CN113654601A - 河道断面流量自动测量系统及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种河道断面流量自动测量系统及测量方法，它包括测流小车、测桥、测流站房、数据中心，测桥横跨安装在河道上，测流小车沿着测桥运行，测流站房建设于测桥的一侧；测流小车包括远程测控终端、数据采集装置；测流站房内设置有启闭控制装置、PC终端，所述数据中心与测流小车、启闭控制装置、PC终端通信连接。本发明通过数据中心与测流站房内设备、测流小车的通信连接，实现通过数据中心对测流小车进行测流控制、紧急制动控制，及对测流站房门启闭控制；远程测控终端根据设定好的渠道截面数据、流量计算公式，利用渠道断面法计算瞬时流量和累计流量并将流量数据传给数据中心，全程不需要人工值守，流量数据较传统测量方式更为精准。

Description

河道断面流量自动测量系统及测量方法

技术领域

本发明涉及河道流量测量技术，特别涉及河道断面流量自动测量系统及测量方法。

背景技术

我国灌区用水主要引导和分配方式是明渠渠道输水，灌区渠道流量的测量有利于节约用水，传统的河道流量测验方式是采用人工操作控制将转子流速仪布设到河道测流断面若干个指定位置，通过同步实测流速和水位，再根据流速面积法，从而实现流量的测验。全程需要人工值守，费时费力。同时人工操作控制将转子流速仪布设到河道中，河道断面各个垂线的水深测量精确会受到人为因素的影响。

发明内容

本发明的目的就在于提供一种河道断面流量自动测量系统及测量方法，它通过数据中心与测流站房、测流小车的通信连接，实现在远端通过数据中心的测量控制管理平台进行房门启闭控制、测流控制、紧急制动控制；远程测控终端根据设定好的渠道截面数据、流量计算公式，利用渠道断面法计算瞬时流量和累计流量并将流量数据传给数据中心，全程不需要人工值守，流量数据较传统测量方式更为精准。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：一种河道断面流量自动测量系统，包括测流小车、测桥、测流站房、数据中心，测桥横跨安装在河道上，测流小车沿着测桥运行，测流站房建设于测桥的一侧；

所述测流小车包括远程测控终端、小车行走单元、数据采集单元、第一供电装置，远程测控终端、小车行走单元、数据采集单元、第一供电装置置于测流小车外壳内，小车行走单元、数据采集单元、第一供电装置分别与远程测控终端电性连接；所述远程测控终端设置有电压阈值，远程测控终端内设置有无线通信模块；所述数据采集单元由采集动力组件和数据采集装置组成；所述小车行走单元包括移动驱动电机、驱动轮、行程编码器；所述采集动力组件包括升降驱动电机、牵引轮盘、位移编码器，牵引轮上缠绕有绳索，绳索另一端与数据采集装置连接，数据采集装置的下端安装有触底传感器；移动驱动电机、升降驱动电机分别与第一供电装置电性连接；在测流小车上还设置有第二充电部件；

所述测流站房内设置有第一充电装置、启闭控制装置、PC终端，第一充电装置包括电压转换器、第一充电部件，第一充电部件为导电体，电压转换器连接有充电接头，电压转换器与第一充电部件电性连接；启闭控制装置包括启闭控制器、启闭电机，启闭控制器与启闭电机电性连接，所述PC终端与测流小车无线通信连接；

所述数据中心包括计算机，所述数据中心与PC终端通信连接，在计算机上设置有测量控制管理平台，测量控制管理平台包括站点信息显示模块、操作控制模块、管理模块；

所述数据中心与测流小车、启闭控制装置、PC终端通信连接。

进一步的，所述站点信息显示模块显示数个测流站点的站点编码、名称，以及对应的测流站点基本信息、测流小车工况信息、河道信息；所述测流站点基本信息包括测桥长度、站房门状态、实时电压、站点信号强度；所述测流小车工况信息包括测流小车运行状态、测流小车温度、测流小车电量；所述河道信息包括河道水位、流量、平均深度、平均流速、平均泥位；所述测流配置参数包括测流模式、测点个数；

所述操作控制模块设有测流站点名称所对应的测流配置参数，以及站房门启闭控制、测流控制、紧急制动控制；

所述管理模块包括用户管理单元；用户管理单元根据测量区域进行了划分，设定每个区域内设备的管理及维护的权限。

进一步的，所述测流小车内设置有牵引轮盘固定装置，牵引轮盘固定装置包括底座、轮罩、导线滑环；所述导线滑环安装在底座上；所述轮罩的宽度大于或等于牵引轮盘的线槽宽度，轮罩上设有开口；底座上设置有容置部，用于容纳牵引轮盘的下部端沿；所述轮罩包覆在牵引轮盘的外周并固定在底座上。

进一步的，所述测流小车外壳包括外壳主体、支架组件，支架组件包括支架主体、受力门框，受力门框的竖直方向上安装有限位装置，所述限位装置，包括导向滑轨，以及与其相适配的限位横杆，限位横杆上设置有限位块,限位块与导向滑轨相配合。

