得的水位高度发送到监测站，可以使工作人员实时掌握水库水位，不必跑到现场读取数据，节省人力。提升了装置测量水位的准确性；通过摄像头采集水库内的画面，通从而使摄像头能以最佳位置采集水库的画面，摄像头也能够随时捕捉到水位计靶盘，提高了工作效率，结构简单，使用方便，适合推广使用。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1是本发明检测设备安装检测结构图；

图2是本发明水位计靶盘总体结构图；

图3是本发明水位计靶盘主视剖视结构图；

图4是本发明水位计靶盘侧视剖视结构图；

图5是本发明连接座结构图；

图6是本发明红外测距跟踪头总体结构图；

图7是本发明红外测距跟踪头内部结构图；

图8是本发明第一驱动装置内部结构图；

图9是本发明第二驱动装置内部结构图；

图中：控制塔1；发射天线2；红外测距跟踪头3；跟踪摄像头301；红外测距头302；安装板303；铰接座304；外壳体305；旋转座306；红外路径4；水位计靶盘5；上盘体501；浮漂502；下盘体503；第一螺母504；固定锚6；检测台7；配重块8；锚链9；配置链10；连接座11；固定盘1101；第二螺母1102；连接柱1103；配置法兰12；安装座13；固定板14；第一驱动装置15；第一驱动电机1501；电机固定座1502；皮带1503；带轮1504；第一涡杆1505；第一涡轮1506；第一涡杆安装座1507第二驱动装置16；第二涡杆安装座1601；第二涡杆1602；第二涡轮1603；第二驱动电机1604；旋转轴1605；轴承17。

具体实施方式

实施例1

如图1~9所示，一种测量水库水位的激光测量装置，包括红外测距跟踪头3和水位计靶盘5，所述红外测距跟踪头3设在控制塔1上，外测距跟踪头3包括跟踪摄像头301，跟踪摄像头301上方设有红外测距头302，跟踪摄像头301与外壳体305铰接，外壳体305下方与固定板14转动连接，外壳体305内部设有第一驱动装置15和第二驱动装置16，第一驱动装置15驱动外壳体305旋转，第二驱动装置16驱动跟踪摄像头301上下摆动，水位计靶盘5设在水库水面上，水位计靶盘5通过固定锚6固定，所述红外测距跟踪头3中的跟踪摄像头301用于跟踪水位计靶盘5的位置，并通过红外测距头302射在水位计靶盘5上计量水位。由此结构，浮球通过水的浮力使水位计靶盘5漂浮在水面上，通过固定锚6将水位计靶盘5固定在一定为监测范围内，通过红外测距跟踪头3跟踪监测，并通过红外测距头302的红外线射在水位计靶盘5上，有效的解决了红外线测距仪测量不准确的问题，且检测准确，将数据发射器将红外线测距仪测得的水位高度发送到监测站，可以使工作人员实时掌握水库水位。

采用电脑控制红外测距跟踪头3内部的第一驱动装置15和第二驱动装置16，控制驱动跟踪摄像头301跟着水位计靶盘5的位置走，随时监测水位计靶盘5的位置，也能够将红外线射在水位计靶盘5上，使反射效果更好。

优选方案中，红外测距跟踪头3与发射天线2电连接，控制塔1设在检测台7上。由此结构，控制塔1通过发射天线2将红外线测距仪测得的水位高度发送到监测站，可以使工作人员实时掌握水库水位，不必跑到现场读取数据，节省人力。

优选方案中，水位计靶盘5包括上盘体501和下盘体503，上盘体501和下盘体503之间设有多个浮漂502，所述固定锚6通过锚链9与下盘体503连接，所述锚链9通过配置法兰12与与下盘体503连接。由此结构，锚链9长度一般超过水库河床到堤坝的距离，不会影响水位计靶盘5的浮动情况，且锚链9通过法兰12与下盘体503连接，方便安装和拆卸。

优选方案中，所述浮漂502两端设有螺孔，第一螺母504穿过上盘体501或/和下盘体503与浮漂502两端螺螺纹连接。由此结构，如图3-4所示结构，利用第一螺母504安装浮漂502，浮漂502安装简单，使用方便。

