CN113624210A - 一种水文监测装置 - Google Patents

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余杨
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Abstract

本发明公开了一种水文监测装置，包括流速测量组件、水位测量组件和固定支架；所述固定支架固定设置；其中，所述固定支架上设有水平延伸至水面上的水平支撑杆；所述水位测量组件和所述流速测量组件均与所述水平支撑杆连接；所述流速测量组件用于测量所述水平支撑杆下方的水流速度；所述水位测量组件与所述水平支撑杆连接，所述流速测量组件用于测量所述水平支撑杆下方的水位；所述水平支撑杆的长度方向与待测点的河流长度方向垂直，且所述水位测量组件与所述流速测量组件之间的距离不小于0.5米。本发明结构简单且适合长期连续测量水流速度。

Description

一种水文监测装置
技术领域
本发明涉及水利工程技术领域，具体涉及一种水文监测装置。
背景技术
水文监测是指，对江河湖泊的水的分布和变化规律进行监测，其中，主要的参数为水流速度、水位高度和降雨量。
现有的水流速度测量，主要是悬桨流速测量法、传播速度法测量。其中，旋桨流速测量法，是将测量装置整体没入水中，通过桨叶的转速计算流速，计算时所使用的公式是一个关于桨叶转速的一次多项式，即，
Figure BDA0003225472760000011
其中， K和C是仪器出厂时已经确定的系数，T为测速历时，N为流速仪在测速历时T 时间内的总转数。这种测量方法，较适用于单次测量，而不适用于长期连续的监测。传播速度差法是向冰面发射超声波，用换能器接收反射回的信号，通过超声波顺流和逆流的速度差求得河水流速，虽然结构简单，但超声波传播与水流速度差距极大，对超声传播速度测量精度要求很高。
因此，如何设计一种结构简单又适合长期连续测量水流速度的结构，是本领域亟待解决的重要问题之一。
发明内容
本发明的目的是提供一种水文监测装置，以解决现有技术中的不足，它能够适合长期连续测量水流速度。
本发明提供了一种水文监测装置，包括流速测量组件、水位测量组件和固定支架；
所述固定支架固定设置；其中，
所述固定支架上设有水平延伸至水面上的水平支撑杆；
所述水位测量组件和所述流速测量组件均与所述水平支撑杆连接；所述流速测量组件用于测量所述水平支撑杆下方的水流速度；
所述水位测量组件与所述水平支撑杆连接，所述流速测量组件用于测量所述水平支撑杆下方的水位；
所述水平支撑杆的长度方向与待测点的河流长度方向垂直，且所述水位测量组件与所述流速测量组件之间的距离不小于0.5米。
如上所述的水文监测装置，其中，可选的是，所述流速测量组件包括角度测量机构、检测球和悬置绳；
所述角度测量机构固定安装在所述水平支撑杆上；
所述悬置绳的一端与所述检测球固定连接，另一端与所述角度测量机构连接；
所述检测球为金属球；
所述检测球用于没入所述水平支撑杆下方的水中，所述角度测量机构用于测量所述悬置绳与铅垂线的角度。
如上所述的水文监测装置，其中，可选的是，所述角度测量机构包括刻度盘和旋转销，所述刻度盘与所述水平支撑杆连接；
所述旋转销与所述水平支撑杆转动连接，所述刻度盘与所述旋转销同轴设置；所述悬置绳与所述旋转销一端的中心处连接。
如上所述的水文监测装置，其中，可选的是，还包括控制器、联网模块和角度传感器；
所述旋转销通过所述角度传感器与所述刻度盘连接；
所述控制器与所述联网模块和所述角度传感器电连接；
所述控制器用于获取所述角度传感器的测量结果，并通过所述联网模块将所述测量结果输出至上位机，以计算出水流速度。