进一步的，所述测流站房内设置有第二充电装置，第二充电装置包括蓄电池、第一太阳能电池板，第一充电控制器、逆变器，第一太阳能电池板、第一充电控制器、蓄电池、逆变器、启闭电机依次电性连接。

进一步的，所述测流站房外还安装有视频站，所述视频站包括第二供电装置、第二摄像装置、摄像控制器，摄像控制器内设有微处理器、通信模块，第二供电装置与第二摄像装置电性连接，视频站与数据中心通过通信模块实现无线连接，所述第二供电装置包括第二太阳能电池板、铅酸电池、第二充电控制器，第二太阳能电池板、铅酸电池、第二充电控制器、第二摄像装置依次电性连接。

进一步的，还设置有风速传感器，风速传感器与远程测控终端通信连接。

进一步的，所述测流小车的底部安装有第一摄像装置；所述第一摄像装置与远程测控终端电性连接。

一种基于河道断面流量自动测量系统的测量方法，包括以下步骤：

S1测流站点对应设置：在测量控制管理平台上录入测流站点名称及及对应的测流小车设备编号，实现测量控制管理平台对测流站点的对应控制；

S2预启动:首先打开测流小车电源，等待数秒钟，预启动完成；再检查设备运行是否正常；

S3设置测流参数 :根据渠道基本信息参数，在测量控制管理平台上设置测流模式及测点个数并保存；

S4启动:通过测量控制管理平台启动站房门启闭控制、测流控制，远程控制终端接收到房门启闭控制命令后控制启闭电机打开站房门，测流小车接收到测流控制命令后进行前行；

S5测流:测流小车到达设置位置后停止移动，下放数据采集装置，测量水深及流速，测流小车回收数据采集装置后移动至向下个测量点进行测流，直至测量完成所有设置站点，远程测控终端计算瞬时流量，并将测量信息及传至测量控制管理平台；

S6返回：测流小车完成所有点位测量后沿着测桥轨道返回测流站房。

进一步的，当测流小车的电压低于电压阈值时，测流小车返回测流站房，测流小车移动至第一充电部件与第二充电部件相互接触，即开始充电。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1.本发明的渠道流量自动测流系统及测量方法是通过数据中心与测流站房、测流小车的通信连接，实现通过数据中心对测流小车进行测流控制、紧急制动控制，及对测流站房门启闭控制；采用测流小车搭配水位计、触底传感器、铅鱼、转子流速仪等数据采集装置测量水深、水速信息传给远程测控终端，远程测控终端根据设定好的渠道截面数据、流量计算公式，利用渠道断面法计算瞬时流量和累计流量。远程测控终端将瞬时流量和累计流量数据传给数据中心，并测量控制管理平台进行显示。全程自动完成河道断面的全自动测量工作，可根据实时水深自动计算水深测量高度，分层流速测量，达到全程无人值守自动测量。

2.本发明中测量控制管理平台及远程测控终端上设置有测流小车的电压阈值，在测流站房内设置了第一充电装置；流小车的实时电压与电压阈值比较，以实现远程测控终端控制测流小车返回测流站房进行充电；同时远程测控终端将测流小车的实时电压上报给数据中心，数据中心根据测流小车一段时间内的实时电压信息，绘制出电压信息曲线，管理人员可以通过电压信息曲线可以了解测流小车的充电状态及使用状态。

3.本发明中测流小车内设置有牵引轮盘固定装置，牵引轮盘固定装置包括底座、轮罩，同时在底座上安装了导线滑环；电线、信号线、地线等各种电信线缆及拉绳缠绕在牵引轮盘上，通过导线滑环的作用，避免了牵引轮盘在的旋转回收或拉升过程中，对电线、信号线及地线等各种电信线缆造成扭伤。

4.本发明中测流小车内设置有限位装置，限位装置中的限位块起到了减小绳索的摆动角度的作用；当与绳索连接的数据采集装置接触到限位块时，数据采集装置即停止晃动，避免了数据采集装置与测流小车的其他结构部件发生碰撞。

附图说明

图1为本发明的结构图；

图2为本发明的逻辑框架图；

图3为本发明中数据中心的框架图；

图4为本发明中测流小车的结构图图示一；

图5为本发明中测流小车的结构图图示二；

图6为本发明中牵引轮盘固定装置的结构图图示一；

图7为本发明中牵引轮盘固定装置的结构图图示二；

图8为本发明中牵引轮轴的结构图；

图9为本发明中第一充电装置的结构图；

图10为本发明中限位装置的结构图；

图11为限位装置中限位板的结构图；

图12本发明中启闭控制装置的结构图。

图中：测流小车1、测流站房2、PC终端23、测桥3、运行轨道31、视频站4、第一摄像装置5、风速传感器6

支架组件11、牵引轮盘固定装置12、受力门框13、数据采集装置14、限位装置15、导向滑轨150、限位横杆151、过线孔152、导滑部153、固定板连接154、限位板155、腰型孔1551，平板1552、连接立板1553、牵引滚轮1554、动力部16、采集部17、隔板18、远程测控终端19

