CN203011382U - 一种智能微波验潮站 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能微波验潮站，验潮站设置于高于潮水井水平面的堤坝上，所述堤坝上设置墩体，所述堤坝和所述墩体内设置管道，所述管道包括垂直段和连通段，所述管道与所述潮水井形成连通器结构，所述管道的垂直段的长度大于所述墩体到潮水井水平面的垂直距离，所述墩体的上端架设雷达测距仪，所述雷达测距仪的雷达发射波束沿所述管道的垂直段向下发射至所述管道中的水平面，所述雷达测距仪与无线发射端连接。实施本实用新型具有以下有益效果：通过设置管道使管道与潮水井形成连通器结构，从而使管道中的水位与潮水井中的平均水位等高，通过雷达测距仪测量潮水井的水位高度。验潮站的设立简单、方便、成本低，不受环境影响，且水位值测量准确。

Description

一种智能微波验潮站

技术领域

本实用新型涉及雷达测距领域，更具体地说，涉及一种智能微波验潮站。

背景技术

现有技术中对于水位的测量有很多种方式，主要包括如下几种：

1、利用水尺进行潮位测量

临时观测站一般是利用水尺观测潮位，没有自记验潮仪的观测站，也采用水尺进行观测。水尺是验潮站观测的基本设备，其设立方法按形式分别为：直立式水尺、倾斜式水尺、短桩式水尺和悬锤式水尺四种。它们是将特制的水尺，一般用坚硬的木材制成，其厚为5～10cm，宽为10~15cm。它安装于水中，在码头可直接安装在港池壁上，在野外一般要先竖一个桩，再将水尺固定在桩上[7]。因为木质水尺油漆容易脱落，且不易铲除附着在尺上的海洋生物，所以一般都在水尺上安装搪瓷水尺板。水尺观测方法简单方便，但它自动化程度低，需要较多的人力。目前国内外已很少使用，除了国内一些单位在较偏远、条件差地区的短期验潮仍还采用。

2、利用CCD传感器进行潮位测量

系统采用了标尺间的相对高度测量法。首先标定标尺的顶部高度Ha，以此作为测量的基准，通过测量目标物与基准的相对距离Hb来算得目标的绝对高度Hc。系统主要由均码标尺、长焦成像单元、CCD图像采集单元、数据处理和结果显示等组成，测量系统工作时，未被遮挡物遮挡的标尺码部分经长焦镜头成等比例缩小像于CCD器件面，只需通过数据处理单元自动判读出CCD面上标尺像，就可得潮位实际高度值，如图1-1。此种方法自动化程度较高，能够从一定意义上减少职员的工作量。但是此种方法在夜间运行时，信号获取不太稳定。

3、利用浮子式和引压钟式水位计进行潮位测量

这两种验潮仪均属于验潮井验潮仪。浮子式验潮仪主要由浮筒、钢丝绳、绳子和平衡锤四部分组成。绳轮、钢丝绳连接平衡锤与浮筒，绳轮随浮筒的升降而转动。它的原理是利用漂浮于海面的浮子，当它随海面上升时，绳轮带动记录筒作顺时针方向转动；反之，则作逆时针方向转动。浮子的上下运动转换为记录纸滚轴的旋转，记录笔则在记录纸上留下潮汐变化的曲线。引压钟式验潮仪是将引压钟放置于水底，将海水压力通过管路引到海面以上，由自动记录器进行记录。这两种验潮方法都需要专门建造一测井，通过“小孔滤波”的原理，消除海面波动对验潮所造成的影响。验潮井包括岛式验潮井、岸式验潮井。岛式验潮井系由建筑在海面上支架、引桥、仪器室和测井组成；岸式验潮井的测井、仪器室是设计在岸上的，而有连涌海面的输水管与测井连接。国内的长期验潮站大多采用这两种设备。这两种方法测量精度较高、操作简便、经济，

但需要单独建造验潮井，大大加大了工程量。

4、利用GPS技术进行潮位测量

随着差分GPS(DGPS)技术的不断成熟和发展，GPS潮位测量法应随产生，是一种潮位测量的新技术。它是应用了GPS实时动态(Real TimeKinematic RTK)测量技术，是将GPS测量技术与数据传输技术相结合，形成测量与传输一体化的整体系统。其工作原理是，先在选定的基准站安置一台GPS接收机，这台接收机能够收集GPS卫星信号，然后通过GPRS网络发射出差分信号，此时用户就能通过接收到的差分信号对观测站测得的实时数据进行差分校正，然后根据相对定位的原理，实时地计算并显示用户站的三维坐标。

