CN114545023B - 一种超标准洪水下卫星定位浮标轨迹测流方法及其浮标 - Google Patents

一种超标准洪水下卫星定位浮标轨迹测流方法及其浮标 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超标准洪水下卫星定位浮标轨迹测流方法及其浮标，其特征在于利用RTK技术对发生超标准洪水的河道的实时流速以及实时水位变化情况进行监测和分析，及时提醒防洪人员采取对应措施的测流方法，能够对发生超标准洪水的河道的实时流速以及实时水位变化情况进行监测和分析，及时提醒防洪人员采取对应措施，浮标重心下移，在漂流过程中不易发生翻转，能够在浮标漂流过程中避免被水面上的水草等条状物缠绕。

Description

一种超标准洪水下卫星定位浮标轨迹测流方法及其浮标
技术领域
本发明一种超标准洪水下卫星定位浮标轨迹测流方法及其浮标涉及一种利用卫星定位浮标对超标准洪水进行测流的方法及其浮标，属于水文监测技术领域。
背景技术
超标准洪水一般是指超过防洪系统或防洪工程设计标准的洪水，每年汛期都有可能发生超标准洪水，在发生超标准洪水时依据洪水特性制定紧急措施，并事先做好安排，供必要时采用，以避免发生毁灭性灾害是防洪工作的重中之重，相较于普通河道，发生超标准洪水的河道水位会在短时间内上涨，再加上较高的洪水流速，使得河两岸不断被浸泡冲刷，洪水中的泥沙大量增加，冲击着河堤和大坝，容易发生决堤的危险，因此对超标准洪水的水位变化和流速进行实时监测和分析，为防洪人员提供决策依据是非常有必要的，目前现有的洪水监测方法一般是利用浮标对洪水的实时水位或者流速进行监测，而没有对监测后的水位和流速数据进行拟合分析，防洪人员只能根据单独的水位信息或者流速信息作出防洪决策，但实际上，洪水的水位变化情况和流速情况之间存在着很大的关联性，水位变化速度越快，流速越大，其产生的危害也会更大，因此单独的水位信息或者流速信息容易使防洪人员作出的防洪策略与实际情况之间存在较大的偏差，容易出现人员、物资不到位，抢险不及时的情况，另外，现有的用于对河道水位或流速进行监测的浮标，多为柱状或饼状结构，稳定性较差，在流速较快的洪水中容易发生翻转甚至翻沉，且长时间在水中漂流，水中的一些条状物如水面漂浮的水草等容易缠绕在浮标上，降低浮标的漂流速度，导致浮标和洪水的流速不一致，影响利用浮标进行洪水水位和流速监测的数据精确度。
公开号CN111232130A公开了一种新型全自动定位浮标装置及其使用方法，包括主体浮筒，所述主体浮筒的底部固定连接有圆形板，所述主体浮筒的外表面固定连接有两个对称设置的侧翼板，所述主体浮筒的外表面固定连接有仿船舵尾翼，所述主体浮筒的内部固定安装有位置记录装置，该装置及其使用方法仅仅是利用浮标对水面实时流速进行监测，无法为防洪人员提供有效的决策支撑，且该浮标为柱状结构，稳定性较差，还容易被水中的条状物缠绕，实用性较差。
公告号CN214747956U公开了一种便携式浮标测流系统，包括气动发射装置、浮标式测流装置和信号接收装置，所述气动发射装置和浮标式测流装置配套使用，该系统仅仅是利用浮标获取水面流速信息，无法为防洪人员提供有效的决策支撑，且该浮标为柱状结构，稳定性较差，还容易被水中的条状物缠绕，实用性较差。
公开号CN204775855U公开了一种测流浮标，包括圆球形浮标体，所述的浮标体内部设有浮力舱和仪器舱，所述的浮标体的上部设有上支架，所述的上支架上设有桅杆，所述的浮标体的下部设有尾管，所述的尾管的端部连接有使整个浮标重心下移的重块，在所述的浮标体上并位于尾管的两侧还对称设有用于连接锚泊装置的挂耳，该装置仅仅是利用浮标获取水面流速信息，无法为防洪人员提供有效的决策支撑，且该浮标容易被水中的条状物缠绕，实用性较差。