轮罩120、牵引轮盘121、线槽1211、第二线孔1212、容置部122、底座123、U型支撑板124、轴承座125、导线滑环126、第一卡扣127、牵引轮轴128、第一轴段1281、第二轴段1282、第一线孔1283、键槽1284、第二卡扣129

第一充电装置21、第一充电部件210、充电接触板2101、弹性部件2102、电压转换器211、固定立板212、限位销213、启闭控制装置22、启闭控制器220、逆变器221、第二充电装置222、启闭电机223、转轴224、卷帘门225、门帘226。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。下面将结合附图和具体实施对本发明作进一步说明。

参见图1，一种河道断面流量自动测量系统，包括测流小车1、测桥3、测流站房2、数据中心，测桥3横跨安装在河道上，测桥3上设置有运行轨道31，测流小车1沿着运行轨道31运行，测流站房2建设于测桥3的一侧。请参见图4、图5，测流小车1的外壳内设置有支架组件11，支架组件11包括支架主体、受力门框13，受力门框13由横梁和立柱组成，受力门框13的横梁上安装有定滑轮及测流限位器。支架主体合围的内部空间形成了测流小车1的内部箱体，在内部箱体内设置有远程测控终端19、小车行走单元、数据采集单元、第一供电装置，数据采集单元由采集动力组件和数据采集装置14组成；小车行走单元包括移动驱动电机、驱动轮、行程编码器；采集动力组件包括升降驱动电机、牵引轮盘121、位移编码器，牵引轮上缠绕有绳索，绳索的另一端与数据采集装置14连接，数据采集装置14的下端安装有触底传感器，数据采集装置14通过2路RS-485信号接口与远程测控终端19连接。移动驱动电机、行程编码器、升降驱动电机、位移编码器、数据采集装置14分别与远程测控终端19电性连接；远程测控终端19、移动驱动电机、升降驱动电机分别与第一供电装置电性连接；同时，远程测控终端19、移动驱动电机、升降驱动电机分别与供电装置电性连接，以获得电能供应。内部箱体内设置有一隔板18，隔板18上设置有方孔，隔板18将内部箱体分成了动力部16和采集部17，采集部17对应的底部为开口状，远程测控终端19、小车行走单元、采集动力组件、供电装置设置在动力部16内，数据采集装置14设置在采集部17内，受力门框13置于数据采集装置14的上方，绳索连接着数据采集装置14然后绕过定滑轮，使得数据采集装置14悬挂在受力门框13上。动力部16通过层板划分为上下两层空间，上层用于放置远程测控终端19及排布控制线；上层四周边缘设置有卡槽，可以将控制线固定在卡槽中。下层用于放置小车行走单元、数据采集动力组件、供电装置。在测流小车1的尾部还设置第二充电部件，第二充电部件有正极端口和负极端口，第二充电部件与安装在测流小车1内的第一供电装置电性连接。

远程测控终端19配备防水操作显示屏，是集水位采集、流量计算、图片视频采集、远程通讯、远程控制、本地控制于一体的自动化、信息化控制器。具备多种电机控制接口，支持多类型的水位计、闸位计、行程开关等传感器，集成了多种流量模型和计量协议。远程测控终端19内设置有无线通信模块，可以配套的手机APP和数据中心，提供第三方接口，能实现各种平台的数据接入功能。可对渠道的采集定位、渠面的截面参数进行了原始设置，并在显示屏上设置小车运行参数。本实施例中，远程测控终端19供电方式可以为12V或24V，主要用于设置测流小车1参数、显示相关采集值及计算流量值；根据测流小车1返回的水深及各测点流速值，以图形形式模拟动态展示渠道底部淤积情况及小车当前所行驶到的位置；且对选择时间段内流速、流量、水位、淤积、水深等进行曲线显示回放演示；通过有线网络或4G的方式将该测流站的数据信息上报至数据中心。

请继续参见图图、图5，在测流小车1的行走单元中，驱动轮及行程编码器固定安装在同一根驱动轮轴上，启动移动驱动电机，驱动轮轴的转动带动驱动轮、行程编码器同轴转动，行程编码器开始对旋转圈数进行计数，驱动轮的周长与转动圈数的乘积为小车行程，并将该行程数值传输给远程测控终端19，当行程数值达到采集定位的设定值时，则小车停止前行，远程测控终端19控制数据采集单元进行数据采集工作。