如上所述的水文监测装置，其中，可选的是，所述上位机计算水流速度的过程包括：
根据所述角度传感器的测量结果，按以下公式计算所述检测球在水平方向上的受力大小；
Figure BDA0003225472760000031
其中，F水平为检测时所述检测球在受到的水流在水平方向上的冲击力；m 为检测球质量，π为圆周率，r为检测球的半径，ρ为河水密度，g为重力加速度，θ为角度传感器的检测结果；
将检测球在水平方向受到的冲击力输入预先设置的水流速度拟合模型中，以得出对应的水流速度。
如上所述的水文监测装置，其中，可选的是，所述检测球为空心球，其密度介于2×103kg/m3与3×103kg/m3之间，所述检测球的外周涂覆有耐腐蚀层。
如上所述的水文监测装置，其中，可选的是，所述旋转销上设有同轴的第一绳孔，所述第一绳孔供所述悬置绳穿过；
所述旋转销上还设有旋转杆，所述旋转杆与所述旋转销垂直连接，所述旋转杆上设有第二绳孔，所述第二绳孔与所述第一绳孔连通；所述旋转杆的一端与所述旋转销固定连接，所述旋转杆的另一端沿所述刻度盘的径向方向延伸；
所述悬置绳穿过所述第一绳孔和所述第二绳孔。
如上所述的水文监测装置，其中，可选的是，还包括卷绳机构，所述卷绳机构固定安装在所述水平支撑杆上，所述卷绳机构与所述悬置绳远离所述检测球的一端固定连接；
所述卷绳机构用于对所述悬置绳进行收卷，以控制所述悬置绳的伸长量；
所述卷绳机构与所述控制器电连接，所述控制器还用于通过所述联网模块接收所述上位机根据发出的所述控制信号，并根据所述控制信号控制所述卷绳机构工作，以调节所述悬置绳的长度。
如上所述的水文监测装置，其中，可选的是，还包括雨量计，所述雨量计设置于所述固定支架的顶部；
所述雨量计用于测量降雨量；
所述控制器还用于获取所述雨量计的检测结果，并将检测结果发送至所述上位机；
所述上位机还用于根据所述雨量计的测量结果对所述水位进行估算，以实现对于水位预测。
如上所述的水文监测装置，其中，可选的是，所述水位测量组件为浮子式水位计或跟踪式水位计。
与现有技术相比，本发明通过在设置检测球，通过悬置绳将检测球旋置，并使检测球没入水中至测量位置。通过时实检测悬置绳的倾斜角度，来计算检测球在水平方向上的受力，进而利用水流速度与检测球的受力关系来确定水流速度。如此，能够简单准确地实时监测水流速度。
通过设置卷绳机构，能够配合检测球自身的重量，实现对于悬置绳的收放，从而调节所述检测球没入水中的深度。以实现检测球完全没入水中，并且不与河底接触。以保证检测的准确性，同时，通过调节检测球高度，能够实现对于不同深度处的水流速度的水流速度测量。根据不同深度的水流速度，及水位高度，能够便于计算水流量。
通过雨量计获取降雨量信息，并根据降雨量信息、水位信息，对当前水位信息进行预测，以实现防洪防汛的作用。
附图说明
图1是本发明提出的水文监测装置的整体结构示意图；
图2是图1的剖示图；
图3是本发明提出的角度测量机构的结构示意图；
图4是本发明提出的水位测量组件的剖示图；
图5是本发明提出的水文监测装置另一种实施方式下的剖示图；
图6是本发明提出的检测球的剖示图；
图7是本发明提出的水文监测装置的控制系统的结构框图。
附图标记说明：
1-流速测量组件，2-水位测量组件，3-固定支架，4-水平支撑杆，5-控制器，6-联网模块，7-角度传感器，8-雨量计；
11-角度测量机构，12-检测球，13-悬置绳，14-卷绳机构，15-第一壳体；
111-刻度盘，112-旋转销，113-第一绳孔，114-旋转杆，115-第二绳孔；
121-配重块，122-螺纹孔；
151-缺槽；
21-编码轮，22-吊绳，23-压块，24-浮子，25-测量筒，26-进水孔，27- 隔板，28-第二固定盘，29-第二壳体；