公开号CN108982907A公开了河道单侧多LoRa基站的无线浮标计数测流速方法，利用在十字架结构浮标的中心位置安装LoRa无线模块，通过计算信号强度实现定位，包括河道单侧基站建立，浮标投放点定位和浮标释放，无线信号采集与定位测速数据处理，该发明仅仅是利用浮标对水面实时流速进行监测，无法为防洪人员提供有效的决策支撑，且该浮标为十字架结构，稳定性较差，还容易被水中的条状物缠绕，实用性较差。
发明内容
为了改善上述情况，本发明一种超标准洪水下卫星定位浮标轨迹测流方法及其浮标提供了一种利用RTK技术对发生超标准洪水的河道的实时流速以及实时水位变化情况进行监测和分析，及时提醒防洪人员采取对应措施的测流方法并提供了一种不易发生翻转和被水面上的水草等条状物缠绕的浮标。
本发明一种超标准洪水下卫星定位浮标轨迹测流方法是这样实现的，本发明一种超标准洪水下卫星定位浮标轨迹测流方法包括以下几个步骤：
1）在河道一侧建立基准站，对基准站进行定位，得到基准站实时定位坐标，基准站上有发射模块和接收模块，用于接收浮标上RTK模块发送的数据，并能将采集到的数据远程传递到数据分析中心；
2）浮标投放点定位和浮标释放：根据监测河道宽度、拐点密集度以及水面天然障碍物的分布等情况确定浮标投放点，浮标上的RTK模块每秒内预发送10个数据，发送的数据由基准站接收，实现测量前无线定位系统的检测，检测完成后，在设定的投放点释放浮标；
3）浮标随河水漂流，与水面流速一致后，开始实时记录浮标位置信息并将数据发送给基准站；
4）基准站将接收的测量数据传回数据分析中心，数据分析中心的数据计算模块自动计算出河道水面的实时流速和实时水位值；
5）数据分析中心的数据分析模块对河道水面实时水位值进行分析，得到实时水位变化速度，并结合实时流速进行数据拟合，得到实时风险值；
所述数据拟合公式为：
R=p*(m*L+n*V)i
其中：R为风险值；L：实时水位变化速度；V：实时流速；p：修正系数；i：风险指数
6）将实时风险值和设定的阈值范围进行比较，当实时风险值低于设定的阈值范围时，应当采取临时加高或加固大坝等措施；当实时风险值在设定的阈值范围内时，应预筹临时分洪区，做好分洪区居民转移，疏通导流渠道等工作；当实时风险值高于设定的阈值范围时，则需要采取泄洪或破副坝以保主坝等措施，防止洪水漫坝造成溃决；
本发明还涉及一种超标准洪水下卫星定位浮标轨迹测流浮标，本发明一种超标准洪水下卫星定位浮标轨迹测流浮标包括浮标主体，拨动组件以及设置在浮标主体下方的推动组件，
其特征在于，所述推动组件使浮标主体重心下移，使浮标主体不易发生翻转，所述拨动组件中的拨动板能够在浮标主体漂流过程中来回展收拨动，避免浮标主体被水草等条状物缠绕，
所述浮标主体顶部中心处设置有能够向基准站发送信号并能够接收基准站信号的RTK模块，
所述浮标主体底部中心处置有固定杆一端，
所述推动组件由前进板、弧形推板和通孔组成，
前进板置于固定杆另一端，
优选的，所述前进板厚度从一侧到另一侧逐渐增大，呈V形结构，
弧形推板外凸面中部和前进板另一侧相连接，
优选的，所述弧形推板的厚度从中间向两端逐渐减小，
弧形推板上开有通孔，
优选的，所述通孔为椭圆形结构，
所述拨动组件由升降板、拨动板、连接杆和滑动套组成，滑动套可滑动的套置于固定杆上，所述升降板为环形结构，升降板可滑动的套置于固定杆上，且和滑动套相连接，多个拨动板沿周向等距置于浮标主体边缘，
优选的，所述拨动板一端通过铰接耳和浮标主体相铰接，另一端先竖直向下延伸一段距离后再向远离浮标主体方向斜向下延伸，
优选的，所述拨动板竖直向下延伸的部分和斜向下延伸的部分之间的夹角在120度—150度之间，
优选的，所述拨动板竖直向下延伸的部分和斜向下延伸的部分的连接处为弧形结构，
多个连接杆和多个拨动板一一对应，所述连接杆一端通过铰接耳和滑动套相铰接，连接杆另一端通过铰接耳和对应拨动板相铰接，