数据采集单元中，牵引轮与位移编码器固定安装在同一根牵引轮轴上，升降驱动电机驱动轮轴转动，以带动牵引轮及位移编码器实现同轴转动。绳索缠绕在牵引轮后，绳索穿过方孔并绕过定滑轮与数据采集装置14连接；数据采集装置14的下端安装有触底传感器，触底传感器用于发出触底感应。数据采集装置14可以是铅鱼、液位计、流速仪、触底传感器中的一种或者组合。以数据采集单元为铅鱼及流速仪的组合为例，其中流速仪采用旋杯式流速仪。铅鱼安装在固定架上，固定架的下端安装有触底传感器，铅鱼的上方安装有旋杯式流速仪、角度传感器，旋杯式流速仪的旋杯在水流的带动下转动，旋杯式流速仪即可测出水流速度。具体实施中，启动升降驱动电机，牵引轮轴转动带动牵引轮及位移编码器转动，缠绕在牵引轮上的绳索连带铅鱼、旋杯式流速仪以及触底传感器向下移动，当触底传感器接触到水面时，位移编码器开始对转动圈数进行计数，在触底传感器触底后终止计数，通过牵引轮的周长与转动圈数的成乘积即是该测点的水深。将数据采集单元采集的数个水流速度及水深数据传输给远程测控终端19，远程测控终端19根据其原始设置的渠道截面数据、流量计算公式，即可得出渠道中的截面流量。

请参见图1、图12，测流站房2包括墙体、屋顶，墙体上设置有门洞，门洞由竖直门框和水平门框组成，在门洞上设置有卷帘门225，卷帘门225的尺寸与门洞的尺寸想适配。在测流站房2内设置有第一充电装置21、启闭控制装置22、PC终端23。请参见图9，第一充电装置21包括电压转换器211、第一充电部件210，第一充电部件210为导电体，电压转换器211连接有充电接头，电压转换器211、充电部件电性连接；电压转换器211、第一充电部件210安装在固定立板212上，固定立板212可以安装在测流站房2内的墙体表面上，也可以安装在运行轨道31上。

请继续参见图12，启闭控制装置22包括启闭控制器220、启闭电机223，启闭控制器220与启闭电机223电性连接。卷帘门225由门帘226和转轴224组成，转轴224上电性连接有启闭电机223，启闭电机223上电性连接有启闭控制装置22。启闭控制装置22包括控制器主体，控制器主体内设置有微处理器、无线通信模块、SIM卡；微处理器采用低功耗32位CPU，并采用高实时性嵌入式操作系统。无线通信模块采用2G/3G/4G 全网通模组，并采用RJ45网络通信口。启闭控制装置22可以无线连接远端的数据中心，远端管理人员可以通过控制中心了解卷帘门225的启闭状态。在启闭电机223上连接有第二充电装置222，第二充电装置222包括蓄电池、第一太阳能电池板、第一充电控制器，第一太阳能电池板安装在测流站房外，第二充电装置222还电性连接有逆变器221；第一太阳能电池板、第一充电控制器、蓄电池、逆变器221、启闭电机223依次电性连接；第一充电控制器上设置有充电管理接口、蓄电池接口、外接电源接口，充电管理接口上插接有充电管理芯片；第一太阳能电池板作为充电控制器的输入端，通过外接电源接口与充电控制器电性连接。

请继续参见图9，所述第一充电部件210有正极部和负极部，正极部和负极部均由充电接触板2101和弹性部件2102组成，充电接触板2101为导电体，充电接触板2101与弹性部件2102的一端连接，电压转换器211与第一充电部件210电性连接后，充电接触板2101实现电流接通，当测流小车的正极端口和负极端口分别与第一充电部件210的正极部充电接触板2101和负极部充电接触板2101接触时，即可实现对测流小车1进行充电。测流小车1的运行轨道31一直延伸至测流站房2内，并设置在门洞下方。测流小车1上设置还有红外感应器，测流小车1完成测流任务，沿着运行轨道31运行至测流站房2内，当测流小车1运行至接近第一充电部件210时，红外感应器将感应信息传给远程测控终端19，远程测控终端19控制测流小车1的驱动轮停止转动，测流小车1由于惯性作用缓慢滑行至其第二充电部件与第一充电部件210接触，进而实现充电装置对测流小车1充电。

所述弹性部件2102由弹簧及导向杆组成，导向杆为直杆，弹簧套在直杆外；在固定立板212上开设有第一过孔，过孔的直径大于直杆的外径，以保证固直杆能穿过过孔进行往复活动。直杆的一端固定在充电接触板2101上，直杆的另一端穿过第一过孔，直杆穿过第一过孔后，在该端部安装限位销213。而当直杆采用导电材料制成制成时，电压转换器211与第一充电部件210的连接线可以直接连接在充电接触板2101或者直杆上，同样的，当直杆为管状结构时，连接线也直接穿过直杆的管体连接在充电接触板2101上。在固定立板212上设置绝缘垫，绝缘垫的设置位置与所第一充电部件210的安装位置对应；在绝缘垫上设置有第二过孔，第一过孔的孔径大于第二过孔的孔径，在安装时，先将绝缘垫安装在固定立板212上，第一过孔的轴线与第二过孔的轴线重合；然后再将第一充电部件210的直杆穿过第一过孔和第二过孔，并在直杆的端部安装限位销213。