优选方案中，下盘体503上设有至少两个配重块8，配重块8通过配置链10与连接座11连接，连接座11与下盘体503连接，连接座11包括连接柱1103和固定盘1101，固定盘1101设在下盘体503上表面且通过固定盘1101上盘体限位，连接柱1103设在配置链10端部，连接柱1103与固定盘1101下端螺纹连接，第二螺母1102穿过固定盘1101与连接柱1103螺纹连接。由此结构，在水位计靶盘5下方安装配重块8，防止风吹动靶盘或者水的波动，且固定盘1101和连接柱1103进行配合，方便锁紧结构，且安装较为方便，再通过第二螺母1102锁紧连接柱1103，使整个结构更加稳定，且固定盘1101与下盘体503连接方式如图5所示结构，活动结构方便拆卸，且结构稳定，不会轻易脱落。

优选方案中，红外测距跟踪头3的跟踪摄像头301下方设有安装板303，安装板303上设有铰接座304，铰接座304与第二驱动装置16连接。由此结构，安装板303用于与铰接座304连接，第二驱动装置16带动铰接座304，铰接座304可以带动跟踪摄像头301上下摆动。

优选方案中，第二驱动装置16包括第二驱动电机1604，第二驱动电机1604输出端设有第二涡杆1602，所述铰接座304上设有第二涡轮1603，第二涡轮1603与第二涡杆1602啮合，第二涡杆1602通过第二涡杆安装座1601与外壳体305连接，第二驱动电机1604设在外壳体305侧壁上。由此结构，

优选方案中，外壳体305底部通过固定板14设在安装座13上，所述第一驱动装置15与固定板14连接。由此结构，如图9所示结构，第二驱动装置16采用第二涡杆1602驱动第二涡轮1603转动，第二涡轮1603带动旋转轴1605转动，旋转轴1605带动铰接座304转动。

优选方案中，固定板14上固设有第一涡轮1506，第一驱动装置15包括第一驱动电机1501，第一驱动电机1501输出端通过皮带1503与第一涡杆1505连接，所述第一涡杆1505端部设有带轮1504，皮带1503设在带轮1504上，所述第一涡杆1505通过安装座1507设在旋转座306上，所述第一涡杆1505与第一涡轮1506啮合，旋转座306与第一涡轮1506之间设有多个轴承17。由此结构，如图8所示结构，第一驱动电机1501通过皮带1503带动第一涡杆1505，第一涡杆1505与第一涡轮1506啮合，第一涡杆1505转动，第一涡轮1506固定不动，则第一涡杆1505带动整个旋转座306转动。

实施例2

结合实施例1进一步说明，如图1~9所示；

将水位计靶盘5整体涂装成黄色、或者为红色。黄色和红色的反射效果较好，也方便跟踪摄像头301去跟踪黄色或者红色计靶盘。

将水位计靶盘5放到水库内，并通过固定锚6去固定水位计靶盘5的位置。

在水位计靶盘5下方安装配重块8，防止风吹动靶盘或者水的波动。

在检测台7上的控制塔1上安装红外测距跟踪头3，并设置红外测距跟踪头3内部跟踪摄像头301跟踪目标为黄色、或者为红色。

跟踪摄像头301控制第一驱动装置15和第二驱动装置16来锁定水位计靶盘5的位置。

锁定位置后通过红外测距头302射到水位计靶盘5上，再反射到红外测距头302，计算出红外测距头302与水位计靶盘5的距离。

通过获得第二驱动装置16中的第二驱动电机1604的旋转角度得出红外测距头302与垂直线之间的夹角α，算出红外测距头302与水库水位的距离，得出水库水位的数据。

水库水位的数据通过发射天线2发射到电脑，电脑记录和随时观察水库的水位变化。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种测量水库水位的激光测量装置，其特征是：包括红外测距跟踪头（3）和水位计靶盘（5），所述红外测距跟踪头（3）设在控制塔（1）上，外测距跟踪头（3）包括跟踪摄像头（301），跟踪摄像头（301）上方设有红外测距头（302），跟踪摄像头（301）与外壳体（305）铰接，外壳体（305）下方与固定板（14）转动连接，外壳体（305）内部设有第一驱动装置（15）和第二驱动装置（16），第一驱动装置（15）驱动外壳体（305）旋转，第二驱动装置（16）驱动跟踪摄像头（301）上下摆动，水位计靶盘（5）设在水库水面上，水位计靶盘（5）通过固定锚（6）固定；