31-长条形滑孔，32-第一固定盘，33-驱动电机，34-螺杆，35-滑块；
41-限位板。
具体实施方式
下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
实施例1
请参照图1到图7，本实施例提出了一种水文监测装置，包括流速测量组件1、水位测量组件2和固定支架3。所述流速测量组件1用于测量河流的流速，水位测量组件2用于测量水位测量组件，而固定支架3用于为所述流速测量组件1、所述水位测量组件2。
具体地，所述固定支架3固定设置；所述固定支架3可以是固定安装于河岸，也可以是固定设置于河道中，但无论如何设置，都应当保证固定支架3 竖直安装。所述固定支架3上设有水平延伸至水面上的水平支撑杆4。具体实施时，若固定支架3被设置于河道内时，水平支撑杆4可以设置为沿河道宽度方向向两侧延伸。
更具体地，所述水位测量组件2和所述流速测量组件1均与所述水平支撑杆4连接；所述流速测量组件1用于测量所述水平支撑杆4下方的水流速度。所述水位测量组件2与所述水平支撑杆4连接，所述流速测量组件1用于测量所述水平支撑杆4下方的水位；
由于水位测量组件2会对水流造成一定的影响，为了减少水位测量组件2 对于流速测量组件1的影响，所述水平支撑杆4的长度方向与待测点的河流长度方向垂直，且所述水位测量组件2与所述流速测量组件1之间的距离不小于 0.5米。如此，当通过流速测量组件1对水流速度进行测量时，能够避免水位测量组件2带来的影响。
利用水流速度及水位的参数，能够对水流量进行计算。具体地，先获取布置检测装置处的河道轮廓，然后根据水位高度，获取水流的横断面，然后在该横断面上对水流速度进行积分，以获取水流量。当然，也可以是将测得的水流速度作为均值，将其与该横断面的面积相乘，作为水流量。
在具体使用时，多个水文监测装置沿河道及其支流分布，通过对上游若干个水文监测装置的水位监测数据，对当前的水文监测点的水位进行预估，以便于提前做好防洪防汛的预警工作。对于水位的预估，可以是以上游若干水文监测装置的水位监测数据、流速数据为输入，以当前水位数据为输出的神经网络模型。具体地，每一个水文监测装置对应一个神经网络模型。训练所用到的数据，可以是由各个水文监测装置实时获取。具体实施时，每个水文监测装置对应的神经网络模型，可以是设置于水文监测装置内的控制器上，也可以是设置于上位机或服务器上的。
具体实施时，流速测量组件1是本发明的重要创新点之一，为了达到方便检测水流速度的目的，本实施例中的流速测量组件1包括角度测量机构11、检测球12和悬置绳13；所述角度测量机构11用于测量悬置绳13与铅垂线的夹角。更进一步地，所述角度测量机构11固定安装在所述水平支撑杆4上。
更具体地，所述悬置绳13的一端与所述检测球12固定连接，另一端与所述角度测量机构11连接；所述检测球12为金属球；所述检测球12用于没入所述水平支撑杆4下方的水中，所述角度测量机构11用于测量所述悬置绳13 与铅垂线的角度。
在使用时，通过悬置绳13将检测球12悬置，使检测球12没入水中，且不与水底或水中的杂草接触。在水流冲击下，检测球12会受到横向的冲击力，在横向冲击力的作用下，能够产生一定的倾角。由于该倾角的大小受冲击力的影响，与水流速度有直接关系，因而，可以根据该倾角大小来计算水流速度的大小。具体地，作为一种可行的计算方式，在使用之前，对角度测量机构11 进行拟合，得到水流速度与悬置绳13的倾角之间的拟合多项式，最高次幂取 4到6，如，拟合公式可以为：v＝ax4+bx3+cx2+dx+e，其中，v为监测点的水流速度，x为悬置绳的倾斜角度，a、b、c和d为多项式系数，e为常系数。具体地，也可以利用其他拟合方式。