请参见图1、图4，测流站房2内还设置有PC终端23，PC终端23与测流小车1无线通信连接。测流小车1中的远程测控终端19中所设置的采集定位、渠道基本信息等参数也可以通过PC终端23进行设置，并可对远程测控终端19进行调试。渠道基本信息设置包括设置最低工作电压、设置最大工作风速、网络设置（配置wifi连接地址、远程模式时配置4G连接远程服务端IP及端口）、设置轨道长度（即小车每次离开巢穴的最大运行长度，避免无线制条件情况下小车冲出轨道）、设置渠道宽度及搭建在河道上的测桥3净长度。

请参见图1至图3，所述数据中心中心设置在远端，数据中心包括计算机，数据中心与PC终端23可有线或无线通信连接。在计算机上设置有测量控制管理平台，测量控制管理平台包括站点信息显示模块、操作控制模块、管理模块，其中：站点信息显示模块显示数个测流站点的站点编码、名称，以及对应的测流站点基本信息、测流小车1工况信息、河道信息。测流站点基本信息包括测桥3长度、站房门状态、实时电压、站点信号强度；测流小车1工况信息包括测流小车1运行状态、测流小车1温度、测流小车1电量；河道信息包括河道水位、流量、平均深度、平均流速、平均泥位、风速；测流配置参数包括测流模式、测点个数。操作控制模块设有测流站点名称、坐标以及所对应的测流配置参数，以及站房门启闭控制、测流控制、紧急制动控制；管理模块包括用户管理单元；用户管理单元根据测量区域进行了划分，设定每个区域内设备的管理及维护的权限。

在操作控制模块中输入测流站房2的名称、地址坐标及测流小车1设备型号等信息；则实现了测量控制管理平台与测流站房2、测流小车1的绑定控制，实现房门启闭控制、测流控制、紧急制动控制。在管理模块中，用户管理单元用于对平台的使用用户或关联用户进行管理，根据设备安装的区域划分，用于设定每个区域内设备的管理及维护的权限。管理模块还可以包括设备管理单元、版本管理单元、接口文档单元，设备管理单元用于显示所有设备的文件版本、文件大小、校验码等。在管理模块中，接口文档单元用于供第三方平台读取测量控制管理平台上的显示数据，并能够调取测量控制管理平台上的存储数据。在管理模块中编辑移动终端的号码，形成了移动终端白名单，使移动终端与测流站房2及测流小车1之间能够进行身份匹配识别。移动终端可以控制授权范围内的测流站房2中卷帘门225的启闭以及测流小车1的运行。同时可以查看区域内测流小车1等设备的管理及维护记录。

远程测控终端19及测量控制管理平台上设置有电压阈值，当测流小车1中第一供电装置中的电压低于该电压阈值时，远程测控终端19将测流小车1的电压信息上报给测量控制管理平台，远程测控终端19控制测流小车1返回至测流站房2内充电，同时，测流站点基本信息中所显示的测流小车1的实时电压值用黄色字体显示。当充电完成，测流小车1的电压大于电压阈值后，测流站点基本信息中所显示的测流小车1的实时电压值用绿色字体显示。数据中心根据测流小车1一段时间内的实时电压信息，绘制出电压信息曲线，管理人员可以通过电压信息曲线可以了解测流小车1的充电状态及使用状态，比如测流小车1的实时电压信息一段时间内一直是处于低于电压阈值的状态，则说明该测流小车1的第一供电装置已经损坏，则可以通过测量控制管理平台或者时移动终端联系相关的管理人员到现场对测流小车1进行查看。

工作原理：在操作控制模块中输入测流站房2的名称、地址坐标及测流小车1设备型号等信息；则实现了测量控制管理平台与测流站房2、测流小车1的绑定控制，数据中心在可在远端进行房门启闭控制、测流控制、紧急制动控制。测流小车1上的数据采集装置14将采集的水深及水流信息传递给远程测控终端19，远程测控终端19根据设定好的渠道截面数据、流量计算公式对流量进行计算，得出的瞬时流量和累计流量数据传给数据中心，瞬时流量和累计流量在测量控制管理平台进行显示。测量控制管理平台还会展示所对应设置的测流站点基本信息、测流小车1工况信息、河道信息及测流小车1的电压信息，以方便远端的管理人员了解测流小车1的状态及对对应的测量环境。