所述红外测距跟踪头（3）中的跟踪摄像头（301）用于跟踪水位计靶盘（5）的位置，并通过红外测距头（302）射在水位计靶盘（5）上计量水位。

2.根据权利要求1所述一种测量水库水位的激光测量装置，其特征是：红外测距跟踪头（3）与发射天线（2）电连接，控制塔（1）设在检测台（7）上。

3.根据权利要求1所述一种测量水库水位的激光测量装置，其特征是：水位计靶盘（5）包括上盘体（501）和下盘体（503），上盘体（501）和下盘体（503）之间设有多个浮漂（502），所述固定锚（6）通过锚链（9）与下盘体（503）连接；

所述锚链（9）通过配置法兰（12）与与下盘体（503）连接。

4.根据权利要求3所述一种测量水库水位的激光测量装置，其特征是：所述浮漂（502）两端设有螺孔，第一螺母（504）穿过上盘体（501）或/和下盘体（503）与浮漂（502）两端螺螺纹连接。

5.根据权利要求3所述一种测量水库水位的激光测量装置，其特征是：下盘体（503）上设有至少两个配重块（8），配重块（8）通过配置链（10）与连接座（11）连接，连接座（11）与下盘体（503）连接；

连接座（11）包括连接柱（1103）和固定盘（1101），固定盘（1101）设在下盘体（503）上表面且通过固定盘（1101）上盘体限位，连接柱（1103）设在配置链（10）端部，连接柱（1103）与固定盘（1101）下端螺纹连接，第二螺母（1102）穿过固定盘（1101）与连接柱（1103）螺纹连接。

6.根据权利要求1所述一种测量水库水位的激光测量装置，其特征是：红外测距跟踪头（3）的跟踪摄像头（301）下方设有安装板（303），安装板（303）上设有铰接座（304），铰接座（304）与第二驱动装置（16）连接。

7.根据权利要求6所述一种测量水库水位的激光测量装置，其特征是：第二驱动装置（16）包括第二驱动电机（1604），第二驱动电机（1604）输出端设有第二涡杆（1602），所述铰接座（304）上设有第二涡轮（1603），第二涡轮（1603）与第二涡杆（1602）啮合，第二涡杆（1602）通过第二涡杆安装座（1601）与外壳体（305）连接，第二驱动电机（1604）设在外壳体（305）侧壁上。

8.根据权利要求6所述一种测量水库水位的激光测量装置，其特征是：外壳体（305）底部通过固定板（14）设在安装座（13）上，所述第一驱动装置（15）与固定板（14）连接。

9.根据权利要求8所述一种测量水库水位的激光测量装置，其特征是：固定板（14）上固设有第一涡轮（1506），第一驱动装置（15）包括第一驱动电机（1501），第一驱动电机（1501）输出端通过皮带（1503）与第一涡杆（1505）连接，所述第一涡杆（1505）端部设有带轮（1504），皮带（1503）设在带轮（1504）上，所述第一涡杆（1505）通过安装座（1507）设在旋转座（306）上，所述第一涡杆（1505）与第一涡轮（1506）啮合；

旋转座（306）与第一涡轮（1506）之间设有多个轴承（17）。

10.根据权利要求1~9任一项所述一种测量水库水位的激光测量装置的测量方法，其特征是：

该方法包括：

S1、将水位计靶盘（5）整体涂装成黄色、或者为红色；

S2、将水位计靶盘（5）放到水库内，并通过固定锚（6）去固定水位计靶盘（5）的位置；

S3、在水位计靶盘（5）下方安装配重块（8），防止风吹动靶盘或者水的波动；

S4、在检测台（7）上的控制塔（1）上安装红外测距跟踪头（3），并设置红外测距跟踪头（3）内部跟踪摄像头（301）跟踪目标为黄色、或者为红色；

S5、跟踪摄像头（301）控制第一驱动装置（15）和第二驱动装置（16）来锁定水位计靶盘（5）的位置；

S6、锁定位置后通过红外测距头（302）射到水位计靶盘（5）上，再反射到红外测距头（302），计算出红外测距头（302）与水位计靶盘（5）的距离；

S7、通过获得第二驱动装置（16）中的第二驱动电机（1604）的旋转角度得出红外测距头（302）与垂直线之间的夹角α，算出红外测距头（302）与水库水位的距离，得出水库水位的数据；

S8、水库水位的数据通过发射天线（2）发射到电脑，电脑记录和随时观察水库的水位变化。

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