为了便于读取悬置绳13的倾斜角度，所述角度测量机构11包括刻度盘 111和旋转销112，所述刻度盘111与所述水平支撑杆4连接；实施时，所述刻度盘111的零刻度位于竖直方向。所述旋转销112与所述水平支撑杆4转动连接，所述刻度盘111与所述旋转销112同轴设置；所述悬置绳13与所述旋转销112一端的中心处连接。如此，保证旋转销112与刻度盘111之间同轴设置，能够便于准确地读取悬置绳13的倾斜角度。
更具体地，为了自动检测悬置绳13的倾斜角度，以达到自动获取检测结果的目的，还包括控制器5、联网模块6和角度传感器7。所述旋转销112通过所述角度传感器7与所述刻度盘111连接。具体地，当所述悬置绳13处于铅垂状态时，所述角度传感器7的测量结果为零。
所述控制器5与所述联网模块6和所述角度传感器7电连接；所述控制器 5用于获取所述角度传感器7的测量结果，并通过所述联网模块6将所述测量结果输出至上位机，以计算出水流速度。
同时，所述控制器5还用于嵌入神经网络算法程序，并通过获取经由上位机或服务器获取训练数据或预测时所需要的水位数据。
具体实施时，所述上位机计算水流速度的过程包括：
根据所述角度传感器7的测量结果，按以下公式计算所述检测球12在水平方向上的受力大小。
Figure BDA0003225472760000071
其中，F水平为检测时所述检测球12在受到的水流在水平方向上的冲击力； m为检测球12质量，π为圆周率，r为检测球12的半径，ρ为河水密度，g为重力加速度，θ为角度传感器7的检测结果；
在具体实施时，所述检测球12在水平方向上的受力大小的计算，也可以是由控制器5来计算。
将检测球12在水平方向受到的冲击力输入预先设置的水流速度拟合模型中，以得出对应的水流速度。
作为一种较佳的实现方式，为了让检测球12能够下沉，且不致于密度过大，以便于检测球12能够在水流的作用下，受到水平冲击力而产生倾斜，合理设置检测球12的密度，能够提高测量精度，因此，进一步作如下设置，所述检测球12为空心球，其密度介于2×103kg/m3与3×103kg/m3之间，所述检测球 12的外周涂覆有耐腐蚀层。通过设置耐腐蚀层，能够防止检测球12因长期泡在水中面导致的锈蚀。
在具体实施时，由于检测球12为球形，对于精准加工出检测球12的重量，因此，在制作时，在检测球12上预留一个螺纹孔122，在螺纹孔122内设置一个配重块121，配重块121为与螺纹孔122相适配的连接柱，通过将检测球与不同重量的配重块连接，以实现对于检测球12重量的调整，从而实现，在加工过程中，只要保证检测球12的外观尺寸达到精度即可，对于重量，可以通过配重块进行调整。具体地，所述螺纹孔沿球体的径向方向设置。记检测球 12与悬置绳13的连接处为连接点。所述螺纹孔的中心线与所述检测球12球心与悬置绳13的连线位于同一条直线上，所述检测球12的球心位于所述连接点与所述螺纹孔之间。如此，能够便于检测球12的制作。实施时，配重块121 上设有出孔，以便于螺纹孔122内的内部与外部连通。
具体地，为了便于实现检测球12受到水流冲击时，能够带动旋转销112 转动，进而实现利用传感器7进行检测。当然，在设置传感器时，由于悬置绳 13较为柔软，且重量几乎可以忽略，因而，容易在与旋转销112连接处产生折角，因而容易导致角度检测数据不准确的情况，为解决此问题，可以将悬置绳13改成轻质杆，所述轻质杆两端分别与旋转销112、检测球12固定的连接。而轻质杆可以是伸缩杆，以便于能够检测不同深度的水流速度。但在实际应用中，由于轻质杆的质量无法被忽略，且在伸缩变换时，会导致杆件与检测球 12的整体重心位置变化较大。因而无论是悬置绳还是轻质杆，在用理论公式由倾斜角度计算出水流速度的过程中，需要对角度值进行修正。或者，在由倾斜角度计算出水流速度地过程中，必须有一部分是通过拟合得到的。