请继续参见图6至图8，进一步的，测流小车1内安装有牵引轮盘固定装置12，以用于固定牵引轮盘121，并防止缠绕在牵引轮盘121上的绳索滑落。牵引轮盘固定装置12包括轴承座125、牵引轮盘121、底座123、导线滑环126、轮罩120，底座123上设置有容置部122，轮罩120为带状柔性体，轮罩120的宽度大于或等于牵引轮盘121的线槽1211宽度，轮罩120上设有开口，牵引轮盘121上有轴孔和线槽1211，所述轮罩120弯曲后包覆在牵引轮盘121的外周并固定在底座123上。轴承座125固定在底座123上，牵引轮轴128穿过牵引轮盘121的轴孔后，其端部分别置于位于牵引轮盘121两侧的轴承座125上，牵引轮盘121其下部端沿置于容置部122内。在底座123上还安装有第一支架和第二支架，第一支架和第二支架分别位于牵引轮盘121两侧；第一支架61安装固定导线滑环126，第二支架上安装固定电机。其中一个轴承座125为U型支撑板124，U型支撑板124与第二支架位于同一侧，牵引轮轴128的端部放置在U型支撑板124上。在U型支撑板124上还开设有数个固定安装孔，用于对电机的侧面上进一步的固定。导线滑环126由定子和转子组成，在导线滑环126的转子上固定连接有第一卡扣127，用于将绳索的端部固定在转子的外周表面上。导线滑环126的定子固定在第一支撑架上，导线滑环126的轴心与牵引轮轴128的轴心位于同一中心线上。牵引轮轴128由第一轴段1281和第二轴段1282组成，第一轴段1281为筒状结构，第二轴段1282为实心体，在第一轴段1281上开设有第一线孔1283，在第二轴段1282上设置有键槽1284；牵引轮盘121的线槽1211上设置有第二线孔1212。牵引轮盘121与牵引轮轴128配合后，第一线孔1283与第二线孔1212的位置相对应。具体的，绳索7中除了含有拉绳，还包含有电线、接地线或者信号线等电信线缆，电线、接地线或者信号线等各种电信线缆的一端连接在外测设备上，电信线缆的另一端穿过导电滑环；拉绳的一端通过第一卡扣127固定在转子的外周表面上。在牵引轮轴128的第一轴段1281的端部固定连接第二卡扣129。电信线缆及拉绳的另一端分别穿入牵引轮轴128的第一轴段1281后，用第二卡扣129将拉绳卡紧；电信线缆及拉绳从第一线孔1283分别穿出；然后再穿过第二线孔1212后缠绕在牵引轮盘121的线槽1211上，这样既实现了旋转轮轴与导电滑环之间的连接。将电机连接轴的键块与键槽1284配合，启动电机即可带动牵引轮盘121转动；由于牵引轮轴128上有电信线缆及拉绳穿过，电信线缆及拉绳又连接了导电滑环，因此也带动了导电滑环转动。由于导电滑环的作用，电信线缆避免了被扭伤，保证了整个电子设备在运转时候信号传输以及电流传输的稳定性。

数据采集装置14在进行数据采集时，仅通过一根细小的拉绳牵引受力，会受到风力或者水流的影响而导致数据采集装置14偏离垂直方向，回程中，数据采集装置14在水平方向会产生晃动，容易发生碰撞。因此为了解决数据采集装置14在回程碰撞问题，请参见图5、图10、图11，进一步的，在受力门框13上设置了限位装置15，限位装置15安装在受力门框13的立柱上。限位装置15包括导向滑轨150，以及与其相适配的限位横杆151，限位横杆151由支撑杆和导滑部153组成，支撑杆上开设有用于穿引绳索的过线孔152；支撑杆和导滑部153一体成型，导滑部153与导向滑轨150相适配。导向滑轨150固定安装在立柱上，在限位横杆151上连接有限位板155；限位板155通过固定板连接154固定在限位横杆151上；限位板155由平板1552和连接立板1553组成，平板1552和连接立板1553之间相互垂直，在平板1552上设置有腰型孔1551。绳索缠绕在牵引轮盘121上，绳索端头绕过定滑轮，再依次穿过限位横杆151上的过线孔152、平板1552上的腰型孔1551后与数据采集装置14连接。进一步的，在连接立板1553上设置了牵引滚轮1554，牵引滚轮1554平行的设置在平板1552的下方；两个牵引滚轮1554为一组进行匹配使用，牵引滚轮1554之间留有间隙，且该间隙与腰型孔1551的位置相对应。牵引滚轮1554之间的间隙与绳索的大小相适配，间隙略大约绳索的直径即可。绳索穿过腰型孔1551后，再穿过牵引滚轮1554之间的间隙。牵引滚轮1554为圆形，其表面为圆弧状且光滑，这样就减小了绳索在上升或下降过程中，限位块对绳索的剪切力作用，进而减小了限位块对绳索的损坏，延长了绳索的使用时寿命。

请参见图1，进一步的，在测流站房2外还安装有视频站4，视频站4包括第二供电装置、第二摄像装置、摄像控制器，摄像控制器内设有微处理器、通信模块，第二供电装置与第二摄像装置电性连接，视频站4与数据中心通过通信模块实现无线连接，第二供电装置包括第二太阳能电池板、铅酸电池、第二充电控制器，第二太阳能电池板、铅酸电池、第二充电控制器、第二摄像装置依次电性连接。通过视频站4，数据中心可以了解测流小车1所处的工作环境。

请继续参见图1、图4，进一步的，还设置有风速传感器6，风速传感器6可以直接设置在测流站房2外，也可以直接安装在测流小车1上。本实施例中，风速传感器6安装在测流小车1上；远程测控终端19通过1路RS-485信号接入的风速传感器6。风速传感器6用于采集监测测流房外采的风力，当实时风力大于所设定的测流小车1最大工作风速时，小车自动进入避险模式返回测流站房2。

