CN113120225A - 一种渠道在线监测系统及监测方法 - Google Patents

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Abstract

一种渠道在线监测系统，包括监测主机，监测主机通信连接有多个定点监测机构和多个动态监测机构；定点监测机构包括设置在渠道底部的淤泥厚度监测器和淤泥应力监测器，淤泥厚度监测器和淤泥应力监测器均与监测主机电性连接；动态监测机构包括固定设置在渠道侧方的支撑组件，支撑组件包括水平设置的底板，底板上固定设置有供电接头，底板中嵌设有充电电池，底板的侧方固定连接有太阳能电池板，充电电池与供电接头和太阳能电池板均电性连接，底板上可拆卸设置有无人机，无人机电性连接有与供电接头相匹配的受电接头，无人机与监测主机无线通信连接。本发明能够实时监测渠道底部淤泥的状态以及渠道是否发生边坡损坏，从而能够及时掌握渠道状态。

Description

一种渠道在线监测系统及监测方法
技术领域
本发明涉及渠道管理技术领域，具体的说是一种渠道在线监测系统及监测方法。
背景技术
我国水资源分布很不均匀，已建的一些长距离、大型调水工程均采用人工明渠输水 方式，今后还会继续发展。大型明渠的建设为我国水资源的合理调配发挥了不可估量的作 用，产生了巨大的经济效益、社会效益和生态效益，但是大型深水明渠在运行的过程中可能 会发生渠道边坡损坏和淤泥淤积的问题，如何在第一时间获取明渠边坡损坏和游泥淤积位置 等信息成了一个技术难题。现有技术中，主要通过人员定时巡查的方式来获取边坡损坏和淤 泥淤积情况，效率很低，并且结果精度较差，同时还容易导致人员发生危险。
发明内容
为了解决现有技术中的不足，本发明提供一种渠道在线监测系统及监测方法，能够实 时监测渠道底部淤泥的状态以及渠道是否发生边坡损坏，从而能够及时掌握渠道状态，避免 发生危险事故，同时无需人工巡检，大幅提高了监测效率、降低了人力消耗。
为了实现上述目的，本发明采用的具体方案为：一种渠道在线监测系统，包括监测主 机，监测主机通信连接有多个定点监测机构和多个动态监测机构；所述定点监测机构包括设 置在渠道底部的淤泥厚度监测器和淤泥应力监测器，淤泥厚度监测器和淤泥应力监测器均与 所述监测主机电性连接；所述动态监测机构包括固定设置在渠道侧方的支撑组件，支撑组件 包括水平设置的底板，底板上固定设置有供电接头，底板中嵌设有充电电池，底板的侧方固 定连接有太阳能电池板，充电电池与供电接头和太阳能电池板均电性连接，底板上可拆卸设 置有无人机，无人机电性连接有与供电接头相匹配的受电接头，无人机与所述监测主机无线 通信连接。
作为上述渠道在线监测系统的进一步优化：所述支撑组件包括至少三个升降支撑单元， 升降支撑单元包括垂直设置的内螺纹套筒，内螺纹套筒的上端与所述底板转动连接，内螺纹 套筒中配合设置有螺杆，螺杆的下端从内螺纹套筒的下端伸出后固定连接有支撑块。
作为上述渠道在线监测系统的进一步优化：所述内螺纹套筒的上端固定连接有接触球， 所述底板的下表面固定连接有与接触球一一对应的连接块，连接块的下表面开设有球形槽， 接触球转动设置在球形槽中。
作为上述渠道在线监测系统的进一步优化：所述内螺纹套筒的上部与所述底板之间连 接有软质保护套，所述接触球和所述连接块均设置在软质保护套中。
作为上述渠道在线监测系统的进一步优化：所述底板上固定设置有用于容纳所述无人 机的定位框，所述供电接头设置在定位框中。
作为上述渠道在线监测系统的进一步优化：所述底板的下表面固定连接有动力盒，动 力盒中固定设置有两个驱动电机，两个驱动电机的输出轴同轴设置并且朝向相反，驱动电机 的输出轴伸出动力盒后固定连接有摆动杆，两个摆动杆之间固定连接有防护罩，防护罩与底 板的其中一个边缘固定连接。
作为上述渠道在线监测系统的进一步优化：所述底板上垂直固设有两个相互平行的防 护板，防护板位于两个所述摆动杆之间，并且防护板与摆动杆相互平行。
作为上述渠道在线监测系统的进一步优化：所述驱动电机的输出轴转动连接有第一连 接杆，两个驱动电机连接的第一连接杆对应通过第二连接杆固定连接，第二连接杆与所述防 护罩固定连接。