优选的，所述连接杆和对应拨动板的铰接处位于拨动板竖直向下延伸部分。
有益效果。
一、能够对发生超标准洪水的河道的实时流速以及实时水位变化情况进行监测和分析，及时提醒防洪人员采取对应措施。
二、浮标重心下移，在漂流过程中不易发生翻转。
三、能够在浮标漂流过程中避免被水面上的水草等条状物缠绕。
四、结构简单，方便实用，便于推广。
附图说明
图1为本发明一种超标准洪水下卫星定位浮标的立体结构图；
图2为本发明一种超标准洪水下卫星定位浮标的立体结构图，其仅仅展示了拨动结构的连接情况。
附图中
其中为：浮标主体（1），前进板（2），升降板（3），拨动板（4），弧形推板（5），固定杆（6），连接杆（7），滑动套（8），通孔（9）。
具体实施方式：
本发明一种超标准洪水下卫星定位浮标轨迹测流方法包括以下几个步骤：
1）在河道一侧建立基准站，对基准站进行定位，得到基准站实时定位坐标，基准站上有发射模块和接收模块，用于接收浮标上RTK模块发送的数据，并能将采集到的数据远程传递到数据分析中心；
2）浮标投放点定位和浮标释放：根据监测河道宽度、拐点密集度以及水面天然障碍物的分布等情况确定浮标投放点，浮标上的RTK模块每秒内预发送10个数据，发送的数据由基准站接收，实现测量前无线定位系统的检测，检测完成后，在设定的投放点释放浮标；
3）浮标随河水漂流，与水面流速一致后，开始实时记录浮标位置信息并将数据发送给基准站；
4）基准站将接收的测量数据传回数据分析中心，数据分析中心的数据计算模块自动计算出河道水面的实时流速和实时水位值；
5）数据分析中心的数据分析模块对河道水面实时水位值进行分析，得到实时水位变化速度，并结合实时流速进行数据拟合，得到实时风险值；
所述数据拟合公式为：
R=p*(m*L+n*V)i
其中：R为风险值；L：实时水位变化速度；V：实时流速；p：修正系数；i：风险指数
6）将实时风险值和设定的阈值范围进行比较，当实时风险值低于设定的阈值范围时，应当采取临时加高或加固大坝等措施；当实时风险值在设定的阈值范围内时，应预筹临时分洪区，做好分洪区居民转移，疏通导流渠道等工作；当实时风险值高于设定的阈值范围时，则需要采取泄洪或破副坝以保主坝等措施，防止洪水漫坝造成溃决；
本发明还涉及一种超标准洪水下卫星定位浮标轨迹测流浮标：包括浮标主体（1），拨动组件以及设置在浮标主体（1）下方的推动组件，
其特征在于，所述推动组件使浮标主体（1）重心下移，使浮标主体（1）不易发生翻转，所述拨动组件中的拨动板（4）能够在浮标主体（1）漂流过程中来回展收拨动，避免浮标主体（1）被水草等条状物缠绕，
所述浮标主体（1）顶部中心处设置有能够向基准站发送信号并能够接收基准站信号的RTK模块，
所述浮标主体（1）底部中心处置有固定杆（6）一端，
所述推动组件由前进板（2）、弧形推板（5）和通孔（9）组成，
前进板（2）置于固定杆（6）另一端，
优选的，所述前进板（2）厚度从一侧到另一侧逐渐增大，呈V形结构，
弧形推板（5）外凸面中部和前进板（2）另一侧相连接，
优选的，所述弧形推板（5）的厚度从中间向两端逐渐减小，
弧形推板（5）上开有通孔（9），
优选的，所述通孔（9）为椭圆形结构，
所述拨动组件由升降板（3）、拨动板（4）、连接杆（7）和滑动套（8）组成，滑动套（8）可滑动的套置于固定杆（6）上，所述升降板（3）为环形结构，升降板（3）可滑动的套置于固定杆（6）上，且和滑动套（8）相连接，多个拨动板（4）沿周向等距置于浮标主体（1）边缘，
优选的，所述拨动板（4）一端通过铰接耳和浮标主体（1）相铰接，另一端先竖直向下延伸一段距离后再向远离浮标主体（1）方向斜向下延伸，
优选的，所述拨动板（4）竖直向下延伸的部分和斜向下延伸的部分之间的夹角在120度—150度之间，