为了尽量减少由于悬置绳的柔软性而带来的误差，本实施例还进一步作了如下设置，所述旋转销112上设有同轴的第一绳孔113，所述第一绳孔113供所述悬置绳13穿过。所述旋转销112上还设有旋转杆114，所述旋转杆114 与所述旋转销112垂直连接，所述旋转杆114上设有第二绳孔115，所述第二绳孔115与所述第一绳孔113连通；所述旋转杆114的一端与所述旋转销112 固定连接，所述旋转杆114的另一端沿所述刻度盘111的径向方向延伸。在使用时，通过设置旋转销112，能够减少测量的误差。由于角度传感器7的阻力及旋转销112自身转动时的阻力存在，进行角度测量时，会有一定的阻力矩存在。通过设置旋转杆114，能够增大受力点距离支点的距离，从而产生杠杆作用，从而减小该阻力矩对于角度测量的影响。具体实施时，所述旋转杆114 的长度根据测量精度和测量点深度的变化范围来定，较佳地，综合考虑旋转杆 114的长度应该为旋转销112直径的2-5倍。所述悬置绳13穿过所述第一绳孔113和所述第二绳孔115。
具体实施时，所述旋转销112的垂直连接于所述旋转销112的中部，以保证所述旋转销112受力较为均匀。
为了便于实现对于悬置绳13的收放，本实施例还作了如下的进一步改进：还包括卷绳机构14，所述卷绳机构14固定安装在所述水平支撑杆4上，所述卷绳机构14与所述悬置绳13远离所述检测球12的一端固定连接。所述卷绳机构14用于对所述悬置绳13进行收卷，以控制所述悬置绳13的伸长量，从而实现对于测量深度的控制。
所述卷绳机构14与所述控制器5电连接，所述控制器5还用于通过所述联网模块6接收所述上位机根据发出的所述控制信号，并根据所述控制信号控制所述卷绳机构14工作，以调节所述悬置绳13的长度。
在具体实施时，所述刻度盘111通过卡箍与所述水平支撑杆4固定连接。所述刻度盘111为两个，且两所述刻度盘111的中心线位于同一直线上，所述刻度盘上设有同轴的安装孔，所述旋转销112的两端分别与两所述安装孔转动连接。
在实施时，至少一个所述刻度盘111的外侧设有安装槽，所述安装槽设置于对应的安装孔的侧壁处，所述安装槽与所述安装孔连通，所述安装槽内转动安装有滑轮，所述悬置绳13绕过所述滑轮，并与所述卷绳机构14连接，所述卷绳机构14为电机。
具体地，为了保证电能的供应，还包括蓄电池，当然，为了实现蓄电池的自充电，可以设置水轮机带动发电机给蓄电池充电，也可以设置太阳能板给蓄电池充电，亦或者是，利用风能驱动发电机给蓄电池充电，无论是利用风能带动发电机充电、水轮机带动发电机给蓄电池充电还是利用风能驱动发电机给蓄电池充电，还是利用太阳能板给蓄电池充电，都属于现有技术，本领域技术人员也能够实现，在此不再赘述。
对于本实施例的使用过程，描述如下：
关于本装置的安装，本装置可以是安装在河岸，也可以是安装在水河中，当安装在河岸时，水平支撑杆4应当能够延伸到河水的上方，而水位测量组件、流速测量组件均位于水面上方。
在使用前，应当使用标准体积和质量的检测球12。
安装完成后，在测量时，应当保证检测球12完全没于水中，且不与河底或水的杂草等接触。
当检测球12没于河水中后，在水流的冲击下，水平方向有一定的位移，悬置绳13产生倾斜，控制器获取所述角度传感器的信号，并根据该角度信号计算出对应的水流冲击力，并将水流冲击力通过联网模块6输出给上位机或服务器，由上位机或服务器进行仿真计算，得到水流速度。当然，也可以是控制器通过联网模块直接将角度传感器信号输出给上位机或服务器。当然，还可以是由控制器5对角度传感器检测结果进行仿真计算，得到水流速度，最后将水流速度输出到上位机或服务器。
通过以上过程，可以得到各监测点的水流速度。
