CN220136418U - 一种毫米波视觉河道流量监测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及流量测量技术领域，具体涉及一种毫米波视觉河道流量监测装置，其包括:支架，支架安装在河岸上，且顶部设有设备横梁；光学摄像头，光学摄像头通过调节机构设置在设备横梁上，并且光学摄像头的光轴指向河流的河面；天线组，天线组紧靠光学摄像头，并设置在设备横梁顶部，天线组的波束中心线与光学摄像头的光轴相平行；采集设备，采集设备固定设置在设备横梁上，光学摄像头、电动云台及天线组均与采集设备电性连。本实用新型通过在河岸上建立雷达及视频监测设备，并将毫米波雷达技术与图像识别技术进行结合，从而实现河道流速的检测，根据毫米波雷达与图像采集的优异性能，从而实现了对河宽10‑1000m的河流进行流量监测。
Description
技术领域
本实用新型涉及流量测量技术领域，具体涉及一种毫米波视觉河道流量监测装置。
背景技术
河流的实时流量是水文、水资源管理以及水利工程中最重要的资料，是“智慧水文”建设中一个重要内容。我国的大多数河流的宽度在500m以下，宽度在100m以下的河流超过10万条。这些河流与人民生活密切相关，因此对这些河流的监测是水文水利工作的重点任务。
目前对河宽200m以下的流速流量监测主要采用缆道、ADCP、时差法、浮标法等，这些方法测得的结果较为精确，但是存在测量仪器直接与河水接触，仪器的安置和维护成本很高的弊端。
实用新型内容
本实用新型提供一种毫米波视觉河道流量监测装置，通过在河岸上建立雷达及视频监测设备，并将毫米波雷达技术与图像识别技术进行结合，从而实现河道流速的检测，根据毫米波雷达与图像采集的优异性能，从而实现了对河宽10-1000m的河流进行流量监测。
为了达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种毫米波视觉河道流量监测装置，其包括:支架，所述支架通过钢筋水泥基座竖直安装在河流任意一侧的河岸上，并且所述支架顶部设有设备横梁，所述设备横梁通过底部中央的电动云台与所述支架顶部连接；光学摄像头，所述光学摄像头通过调节机构设置在所述设备横梁上，并且所述光学摄像头的光轴指向所述河流的河面，并与所述河流的流向相垂直；天线组，所述天线组紧靠所述光学摄像头，并设置在所述设备横梁顶部，所述天线组的波束中心线与所述光学摄像头的光轴相平行；采集设备，所述采集设备固定设置在所述设备横梁上，所述光学摄像头、所述电动云台及所述天线组均与所述采集设备电性连；所述采集设备包括电源模块及通信模块。
优选的，所述电动云台包括连接在所述支架顶部的台座以及铰接配合在所述台座顶部的铰接架，所述设备横梁设置在所述铰接架顶部，所述铰接架的铰接轴与所述河流流向相平行；所述铰接架底部设有与铰接轴同心的扇形齿轮，所述台座固定设有驱动马达，所述驱动马达输出轴设有与所述扇形齿轮啮合的蜗杆；所述驱动马达的驱动板通过所述通信模块与所述电源模块电性连接。
优选的，所述支架顶部水平的设有法兰盘，所述法兰盘顶部中央设有凹槽，并且所述法兰盘环所述凹槽四周均匀分布有若干螺孔；所述台座底部水平的设有法兰板，所述法兰板嵌设在所述凹槽内，并且所述法兰板顶部套设有法兰圈，所述法兰圈内径小于所述法兰板外径，并且所述法兰圈通过贯穿的螺栓与所述法兰盘的螺孔连接。
优选的，所述设备横梁顶部中央垂直的设有立杆，所述调节机构设置在所述立杆顶部，并且所述调节机构包括设置在所述立杆对应所述河流的一侧设有安装架，以及铰接在所述安装架自由端的调节架，所述调节架的铰接轴与所述立杆相平行；所述调节架设有弧形的调节槽，并且所述调节架通过贯穿所述调节槽的螺栓与所述安装架紧固；所述光学摄像头固定设置在所述调节架远离所述安装架的一侧。
优选的，所述采集设备还包括与所述电源模块电性连接的毫米波射频模块、信号处理模块；所述毫米波射频模块、所述信号处理模块分别通过半钢同轴线与所述天线组相连，所述光学摄像头与所述信号处理模块连接，所述信号处理模块还与所述通信模块连接。
优选的，所述信号处理模块由信号采集单元和数据处理单元组成；所述毫米波射频模块由发射单元、接收单元以及信号产生单元组成；所述数据处理单元连接并控制所述信号产生单元；所述发射单元包括功率放大器，并连接于所述信号产生单元与所述天线组之间，用于将所述信号产生单元生成的信号输出到所述天线组；所述信号处理模块与所述天线组连接，并通过所述信号采集单元及所述数据处理单元来接收处理所述天线组的反馈信号。