作为上述渠道在线监测系统的进一步优化：所述太阳能电池板上固定设置有环境监测 单元，环境监测单元包括雨量传感器和风速传感器，雨量传感器和风速传感器均与所述监测 主机电性连接。
一种渠道在线监测系统的监测方法，包括如下步骤：
S1、根据渠道的地理信息将渠道分为多个监测区域；
S2、在每个所述监测区域中设置多个所述定点监测机构和一个所述动态监测机构；
S3、设定所述定点监测机构和所述动态监测机构的监测周期；
S4、在所述监测周期中所述定点监测机构对渠道底部的淤泥进行厚度监测和应力监测、 所述无人机从所述支撑组件上起飞并且拍摄渠道的状态图片；
S5、所述监测主机获取淤泥厚度、淤泥应力和状态图片，并且基于淤泥厚度、淤泥应 力和状态图片解析出渠道的状态信息；
S6、将所述无人机收回到所述支撑组件上并且通过所述供电接头和所述受电接头的配 合对无人机进行充电。
有益效果：本发明的渠道在线监测系统能够实时监测渠道底部淤泥的状态以及渠道是 否发生边坡损坏，从而能够及时掌握渠道状态，避免发生危险事故，同时无需人工巡检，大 幅提高了监测效率、降低了人力消耗。
附图说明
图1是本发明在线监测系统中支撑组件的结构示意图。
附图说明：1-支撑块，2-螺杆，3-内螺纹套筒，4-接触球，5-软质保护套，6-连接块，7-底板，8-摆动杆，9-防护罩，10-定位框，11-无人机，12-第一连接杆，13-第二连接杆，14-受电接头，15-供电接头，16-太阳能电池板，17-环境监测单元，18-防护板，19-动力盒。
具体实施方式
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 描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
请参阅图1，一种渠道在线监测系统，包括监测主机，监测主机通信连接有多个定点 监测机构和多个动态监测机构。
定点监测机构包括设置在渠道底部的淤泥厚度监测器和淤泥应力监测器，淤泥厚度监 测器和淤泥应力监测器均与监测主机电性连接。
动态监测机构包括固定设置在渠道侧方的支撑组件，支撑组件包括水平设置的底板7， 底板7上固定设置有供电接头15，底板7中嵌设有充电电池，底板7的侧方固定连接有太阳 能电池板16，充电电池与供电接头15和太阳能电池板16均电性连接，底板7上可拆卸设置 有无人机11，无人机11电性连接有与供电接头15相匹配的受电接头14，无人机11与监测 主机无线通信连接。
在使用时，根据渠道的地理信息将渠道划分出多个监测区域，每个监测区域中可以设 置多个淤泥监测点，在每个淤泥监测点处设置一个定点监测机构，其中淤泥厚度监测器可以 设置在淤泥上方，并且可以采用基于超声波的监测器，通过检测淤泥与淤泥厚度监测器之间 的距离来得到淤泥厚度，淤泥应力监测器设置在淤泥内部，监测主机通过定点监测机构实时 监测淤泥监测点中淤泥的厚度和内部应力情况，以判断是否发生淤泥淤积的问题；另一方面， 每隔一段时间，无人机11起飞，从上空对监测区域进行拍照，获取监测区域的状态图片，并 且将状态图片发送给监测主机，监测主机根据状态图片对渠道状态进行分析，判断是否发生 边坡损坏的问题。无人机11拍摄完毕之后重新回到支撑组件上，并且下落过程中使受电接头 14和供电接头15对准，从而在落到底板7上之后直接从充电电池获取电能，以保证能够顺 利完成下一次飞行。
本发明的渠道在线监测系统能够实时监测渠道底部淤泥的状态以及渠道是否发生边 坡损坏，从而能够及时掌握渠道状态，避免发生危险事故，同时无需人工巡检，大幅提高了 监测效率、降低了人力消耗。
支撑组件的具体结构为：支撑组件包括至少三个升降支撑单元，升降支撑单元包括垂 直设置的内螺纹套筒3，内螺纹套筒3的上端与底板7转动连接，内螺纹套筒3中配合设置 有螺杆2，螺杆2的下端从内螺纹套筒3的下端伸出后固定连接有支撑块1。在使用时，首先 将支撑块1固定到安装位置上，安装位置可以选择渠道周围土质坚实并且上方开阔的位置， 然后通过转动螺杆2的方式使内螺纹套筒3上下移动，因为内螺纹套筒3的上端与底板7转 动连接，所以内螺纹套筒3上下移动的过程中会带动底板7的倾斜角度发生变化，通过调节 所有的螺杆2，直到底板7呈水平状态为止，此时无人机11可以顺利地在底板1上起降。通过设置升降支撑单元，能够简单快捷地调整底板7的水平度，从而满足无人机11的起降需求。