在差分方式下,通过测量GPS载波信号的相位值来确定浮标天线相对于陆地参考站天线的三维位置，其准确度达到厘米数量级。倾斜传感器的作用是把由于运动而倾斜的浮标天线的位置换算成准确的垂直位置。根据浮标和陆地参考站的测量数据计算得出瞬时海平面和平均海平面。全球定位系统提供了更好的时空范围，最终在实时连续跟踪，并数据收集和分析可以实现自动化。这种测量方法精度高、机动性强，在未来拥有很大的发展前景。但是，也有定期和不定期的时空特别是在垂直分量的变化，这可能会限制分辨率。

5、利用声学仪器进行潮位测量

此种验潮仪器验潮，不需要单独建设验潮井，利用了空气声学回声测距原理。这种仪器工作频率50kHz，天线波束宽度4-6°。声学式验潮仪根据它的探头安装的位置可以分为：水上与水下两种类型。

探头安置在水上的声学式潮位仪是在海面以上的某一固定位置（通常是固定的桩上或者海上固定平台）安装一个垂直朝向海面的声学探头，此探头定时向海面发射声波。声波在空气中传播到达海面，然后经过海面的反射，声波返回到声学探头。通过测得这一声波往返于探头的时间，就可以计算出设备安装位置与海面之间的距离。具体计算公式如下：

H=h-c△t/2   （1）

式中H是潮位高度，h是声学验潮仪探头在深度基准面以上的高度(m)，△t是声脉冲在探头与瞬时海面之间的往返时间，c是声脉冲在空气中的传播速度(m/s)，它为已知量，是一个关于气压，温度和湿度的函数。

这类声学式验潮仪的优点是设备成本低，设备供电较方便。由于此类设备的安装必须依赖于在海上定点的木桩或者海上固定平台上，所以它存在的缺点就是不能离岸较远，因而不能在水深较深的地方进行测量。

探头安置在水下的声学式潮位仪是将其声学探头安放在海水中，通过定时垂直向海面发射声波，然后经过海面的反射，声波返回到声学探头，经过测量这段往返时间来计算出探头所安置的水深。利用此种方法时，声学探头工作依赖于电缆供电。电缆一般连接到岸上、船上或者海上固定平台上。这类水下声学式验潮仪拥有一定的机动性，能随船到各个海区进行测量。但是它存在着测量精度不够高的问题。这是因为测量时，声学探头是淹没在海水中的，设备在海水中随着海浪而运动，不能一直达到垂直向海面发射声波信号的要求，这样其测量的值就会产生一定的误差。

一般情况下，无论是水上还是水下声学式验潮仪，不便在离岸较远的海上临时验潮点验潮。同时就我国而言，辽东湾是常年的冬季冰区，此种验潮方法在海面结冰的情况下一般是无法工作的。

6、利用压力式仪器进行潮位测量

压力式潮位仪是一种较新型的潮位测量设备，它省去了打井作业的部分，节省了一定的人力物力。同时它拥有很强的适用范围，能够适用于远岸、近岸以及深海的测量要求，并且具有快速的反应时间，现阶段已逐步成为常用的潮位设备。这种潮位仪结构小巧、轻便灵活，有很强的机动性，是可供选择的临时或者短期海上定点验潮仪器之一。

压力式验潮仪所采用的测压部件——压力传感器又分为表压型和绝压型。其工作原理略有不同，但其基本测量原理是一样的，即检测出海水的静压力，将压力换算成水位。其公式为：

h=p/ρg   （2）

式中：h是水深，p是海水静压强，ρ是海水密度，g是重力加速度。

绝压型传感器所测压力并非海水静压强，而是海水与大气压的合成压强，因此其计算公式应为：

h=(po-pa)/ρg   （3）

式中：h是水深，po是传感器测得的压强，pa是测量时当地的大气压强，ρ是海水密度，g是测量时当地的重力加速度。

所有压力传感器对温度非常敏感，需要有一个内在的温度传感器，以补偿热漂移。压力式验潮仪的拥有的最大的特点是具有很强的适应性强，测量水深一般为0~200m，能适应不同深度的海区。现阶段压力式验潮仪朝着多功能化发展。例如，SBE26plus是生产于2003年的一种较为先进的压力式验潮仪，它拥有测量海浪与潮位的双重功能。