优选的，所述天线组由两个高增益天线组成，两个所述高增益天线并列的设置在所述设备横梁上，并且两个所述高增益天线的主波束设置为平行状态；所述光学摄像头设置在两个所述高增益天线之间，且两个所述高增益天线的主波束中心线均与所述河流方向垂直。
优选的，所述毫米波射频模块、所述信号处理模块均安装在两个所述高增益天线的后面。
优选的，所述电源模块采用220V～50Hz的市电、12V直流电池或太阳能电源中的一种或多种配合使用。
本实用新型有益效果为：毫米波射频模块及信号处理模块通过毫米波雷达对河面一个固定区域流速进行无接触监测，由于光学摄像头指向与天线组的波束指向一致，因此光学摄像头获取采集点所在河面中的位置，并根据河道内垂线流速的分布曲线来分析计算河道整体的流速。其中数据处理单元利用现有的图像识别算法对河面进行划分区块，并将采集到的区块内的河流表面流速进行技算分析，从而得出河流整体的流量数据。
为了能对河流表面不同区块的流速进行采集验证，因此光学摄像头的光轴及天线组的波束中心线在电动云台的作用下能指向河流宽度方向上各个区块
为了能对河流表面不同区块的流速进行采集验证，因此光学摄像头的光轴及天线组的波束中心线在电动云台的作用下能指向河流宽度方向上各个区块，工作人员通过向通信模块发送控制指令，驱动板根据控制指令对驱动马达发出驱动信号，并在蜗杆与扇形齿轮的啮合作用下，实现设备横梁发俯仰角度调节。
为满足安装阶段的设备调试需求，当法兰圈没有完全紧固时，施工人员可通过旋转台座来控制设备横梁的朝向，从而保证其与河道流向相平行。同时还可通过调节架与安装架的定位角度，实现光学摄像头的光轴指向调节。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型整体结构侧视图；
图2为本实用新型天线组结构俯视图；
图3为本实用新型主要模块连接结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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例，都属于本实用新型保护的范围。
根据图1、图2、图3所示，一种毫米波视觉河道流量监测装置，其包括:支架1，所述支架1通过钢筋水泥基座竖直安装在河流任意一侧的河岸上，并且所述支架1顶部设有设备横梁2，所述设备横梁2通过底部中央的电动云台与所述支架1顶部连接；光学摄像头4，所述光学摄像头4通过调节机构设置在所述设备横梁2上，并且所述光学摄像头4的光轴指向所述河流的河面，并与所述河流的流向相垂直；天线组5，所述天线组5紧靠所述光学摄像头4，并设置在所述设备横梁2顶部，所述天线组5的波束中心线与所述光学摄像头4的光轴相平行；采集设备6，所述采集设备6固定设置在所述设备横梁2上，所述光学摄像头4、所述电动云台及所述天线组5均与所述采集设备6电性连；所述采集设备6包括电源模块7及通信模块8。
其中，所述采集设备6还包括与所述电源模块7电性连接的毫米波射频模块21、信号处理模块22；所述毫米波射频模块21、所述信号处理模块22分别通过半钢同轴线与所述天线组5相连，所述光学摄像头4与所述信号处理模块22连接，所述信号处理模块22还与所述通信模块8连接。而所述信号处理模块22由信号采集单元23和数据处理单元24组成；所述毫米波射频模块21由发射单元25、接收单元26以及信号产生单元27组成；所述数据处理单元24连接并控制所述信号产生单元27；所述发射单元25包括功率放大器，并连接于所述信号产生单元27与所述天线组5之间，用于将所述信号产生单元27生成的信号输出到所述天线组5；所述信号处理模块22与所述天线组5连接，并通过所述信号采集单元23及所述数据处理单元24来接收处理所述天线组5的反馈信号。
另外，所述天线组5由两个高增益天线28天线组5成，两个所述高增益天线28并列的设置在所述设备横梁2上，并且两个所述高增益天线28的主波束设置为平行状态；所述光学摄像头4设置在两个所述高增益天线28之间，且两个所述高增益天线28的主波束中心线均与所述河流方向垂直。