请继续参见图1、图4，具体的，在操作控制模块中输入视频站4和测流小车1的设备编号，则实现了测量控制管理平台与视频站4和风速传感器6的绑定。测量控制管理平台根据所传回的图像，对应的在信息显示模块中显示。测量控制管理平台通过API调用接口调用百度、高德或天地图，结合测流站房2的坐标、现场图像以及风速传感器6所采集的风速信息，以综合的分析测流小车1所处的工作环境；比如传回的信息显示风力过大、测桥3被损毁等会影响测流小车1的测量工作时，则可以暂缓流量测量工作。以此实现了测量控制管理平台对该测流站房2地所属位置的联动管理，以达到在远端能实时了解现场的目的。

请继续参见图1、图4进一步的，在测流小车1的底部安装有第一摄像装置5；第一摄像装置5与远程控制装置电性连接，在测流模式下远程测控终端19控制第一摄像装置5自动，以拍摄水面及数据采集装置14的实况视频。第一摄像装置拍摄的者视频可以通过远程测控终端19传输给远端的数据中心。

在小车外部设置有电机开关、紧急制动开关、网络指示灯、运行状态指示灯。其中绿色代表正常、黄色代表未通过4G连接上测量控制管理平台；运行状态指示灯包括运行指示灯、电压指示灯、故障指示灯，其中运行指示灯显示为绿色，表示测流小车1正常运行，电压指示灯为黄色，表示测流小车1电压低于电压阈值，故障指示灯为红色，表示测流小车1出现故障，需要及时检修。当遇上紧急状况时，则可以通过启动紧急制动开关以避免紧急事件发生。

实施例2

一种基于河道断面流量自动测量系统的测量方法，包括以下步骤：

S1测流站点对应设置：在测量控制管理平台上录入测流站点名称、坐标及对应的测流小车1设备编号，实现测量控制管理平台对测流站点的对应控制；

S2预启动:首先打开测流小车1电源，等待数秒钟，预启动完成；再检查设备运行是否正常；

S3设置测流参数 ：根据渠道基本信息参数，在测量控制管理平台上设置测流模式及测点个数并保存；

比如设置每天测流次数、设置测流点数，选择流速测量方式有一点法、二点法、三点法、五点法；测流小车1根据当前点位的水深自动按照设定的流速测量方式测量对应点位的流速，小车运行到该点后自动进入测流模式；

水位测量模式：通过位移编码器配合触底传感器来测流水深，当接触到水后开始计数、在触底传感器触底后终止计数，期间值就是这个测点的水深；

流速测量模式：设定每个测流点的计数时长，从1s-360s可设置，在测流装置运行到测流点稳定后小车的远程测控终端19开始计数设定计数时长内转子流速仪转动的次数，并自动计算出改点的流速值，单位为米/秒；参照渠道测流规范计算出测试点的平均流速；

S4启动:通过测量控制管理平台启动站房门启闭控制、测流控制，远程控制终端接收到房门启闭控制命令后控制启闭电机223打开站房门，测流小车1接收到测流控制命令后进行前行；

S5测流:测流小车1到达设置位置后停止移动，下放数据采集装置14，测量水深及流速，测流小车1回收数据采集装置14后移动至向下个测量点进行测流，直至测量完成所有设置站点，远程测控终端19计算瞬时流量和累计流量，并将瞬时流量和累计流量信息及传至测量控制管理平台；

数据采集装置14将测量的水深及流速信息传给远程测控终端19；测流小车1上的第一摄像装置5是一旦测流小车1开始行走，远程测控终端19就控制第一摄像装置自动打开，在这个过程中，远程测控终端19将测量的水深及流速信息及视频传至测量控制管理平台；远程测控终端19的显示屏上会以表格形式显示测量时间、各测流点对应的水深、各垂线点流速、转子转动次数；

通过远程测控终端19按照流速面积法积分的方式计算该次测量的瞬时流量、24h累计流量、1月累计流量和年度累计流量，并在测量控制管理平台上显示；

S6返回：测流小车1完成所有点位测量后沿着测桥3轨道返回测流站房2。

进一步的，当测流小车1的电压低于电压阈值时，测流小车1返回测流站房2，测流小车1移动至第一充电部件210与第二充电部件相互接触，即开始充电。

Claims (10)

1.一种河道断面流量自动测量系统，其特征在于：包括测流小车、测桥、测流站房、数据中心，测桥横跨安装在河道上，测流小车沿着测桥运行，测流站房建设于测桥的一侧；

所述测流小车包括远程测控终端、小车行走单元、数据采集单元、第一供电装置，远程测控终端、小车行走单元、数据采集单元、第一供电装置置于测流小车外壳内，小车行走单元、数据采集单元、第一供电装置分别与远程测控终端电性连接；所述远程测控终端设置有电压阈值，远程测控终端内设置有无线通信模块；所述数据采集单元由采集动力组件和数据采集装置组成；所述小车行走单元包括移动驱动电机、驱动轮、行程编码器；所述采集动力组件包括升降驱动电机、牵引轮盘、位移编码器，牵引轮上缠绕有绳索，绳索另一端与数据采集装置连接，数据采集装置的下端安装有触底传感器；移动驱动电机、升降驱动电机分别与第一供电装置电性连接；在测流小车上还设置有第二充电部件；