7、利用遥感技术进行潮位测量

海洋潮汐以准确的规律产生，在大洋上的变化幅度在0~1m之间。大洋和陆架潮汐的观测极为困难，而其观测结果却对研究沿岸潮汐和潮汐理论本身很有帮助。卫星遥感海洋环境监测技术从1978年美国发射“海洋卫星”和气象卫星至今，业务应用日趋成熟。卫星遥感技术已列为全球海洋观测系统（GOOS）的重要技术构成。所谓的遥感潮位测量技术是指利用卫星的雷达高度计来测量海平面的高度升降变化。它的原理是卫星上的雷达向海面发射波长非常短的微波信号，通过计算信号往返卫星与海面之间的时间，由于电离层和对流层的干扰，造成了雷达信号回波延迟，所以需要加上必要的模型（大气校正模型等）改正来计算出卫星距离海面的高度值。采用了雷达高度计的测高法，可在25cm和25相角的范围内测定全日和半日周期的潮高。它具有监测范围广，监测效率高，并且有一定的经济优势。但它存在的最大的缺点就是其测量数据精度还不够理想。通过扬长避短，利用它的优点，可以采用这种技术对全球范围的潮汐潮位进行长期测量，这样能够为建立全球海洋潮汐预报模型提供资料依据。

目前潮位测量有很多种方法，它们都有其自身的优势，但是功能上、适用性上还不能算是很完善。如水尺测量，耗费大量的人力资源，并且所得数据精度有待提高；浮子式和引压钟式需要建立专门的验潮井，对工作环境要求高；GPS验潮的精度要求已经基本满足，但目前尚有不足之处，还处于推广应用阶段；压力式验潮仪是一种比较成熟的验潮仪器，应用很广，正朝着功能多样化发展；而遥感测量，我国通过国际合作，对遥感设备开展了应用研究，并且获得了一定的成功，还拥有很大的发展空间。

发明内容

本实用新型针对以上问题的提出，而研制一种智能微波验潮站。

一种智能微波验潮站，其特征在于，验潮站设置于高于潮水井水平面的堤坝上，所述堤坝上设置墩体，所述堤坝和所述墩体内设置管道，所述管道包括垂直段和连通段，所述管道与所述潮水井形成连通器结构，所述管道的垂直段的长度大于所述墩体到潮水井水平面的垂直距离，所述墩体的上端架设雷达测距仪，所述雷达测距仪的雷达发射波束沿所述管道的垂直段向下发射至所述管道中的水平面，所述雷达测距仪与无线发射端连接。

优选地，在所述管道的连通段的靠近所述潮水井一端设置滤网。

优选地，验潮站还包括太阳能电池板和太阳能电池控制器，所述太阳能电池板与所述太阳能电池控制器连接，所述太阳能电池板通过太阳能电池输电线与所述无线发射端连接。

优选地，验潮站还包括太阳能蓄电池，太阳能蓄电池与所述太阳能电池板连接。

优选地，所述雷达测距仪和所述无线发射端设置于防护装置内。

实施本实用新型的技术方案，具有以下有益效果：通过设置管道，使管道与潮水井形成连通器结构，从而使管道中的水位与潮水井中的平均水位等高，通过雷达测距仪的雷达发射波束沿管道的垂直段向下发射至所述管道中的水平面，测量潮水井的水位高度。管道将电磁波囿于其内，使信号稳定，确保了测距精度。雷达测距仪与海水没有接触部件，提高了仪器寿命和可靠性。管道采样工程塑料材料，抗海水腐蚀能力强，造价低，易普及。验潮站的设立简单、方便、成本低，不受环境影响，且水位值测量准确。用户靠无线计算机终端或手机遥控验潮站并获取潮位数据。

附图说明

图1是本实用新型的智能微波验潮站的一实施例的结构示意图。

图中：1、堤坝；2、墩体；3、雷达测距仪；4、管道；5、垂直段；6、连通段；7、无线发射端；8、太阳能电池板；9、电杆；10、太阳能电池控制器；11、太阳能电池输电线；12、配电盘；13、潮水井；14、滤网；15、防护装置。