此外，为了达到预测水位高度的目的，在河流的各位置处分别设置多个水文监测装置，可以对上游一定区域内的测量点的水位进行统计，以要预测的点的水位为输出，以上游若干水文监测装置的检测结果为输入，进行训练，得到各个要预测点的神经网络模型。在实际使用时，可以将神经网络模型对应的模块设置于对应的水监测装置内，上位机在得到各水文监测装置的数据后，将最终得到的水位数据、流速数据传输给各水文监测装置，各水文监测装置筛选可用数据后，进行预测，并将各预测结果输出给上位机或服务器。以便于通过上位机或服务器根据预测结果及时进行预警。
为了防止流速测量组件1受雨水等影响，还包括第一壳体15，所述第一壳体15固定在所述水平支撑杆4上，所述角度测量机构11和所述卷绳机构 14均位于所述第一壳体15内，所述第一壳体15的底部设有第一开口，以供所述悬置绳13穿过，为了防止悬置绳13在倾斜时，与第一开口边沿干涉。在所述第一壳体15底部还设置有缺槽151。
实施例2，
本实施是在实施例1的基础上所作的改进，相同部分不再赘述。
请参照图1到图7，在实施时，所述水位测量组件2为浮子24式水位计或跟踪式水位计。本实施例中选用浮子24式水位计。
其中，包括编码轮21、吊绳22、压块23和浮子24，所述编码轮21转动安装在所述水平支撑杆4上，所述吊绳22绕过所述编码轮21，所述压块23 和所述浮子24分别系于所述吊绳22的两端；所述浮子24的重量大于所述压块23的重量，以使得所述浮子24能始终处于水面处，当水位下落或上长，均能带动所述编码轮21转动。所述压块23密度大于水，所述浮子24的密度小于水。所述编码轮21应当与控制器电连接，以便于控制器获得所述编码轮21 的编码，并根据所述编码计算水位高度。
由于水是流动的，容易会影响水位测量的准确性。
本实施例中，还包括测量筒25，所述测量筒25埋设于河底，且位于所述水位测量组件2的正下方，所述浮子24和所述压块23均位于所述测量筒25 内，为了避免二者之间发生干涉，所述测量筒25内设有隔板27，所述隔板27 沿竖直方向设置，将所述测量筒25分割成两个开口向上的柱状腔。在自然悬置状态下，所述浮子24和所述压块23分别位于两所述柱状腔内。需要指出的是，为了保证测量筒25内有水，且其中的水较为平静，所述测量筒25的底部设有进水孔26，使测量筒25与河水之间构成连通器。具体实施时，所述测量筒25的底部设有第二固定盘28，所述第二固定盘28的两端
在设置时，对于吊绳22长度有要求，吊绳22不能过长或过短，若吊绳 22过短，在水位下降时，会导致浮子24无法接触水面，若吊绳22过长，当水位较高时，会导致压块23没入水中，在压块23没入水中后，自身受到的浮力减小，从而导致测量不准确。
因此，在本实施例中，通过将中吊绳22跟需要实际需要设置成固定长度，如2到10米，其中，可以是3米、4米、5米、6米、7米、8米、9米等。再将水平支撑杆4与固定支架3之间设置成滑动连接。
在具体实施时，所述固定支架3为筒状，所述固定支架3上设有长条形滑孔31，所述长条形滑孔31的长度方向与所述固定支架的长度方向一致，且所述固定支架3，所述固定支架3内滑动设有滑块35，所述滑块35的形状与所述固定支架3相适配，所述滑块35与所述水平支撑杆4固定连接，所述水平支撑杆4与所述滑块35固定连接，且所述水平支撑杆4的穿过所述长条形滑孔31，所述水平支撑杆4靠近所述固定支架3的一端设有限位板41，所述限位板41与所述水平支撑杆4之间固定连接，且所述限位板41与所述固定支架 3的外周滑动连接。具体实施时，为了保证所述固定支架3安装时的稳固性，所述固定支架3的底部设有第一固定盘32，所述第一固定盘32与所述固定支架3同轴设置。
所述滑块35上设有同轴的螺纹孔。