优选的，所述拨动板（4）竖直向下延伸的部分和斜向下延伸的部分的连接处为弧形结构，
多个连接杆（7）和多个拨动板（4）一一对应，所述连接杆（7）一端通过铰接耳和滑动套（8）相铰接，连接杆（7）另一端通过铰接耳和对应拨动板（4）相铰接，
优选的，所述连接杆（7）和对应拨动板（4）的铰接处位于拨动板（4）竖直向下延伸部分；
优选的，所述拨动板（4）为PVC塑料板，PVC塑料板材制品颜色一般为灰色和白色，也可生产彩色硬板，其质量执行GB/T4454-1996，具有良好的化学稳定性，耐腐蚀性，硬度大，强度大，强度高，防紫外线（耐老化），耐火阻燃（具有自熄性），绝缘性能可靠，表面光洁平整，不吸水，不变形，易加工等特点；
优选的，所述升降板（3）为PVC塑料板，
优选的，所述前进板（2）由奥氏体 - 铁素体双相不锈钢制成，表面镀有一层耐磨涂层；
所谓双相不锈钢是在其固溶组织中铁素体相与奥氏体相约各占一半，一般量少相的含量也需要达到30%。在含C较低的情况下，Cr含量在18%~28%，Ni含量在3%~10%。有些钢还含有Mo、Cu、Nb、Ti，N等合金元素；该类钢兼有奥氏体和铁素体不锈钢的特点，与铁素体相比，塑性、韧性更高，无室温脆性，耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高，同时还保持有铁素体不锈钢的475℃脆性以及导热系数高，具有超塑性等特点；与奥氏体不锈钢相比，强度高且耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀有明显提高；
使用时，首先调整浮标方向，使前进板（2）厚度小的一侧顺着水流的流动方向，然后将浮标投放到河水中，浮标随河水漂流，浮标主体（1）上的RTK模块将数据发送给基准站，同时水流的上下浮动带动升降板（3）在固定杆（6）上上下滑动，升降板（3）带动滑动套（8）上下滑动，进而通过连接杆（7）推动拨动板（4）来回展收拨动，避免河水中的水草等条状物缠绕在浮标上，在浮标漂流过程中，前进板（2）和弧形推板（5）使浮标重心下移，使其不易发生翻转；
所述前进板（2）厚度从一侧到另一侧逐渐增大，呈V形结构的设计，能够在浮标漂流过程中减缓前进方向水的阻力，提高浮标的随水漂流性能；
所述弧形推板（5）的厚度从中间向两端逐渐减小的设计，能够使弧形推板（5）的重心集中在中间位置，便于配合前进板（2）使浮标上中下轻不易发生翻转；
所述通孔（9）为椭圆形结构的设计，能够在浮标随水漂流的过程中适应水在弧形推板（5）上的流动轨迹，便于水从通孔（9）内透出以减小前进方向水的阻力，提高浮标的随水漂流性能；
所述拨动板（4）竖直向下延伸的部分和斜向下延伸的部分之间的夹角在120度—150度之间的设计，是申请人在经过多次反复实验发现，二者的夹角在120度至150度的范围内时，拨动板（4）的摆动性能最好，防水草等条状物缠绕的效果最好；
所述连接杆（7）和对应拨动板（4）的铰接处位于拨动板（4）竖直向下延伸部分的设计，能够使连接杆（7）带动拨动板（4）来回摆动拨开水草等条状物的过程中更加省力；
达到利用RTK技术对发生超标准洪水的河道的实时流速以及实时水位变化情况进行监测和分析，及时提醒防洪人员采取对应措施，同时浮标不易发生翻转和被水面上的水草等条状物缠绕的目的。
上述实施例为本发明的较佳实施例，申请人为了节约篇幅，并没有增加其他实施例，但这并非用以限定本发明实施的范围。任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的发明范围内，当可作些许的改进，即凡是依照本发明所做的同等改进，应为本发明的范围所涵盖。