所述测流站房内设置有第一充电装置、启闭控制装置、PC终端，第一充电装置包括电压转换器、第一充电部件，第一充电部件为导电体，电压转换器连接有充电接头，电压转换器与第一充电部件电性连接；启闭控制装置包括启闭控制器、启闭电机，启闭控制器与启闭电机电性连接，所述PC终端与测流小车无线通信连接；

所述数据中心包括计算机，所述数据中心与PC终端通信连接，在计算机上设置有测量控制管理平台，测量控制管理平台包括站点信息显示模块、操作控制模块、管理模块；

所述数据中心与测流小车、启闭控制装置、PC终端通信连接。

2.根据权利要求1所述的河道断面流量自动测量系统，其特征在于：所述站点信息显示模块显示数个测流站点的站点编码、名称，以及对应的测流站点基本信息、测流小车工况信息、河道信息；

所述操作控制模块设有测流站点名称所对应的测流配置参数，以及站房门启闭控制、测流控制、紧急制动控制；

所述管理模块包括用户管理单元；用户管理单元根据测量区域进行了划分，设定每个区域内设备的管理及维护的权限。

3.根据权利要求1所述的河道断面流量自动测量系统，其特征在于：所述测流小车内设置有牵引轮盘固定装置，牵引轮盘固定装置包括底座、轮罩、导线滑环；所述导线滑环安装在底座上；所述轮罩的宽度大于或等于牵引轮盘的线槽宽度，轮罩上设有开口；底座上设置有容置部，用于容纳牵引轮盘的下部端沿；所述轮罩包覆在牵引轮盘的外周并固定在底座上。

4.根据权利要求1所述的河道断面流量自动测量系统，其特征在于：所述测流小车外壳包括外壳主体、支架组件，支架组件包括支架主体、受力门框，受力门框的竖直方向上安装有限位装置，所述限位装置，包括导向滑轨，以及与其相适配的限位横杆，限位横杆上设置有限位块,限位块与导向滑轨相配合。

5.根据权利要求1所述的河道断面流量自动测量系统，其特征在于：所述测流站房内设置有第二充电装置，第二充电装置包括蓄电池、第一太阳能电池板，第一充电控制器、逆变器，第一太阳能电池板、第一充电控制器、蓄电池、逆变器、启闭电机依次电性连接。

6.根据权利要求1所述的河道断面流量自动测量系统，其特征在于：所述测流站房外还安装有视频站，所述视频站包括第二供电装置、第二摄像装置、摄像控制器，摄像控制器内设有微处理器、通信模块，第二供电装置与第二摄像装置电性连接，视频站与数据中心通过通信模块实现无线连接，所述第二供电装置包括第二太阳能电池板、铅酸电池、第二充电控制器，第二太阳能电池板、铅酸电池、第二充电控制器、第二摄像装置依次电性连接。

7.根据权利要求1所述的河道断面流量自动测量系统，其特征在于：还设置有风速传感器，风速传感器与远程测控终端通信连接。

8.根据权利要求1所述的河道断面流量自动测量系统，其特征在于：所述测流小车的底部安装有第一摄像装置；所述第一摄像装置与远程测控终端电性连接。

9.一种基于权利要求1-8任一一项权利要求所述的河道断面流量自动测量系统的测量方法，其特征在于 ：包括以下步骤：

S1测流站点对应设置：在测量控制管理平台上录入测流站点名称及对应的测流小车设备编号，实现测量控制管理平台对测流站点的对应控制；

S2预启动:首先打开测流小车电源，等待数秒钟，预启动完成；再检查设备运行是否正常；

S3设置测流参数 :根据渠道基本信息参数，在测量控制管理平台上设置测流模式及测点个数并保存；

S4启动:通过测量控制管理平台启动站房门启闭控制、测流控制，远程控制终端接收到房门启闭控制命令后控制启闭电机打开站房门，测流小车接收到测流控制命令后进行前行；

S5测流:测流小车到达设置位置后停止移动，下放数据采集装置，测量水深及流速，测流小车回收数据采集装置后移动至向下个测量点进行测流，直至测量完成所有设置站点；远程测控终端计算瞬时流量，并将测量信息及传至测量控制管理平台；

S6返回：测流小车完成所有点位测量后沿着测桥轨道返回测流站房。

10.根据权利要求9所述河道断面流量自动测量系统的测量方法，其特征在于 ：当测流小车的电压低于电压阈值时，测流小车返回测流站房，测流小车移动至第一充电部件与第二充电部件相互接触，即开始充电。

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