所述固定支架3内设有驱动电机33和螺杆34，所述螺杆34与所述驱动电机33的转轴固定连接，所述螺杆34穿过所述螺纹孔，且所述螺杆34与所述螺纹孔螺纹连接。所述驱动电机33转动，以驱动所述螺杆34转动，根据所述螺纹的螺距和驱动电机33转动的圈数以及转动方向，可以计算出水平支撑杆4移动向上或向下移动的距离，从而计算出水平支撑杆4上移或下移的距离。进而计算出水位高度。当然，在使用之前，需要对水平支撑杆4的位置进行标定，以记录初始位置。
在实施时，还包括第二壳体29，所述第二壳固定安装在所述水平支撑杆4 上，所述第二壳体29的底部设有第二开口，所述第二开口供所述吊绳22穿过，通过设置所述第二壳体29，能够防止雨水进入到编码轮21内。
所述水平支撑杆4为空心杆，以便于传输数据的数据线能够经所述水平支撑杆4的内部通至与设置在所述固定支架3的内顶部的控制器，并与控制器电连接，实施时，蓄电池也设置于所述固定支架3的内顶部。
实施例3
本实施例是在实施例1和实施例2的基础上所作的改进。相同之处不再赘述。
请参照图6，在本实施例中，还进一步包括雨量计8，所述雨量计8设置于所述固定支架3的顶部；
所述雨量计8用于测量降雨量；具体实施时，所述雨量计为翻斗式雨量计。所述雨量计与所述控制器5电连接，所述控制器5还用于获取所述雨量计8 的检测结果，并将检测结果发送至所述上位机；具体地，所述控制器5根据获取的雨量计8的信号计算降雨量。所述上位机还用于根据所述雨量计8的测量结果对所述水位进行估算，以实现对于水位预测。
为了达到预测水位高度的目的，在具体实施时，上游各位置处的水文监测装置的降雨量测量、水位及流速测量结果作为输入，要预测处的水位为输出进行训练，得到各个水文监测装置的神经网络模型。其余部分均可参照实施例2。
通过上述实施例的设置，本发明至少具有如下有益效果：
本发明通过在设置检测球，通过悬置绳将检测球旋置，并使检测球没入水中至测量位置。通过时实检测悬置绳的倾斜角度，来计算检测球在水平方向上的受力，进而利用水流速度与检测球的受力关系来确定水流速度。如此，能够简单准确地实时监测水流速度。
通过设置卷绳机构，能够配合检测球自身的重量，实现对于悬置绳的收放，从而调节所述检测球没入水中的深度。以实现检测球完全没入水中，并且不与河底接触。以保证检测的准确性，同时，通过调节检测球高度，能够实现对于不同深度处的水流速度的水流速度测量。根据不同深度的水流速度，及水位高度，能够便于计算水流量。
通过雨量计获取降雨量信息，并根据降雨量信息、水位信息，对当前水位信息进行预测，以实现防洪防汛的作用。
以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种水文监测装置，包括流速测量组件(1)、水位测量组件(2)和固定支架(3)；
所述固定支架(3)固定设置；其特征在于：
所述固定支架(3)上设有水平延伸至水面上的水平支撑杆(4)；
所述水位测量组件(2)和所述流速测量组件(1)均与所述水平支撑杆(4)连接；所述流速测量组件(1)用于测量所述水平支撑杆(4)下方的水流速度；
所述水位测量组件(2)与所述水平支撑杆(4)连接，所述流速测量组件(1)用于测量所述水平支撑杆(4)下方的水位；
所述水平支撑杆(4)的长度方向与待测点的河流长度方向垂直，且所述水位测量组件(2)与所述流速测量组件(1)之间的距离不小于0.5米。
2.根据权利要求1所述的水文监测装置，其特征在于：所述流速测量组件(1)包括角度测量机构(11)、检测球(12)和悬置绳(13)；
所述角度测量机构(11)固定安装在所述水平支撑杆(4)上；
所述悬置绳(13)的一端与所述检测球(12)固定连接，另一端与所述角度测量机构(11)连接；
所述检测球(12)为金属球；