内螺纹套筒3与底板7具体的连接方式为：内螺纹套筒3的上端固定连接有接触球4， 底板7的下表面固定连接有与接触球4一一对应的连接块6，连接块6的下表面开设有球形 槽，接触球4转动设置在球形槽中。当内螺纹套筒3上下移动时，接触球4同步上下移动，因为接触球4能够在球形槽中转动，所以底板7的倾斜角度即使发生变化，接触球4仍然能够处于球形槽中，保持内螺纹套筒3与底板7的连接状态，进而对底板7进行支撑。
为了对接触器4和连接块6进行保护，同时避免底板7与内螺纹套筒3分离，内螺纹套筒3的上部与底板7之间连接有软质保护套5，接触球4和连接块6均设置在软质保护套5中。
为了方便无人机11确定自身的降落位置，进而保证受电接头14能够顺利与供电接头 15相连接，底板7上固定设置有用于容纳无人机11的定位框10，供电接头15设置在定位框 10中。无人机11在下落过程中，可以用定位框10作为定位参考，从而精确控制降落位置。
在雨雪大风等恶劣天气中，无人机11无法起飞进行监测，此时若无人机11暴露在底 板7上，容易受到损坏，为了对无人机11进行保护，底板7的下表面固定连接有动力盒19，动力盒19中固定设置有两个驱动电机，两个驱动电机的输出轴同轴设置并且朝向相反，驱动 电机的输出轴伸出动力盒19后固定连接有摆动杆8，两个摆动杆8之间固定连接有防护罩9， 防护罩9与底板7的其中一个边缘固定连接。当无人机11完成监测并且落回到底板7上之后， 两个驱动电机分别驱动两个摆动杆8转动，并且两个摆动杆8的转动方向相同，从而利用两 个摆动杆8拉动防护罩9动作，直到防护罩9将无人机11罩住，从而利用防护罩11对无人 机11进行保护，避免外界的不利因素对无人机11产生侵蚀。
为了进一步提升对无人机11的保护效果，底板7上垂直固设有两个相互平行的防护 板18，防护板18位于两个摆动杆8之间，并且防护板18与摆动杆8相互平行。
为了以避免防护罩9对无人机11产生干扰，例如卡住无人机11的旋翼等，驱动电机的输出轴转动连接有第一连接杆12，两个驱动电机连接的第一连接杆12对应通过第二连接杆13固定连接，第二连接杆13与防护罩9固定连接。当防护罩9展开时，两个第一连接杆 12和一个第二连接杆13对应组合成一个支架，多个支架共同将防护罩9撑开，从而避免防 护罩9与无人机11直接接触，进而避免防护罩9卡在无人机11上，保证在下次开始监测之 前防护罩9能够顺利打开，进而使无人机11能够顺利起飞。
为了避免无人机11在恶劣天气中起飞造成受损，太阳能电池板16上固定设置有环境 监测单元17，环境监测单元17包括雨量传感器和风速传感器，雨量传感器和风速传感器均 与监测主机电性连接。
基于上述渠道在线监测系统，本发明还提供一种渠道在线监测系统的监测方法，包括 S1至S6。
S1、根据渠道的地理信息将渠道分为多个监测区域。
S2、在每个监测区域中设置多个定点监测机构和一个动态监测机构。
S3、设定定点监测机构和动态监测机构的监测周期。监测周期可以根据渠道的具体情 况进行设定。
S4、在监测周期中定点监测机构对渠道底部的淤泥进行厚度监测和应力监测、无人机 11从支撑组件上起飞并且拍摄渠道的状态图片。
S5、监测主机获取淤泥厚度、淤泥应力和状态图片，并且基于淤泥厚度、淤泥应力和 状态图片解析出渠道的状态信息。
S6、将无人机11收回到支撑组件上并且通过供电接头15和受电接头14的配合对无人机11进行充电。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这 些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原 理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会 被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽 的范围。