具体实施方式

本实用新型提供一种智能微波验潮站，下面结合说明书附图对本实用新型的技术方案进行详细说明。

图1是本实用新型的智能微波验潮站的一实施例的结构示意图，如图所示。智能微波验潮站设置于高于潮水井13水平面的堤坝1上，堤坝1上设置墩体2，堤坝1和墩体2内设置管道4，管道4包括垂直段5和连通段6，管道4与潮水井13形成连通器结构，管道4的垂直段5的长度大于墩体2到潮水井13水平面的垂直距离，以通过连通器原理保证管道4的垂直段5中具有潮水，且管道4的垂直段5中的潮水的水位与潮水井13的平均水位相等，墩体2的上端架设雷达测距仪3，雷达测距仪3的雷达发射波束沿管道4的垂直段5向下发射至管道4中的水平面，测出从发射到接受到从那个物体反射回来的波束的时间，换算出水平面距雷达测速仪的距离，通过简单换算，即可获得潮水井13的平均潮位。雷达测距仪3与无线发射端7连接（通过无线发射端7可用将测得的潮水井13的平均潮位信息发送至远程无线接收端，所述无线接收端可用为计算机、手机终端等任意无线接收设备），所示无线发射端7与220伏特的配电盘12连接，并通过太阳能电池输电线11与太阳能电池板8连接，太阳能电池板8与太阳能电池控制器10连接，太阳能电池板8和太阳能电池控制器10设置与电杆9上。太阳能电池板8同时提供雷达测距仪3的电力。利用太阳能配电作为本实施例的具体方式，具有充分利用太阳能的优点。当然，作为可以方式，也可以不采用太阳能配电。交直流双模供电方式可以提高系统的可靠性。为了更好的利用太阳能，还可以设置太阳能蓄电池，太阳能蓄电池与所述太阳能电池板8连接，太阳能蓄电池将太阳能电池板8所发出的电能储存起来，待需要的时候提供电能。

管道4的长度根据堤坝1高度、潮水井13高度定具体情况而定，可能因为各处深度不一而长度各异，材料性质（介电常数等）也可能不同。管道4材料用pvc建材，外面均匀喷涂导电漆（含金属粉的油漆），使得电波仅在管内传播而不泄露。管材刚度要好，均匀，不要弯曲或厚薄不一。管道4的直径大小根据具体情况设定，能够保证潮水井13的水位准确测量即可。潮水井管材与结构装置，在出厂前经过严格的前期标定，确保测量数据准确可靠无误。

作为本实用新型的优选技术方案，在所述管道4的连通段6的靠近所述潮水井13一端设置滤网14，对潮水井13中靠近管道4的连通段6的潮水进行消波，避免通过管道4的连通段6进入管道4中的潮水的水位不稳定。

作为本实用新型的优选技术方案，所述雷达测距仪3和所述无线发射端7设置于防护装置15内，以避免雷达测距仪3和无线发射端7因为天气或其他原因而损坏。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种智能微波验潮站，其特征在于，验潮站设置于高于潮水井（13）水平面的堤坝（1）上，所述堤坝（1）上设置墩体（2），所述堤坝（1）和所述墩体（2）内设置管道（4），所述管道（4）包括垂直段（5）和连通段（6），所述管道（4）与所述潮水井（13）形成连通器结构，所述管道（4）的垂直段（5）的长度大于所述墩体（2）到潮水井（13）水平面的垂直距离，所述墩体（2）的上端架设雷达测距仪（3），所述雷达测距仪（3）的雷达发射波束沿所述管道（4）的垂直段（5）向下发射至所述管道（4）中的水平面，所述雷达测距仪（3）与无线发射端（7）连接。

2.根据权利要求1所述的智能微波验潮站，其特征在于，在所述管道（4）的连通段（6）的靠近所述潮水井（13）一端设置滤网（14）。

3.根据权利要求1所述的智能微波验潮站，其特征在于，验潮站还包括太阳能电池板（8）和太阳能电池控制器（10），所述太阳能电池板（8）与所述太阳能电池控制器（10）连接，所述太阳能电池板（8）通过太阳能电池输电线（11）与所述无线发射端（7）连接。

4.根据权利要求3所述的智能微波验潮站，其特征在于，验潮站还包括太阳能蓄电池，太阳能蓄电池与所述太阳能电池板（8）连接。

5.根据权利要求1-4任一权利要求所述的智能微波验潮站，其特征在于，所述雷达测距仪（3）和所述无线发射端（7）设置于防护装置（15）内。

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