所述检测球(12)用于没入所述水平支撑杆(4)下方的水中，所述角度测量机构(11)用于测量所述悬置绳(13)与铅垂线的角度。
3.根据权利要求2所述的水文监测装置，其特征在于：所述角度测量机构(11)包括刻度盘(111)和旋转销(112)，所述刻度盘(111)与所述水平支撑杆(4)连接；
所述旋转销(112)与所述水平支撑杆(4)转动连接，所述刻度盘(111)与所述旋转销(112)同轴设置；所述悬置绳(13)与所述旋转销(112)一端的中心处连接。
4.根据权利要求3所述的水文监测装置，其特征在于：还包括控制器(5)、联网模块(6)和角度传感器(7)；
所述旋转销(112)通过所述角度传感器(7)与所述刻度盘(111)连接；
所述控制器(5)与所述联网模块(6)和所述角度传感器(7)电连接；
所述控制器(5)用于获取所述角度传感器(7)的测量结果，并通过所述联网模块(6)将所述测量结果输出至上位机，以计算出水流速度。
5.根据权利要求4所述的水文监测装置，其特征在于：所述上位机计算水流速度的过程包括：
根据所述角度传感器(7)的测量结果，按以下公式计算所述检测球(12)在水平方向上的受力大小；
Figure FDA0003225472750000021
其中，F水平为检测时所述检测球(12)在受到的水流在水平方向上的冲击力；m为检测球(12)质量，π为圆周率，r为检测球(12)的半径，ρ为河水密度，g为重力加速度，θ为角度传感器(7)的检测结果；
将检测球(12)在水平方向受到的冲击力输入预先设置的水流速度拟合模型中，以得出对应的水流速度。
6.根据权利要求5所述的水文监测装置，其特征在于：所述检测球(12)为空心球，其密度介于2×103kg/m3与3×103kg/m3之间，所述检测球(12)的外周涂覆有耐腐蚀层。
7.根据权利要求4-6任一项所述的水文监测装置，其特征在于：所述旋转销(112)上设有同轴的第一绳孔(113)，所述第一绳孔(113)供所述悬置绳(13)穿过；
所述旋转销(112)上还设有旋转杆(114)，所述旋转杆(114)与所述旋转销(112)垂直连接，所述旋转杆(114)上设有第二绳孔(115)，所述第二绳孔(115)与所述第一绳孔(113)连通；所述旋转杆(114)的一端与所述旋转销(112)固定连接，所述旋转杆(114)的另一端沿所述刻度盘(111)的径向方向延伸；
所述悬置绳(13)穿过所述第一绳孔(113)和所述第二绳孔(115)。
8.根据权利要求7所述的水文监测装置，其特征在于：还包括卷绳机构(14)，所述卷绳机构(14)固定安装在所述水平支撑杆(4)上，所述卷绳机构(14)与所述悬置绳(13)远离所述检测球(12)的一端固定连接；
所述卷绳机构(14)用于对所述悬置绳(13)进行收卷，以控制所述悬置绳(13)的伸长量；
所述卷绳机构(14)与所述控制器(5)电连接，所述控制器(5)还用于通过所述联网模块(6)接收所述上位机根据发出的所述控制信号，并根据所述控制信号控制所述卷绳机构(14)工作，以调节所述悬置绳(13)的长度。
9.根据权利要求4-6任一项所述的水文监测装置，其特征在于：还包括雨量计(8)，所述雨量计(8)设置于所述固定支架(3)的顶部；
所述雨量计(8)用于测量降雨量；
所述控制器(5)还用于获取所述雨量计(8)的检测结果，并将检测结果发送至所述上位机；
所述上位机还用于根据所述雨量计(8)的测量结果对所述水位进行估算，以实现对于水位预测。
10.根据权利要求1-6任一项所述的水文监测装置，其特征在于：所述水位测量组件(2)为浮子式水位计或跟踪式水位计。
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