需要进一步指出的是，上述具体实施例在描述的时候，为了简单明了，仅仅描述了与其他实施例之间的区别，但是本领域技术人员应该知晓，上述具体实施例本身也是独立的技术方案。

Claims (7)

1.一种超标准洪水下卫星定位浮标轨迹测流方法，其特征在于包括以下步骤：
1）在河道一侧建立基准站，对基准站进行定位，得到基准站实时定位坐标，基准站上有发射模块和接收模块，用于接收浮标上RTK模块发送的数据，并能将采集到的数据远程传递到数据分析中心；
2）浮标投放点定位和浮标释放：根据监测河道宽度、拐点密集度以及水面天然障碍物的分布情况确定浮标投放点，浮标上的RTK模块每秒内预发送10个数据，发送的数据由基准站接收，实现测量前无线定位系统的检测，检测完成后，在设定的投放点释放浮标；
3）浮标随河水漂流，与水面流速一致后，开始实时记录浮标位置信息并将数据发送给基准站；
4）基准站将接收的测量数据传回数据分析中心，数据分析中心的数据计算模块自动计算出河道水面的实时流速和实时水位值；
5）数据分析中心的数据分析模块对河道水面实时水位值进行分析，得到实时水位变化速度，并结合实时流速进行数据拟合，得到实时风险值；
所述数据拟合公式为：
R=p*(m*L+n*V)i
其中：R为风险值；L：实时水位变化速度；V：实时流速；p：修正系数；i：风险指数；
6）将实时风险值和设定的阈值范围进行比较，当实时风险值低于设定的阈值范围时，应当采取临时加高或加固大坝措施；当实时风险值在设定的阈值范围内时，应预筹临时分洪区，做好分洪区居民转移，疏通导流渠道工作；当实时风险值高于设定的阈值范围时，则需要采取泄洪或破副坝以保主坝措施，防止洪水漫坝造成溃决。
2.一种超标准洪水下卫星定位浮标轨迹测流浮标，包括浮标主体，拨动组件以及设置在浮标主体下方的推动组件，其特征在于，所述推动组件使浮标主体重心下移，使浮标主体不易发生翻转，所述拨动组件中的拨动板能够在浮标主体漂流过程中来回展收拨动，避免浮标主体被条状物缠绕，所述浮标主体顶部中心处设置有能够向基准站发送信号并能够接收基准站信号的RTK模块，所述浮标主体底部中心处置有固定杆一端，所述推动组件由前进板、弧形推板和通孔组成，前进板置于固定杆另一端，所述前进板厚度从一侧到另一侧逐渐增大，呈V形结构，弧形推板外凸面中部和前进板另一侧相连接，弧形推板上开有通孔，所述拨动组件由升降板、拨动板、连接杆和滑动套组成，滑动套可滑动的套置于固定杆上，所述升降板为环形结构，升降板可滑动的套置于固定杆上，且和滑动套相连接，多个拨动板沿周向等距置于浮标主体边缘，所述拨动板一端通过铰接耳和浮标主体相铰接，另一端先竖直向下延伸一段距离后再向远离浮标主体方向斜向下延伸。
3.根据权利要求2所述的一种超标准洪水下卫星定位浮标轨迹测流浮标，其特征在于所述拨动板竖直向下延伸的部分和斜向下延伸的部分的连接处为弧形结构。
4.根据权利要求2所述的一种超标准洪水下卫星定位浮标轨迹测流浮标，其特征在于多个所述连接杆和多个拨动板一一对应，所述连接杆一端通过铰接耳和滑动套相铰接，连接杆另一端通过铰接耳和对应拨动板相铰接，所述连接杆和对应拨动板的铰接处位于拨动板竖直向下延伸部分。
5.根据权利要求2所述的一种超标准洪水下卫星定位浮标轨迹测流浮标，所述弧形推板的厚度从中间向两端逐渐减小。
6.根据权利要求2所述的一种超标准洪水下卫星定位浮标轨迹测流浮标，所述通孔为椭圆形结构，能够在浮标随水漂流的过程中适应水在弧形推板上的流动轨迹，便于水从通孔内透出以减小前进方向水的阻力，提高浮标的随水漂流性能。
7.根据权利要求3所述的一种超标准洪水下卫星定位浮标轨迹测流浮标，其特征在于所述拨动板竖直向下延伸的部分和斜向下延伸的部分之间的夹角在120度—150度之间。
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