Claims (10)

1.一种渠道在线监测系统，其特征在于：包括监测主机，监测主机通信连接有多个定点监测机构和多个动态监测机构；
所述定点监测机构包括设置在渠道底部的淤泥厚度监测器和淤泥应力监测器，淤泥厚度监测器和淤泥应力监测器均与所述监测主机电性连接；
所述动态监测机构包括固定设置在渠道侧方的支撑组件，支撑组件包括水平设置的底板(7)，底板(7)上固定设置有供电接头(15)，底板(7)中嵌设有充电电池，底板(7)的侧方固定连接有太阳能电池板(16)，充电电池与供电接头(15)和太阳能电池板(16)均电性连接，底板(7)上可拆卸设置有无人机(11)，无人机(11)电性连接有与供电接头(15)相匹配的受电接头(14)，无人机(11)与所述监测主机无线通信连接。
2.如权利要求1所述的一种渠道在线监测系统，其特征在于：所述支撑组件包括至少三个升降支撑单元，升降支撑单元包括垂直设置的内螺纹套筒(3)，内螺纹套筒(3)的上端与所述底板(7)转动连接，内螺纹套筒(3)中配合设置有螺杆(2)，螺杆(2)的下端从内螺纹套筒(3)的下端伸出后固定连接有支撑块(1)。
3.如权利要求2所述的一种渠道在线监测系统，其特征在于：所述内螺纹套筒(3)的上端固定连接有接触球(4)，所述底板(7)的下表面固定连接有与接触球(4)一一对应的连接块(6)，连接块(6)的下表面开设有球形槽，接触球(4)转动设置在球形槽中。
4.如权利要求3所述的一种渠道在线监测系统，其特征在于：所述内螺纹套筒(3)的上部与所述底板(7)之间连接有软质保护套(5)，所述接触球(4)和所述连接块(6)均设置在软质保护套(5)中。
5.如权利要求1所述的一种渠道在线监测系统，其特征在于：所述底板(7)上固定设置有用于容纳所述无人机(11)的定位框(10)，所述供电接头(15)设置在定位框(10)中。
6.如权利要求1所述的一种渠道在线监测系统，其特征在于：所述底板(7)的下表面固定连接有动力盒(19)，动力盒(19)中固定设置有两个驱动电机，两个驱动电机的输出轴同轴设置并且朝向相反，驱动电机的输出轴伸出动力盒(19)后固定连接有摆动杆(8)，两个摆动杆(8)之间固定连接有防护罩(9)，防护罩(9)与底板(7)的其中一个边缘固定连接。
7.如权利要求6所述的一种渠道在线监测系统，其特征在于：所述底板(7)上垂直固设有两个相互平行的防护板(18)，防护板(18)位于两个所述摆动杆(8)之间，并且防护板(18)与摆动杆(8)相互平行。
8.如权利要求6所述的一种渠道在线监测系统，其特征在于：所述驱动电机的输出轴转动连接有第一连接杆(12)，两个驱动电机连接的第一连接杆(12)对应通过第二连接杆(13)固定连接，第二连接杆(13)与所述防护罩(9)固定连接。
9.如权利要求1所述的一种渠道在线监测系统，其特征在于：所述太阳能电池板(16)上固定设置有环境监测单元(17)，环境监测单元(17)包括雨量传感器和风速传感器，雨量传感器和风速传感器均与所述监测主机电性连接。
10.如权利要求1所述的一种渠道在线监测系统的监测方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、根据渠道的地理信息将渠道分为多个监测区域；
S2、在每个所述监测区域中设置多个所述定点监测机构和一个所述动态监测机构；
S3、设定所述定点监测机构和所述动态监测机构的监测周期；
S4、在所述监测周期中所述定点监测机构对渠道底部的淤泥进行厚度监测和应力监测、所述无人机(11)从所述支撑组件上起飞并且拍摄渠道的状态图片；
S5、所述监测主机获取淤泥厚度、淤泥应力和状态图片，并且基于淤泥厚度、淤泥应力和状态图片解析出渠道的状态信息；
S6、将所述无人机(11)收回到所述支撑组件上并且通过所述供电接头(15)和所述受电接头(14)的配合对无人机(11)进行充电。
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