上述设置中，毫米波射频模块21及信号处理模块22通过毫米波雷达对河面一个固定区域流速进行无接触监测，由于光学摄像头4指向与天线组5的波束指向一致，因此光学摄像头4获取采集点所在河面中的位置，并根据河道内垂线流速的分布曲线来分析计算河道整体的流速。其中数据处理单元24利用现有的图像识别算法对河面进行划分区块，并将采集到的区块内的河流表面流速进行技算分析，从而得出河流整体的流量数据。该毫米波视觉河道流量监测装置通过在河岸上建立雷达及视频监测设备，并将毫米波雷达技术与图像识别技术进行结合，从而实现河道流速的检测，根据毫米波雷达与图像采集的优异性能，从而实现了对河宽10-1000m的河流进行流量监测。
为了能对河流表面不同区块的流速进行采集验证，因此光学摄像头4的光轴及天线组5的波束中心线在电动云台的作用下能指向河流宽度方向上各个区块，其中所述电动云台包括连接在所述支架1顶部的台座9以及铰接配合在所述台座9顶部的铰接架10，所述设备横梁2设置在所述铰接架10顶部，所述铰接架10的铰接轴与所述河流流向相平行；所述铰接架10底部设有与铰接轴同心的扇形齿轮11，所述台座9固定设有驱动马达12，所述驱动马达12输出轴设有与所述扇形齿轮11啮合的蜗杆13；所述驱动马达12的驱动板29通过所述通信模块8与所述电源模块7电性连接。
该设置中，工作人员通过向通信模块8发送控制指令，驱动板29根据控制指令对驱动马达12发出驱动信号，并在蜗杆13与扇形齿轮11的啮合作用下，实现设备横梁2发俯仰角度调节。
为满足安装阶段的设备调试需求，所述支架1顶部水平的设有法兰盘14，所述法兰盘14顶部中央设有凹槽，并且所述法兰盘14环所述凹槽四周均匀分布有若干螺孔；所述台座9底部水平的设有法兰板15，所述法兰板15嵌设在所述凹槽内，并且所述法兰板15顶部套设有法兰圈16，所述法兰圈16内径小于所述法兰板15外径，并且所述法兰圈16通过贯穿的螺栓与所述法兰盘14的螺孔连接。
另外，所述设备横梁2顶部中央垂直的设有立杆17，所述调节机构设置在所述立杆17顶部，并且所述调节机构包括设置在所述立杆17对应所述河流的一侧设有安装架18，以及铰接在所述安装架18自由端的调节架19，所述调节架19的铰接轴与所述立杆17相平行；所述调节架19设有弧形的调节槽20，并且所述调节架19通过贯穿所述调节槽20的螺栓与所述安装架18紧固；所述光学摄像头4固定设置在所述调节架19远离所述安装架18的一侧。且所述毫米波射频模块21、所述信号处理模块22均安装在两个所述高增益天线28的后面。
该设置中，当法兰圈16没有完全紧固时，施工人员可通过旋转台座9来控制设备横梁2的朝向，从而保证其与河道流向相平行。同时还可通过调节架19与安装架18的定位角度，实现光学摄像头4的光轴指向调节。
该设备中，所述电源模块7采用220V～50Hz的市电、12V直流电池或太阳能电源中的一种或多种配合使用。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，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，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种毫米波视觉河道流量监测装置，其特征在于,包括:
支架，所述支架通过钢筋水泥基座竖直安装在河流任意一侧的河岸上，并且所述支架顶部设有设备横梁，所述设备横梁通过底部中央的电动云台与所述支架顶部连接；
光学摄像头，所述光学摄像头通过调节机构设置在所述设备横梁上，并且所述光学摄像头的光轴指向所述河流的河面，并与所述河流的流向相垂直；
天线组，所述天线组紧靠所述光学摄像头，并设置在所述设备横梁顶部，所述天线组的波束中心线与所述光学摄像头的光轴相平行；
采集设备，所述采集设备固定设置在所述设备横梁上，所述光学摄像头、所述电动云台及所述天线组均与所述采集设备电性连；所述采集设备包括电源模块及通信模块。
2.根据权利要求1所述的一种毫米波视觉河道流量监测装置，其特征在于：所述电动云台包括连接在所述支架顶部的台座，以及铰接配合在所述台座顶部的铰接架，所述设备横梁设置在所述铰接架顶部，所述铰接架的铰接轴与所述河流流向相平行；所述铰接架底部设有与铰接轴同心的扇形齿轮，所述台座固定设有驱动马达，所述驱动马达输出轴设有与所述扇形齿轮啮合的蜗杆；所述驱动马达的驱动板通过所述通信模块与所述电源模块电性连接。
3.根据权利要求2所述的一种毫米波视觉河道流量监测装置，其特征在于：所述支架顶部水平的设有法兰盘，所述法兰盘顶部中央设有凹槽，并且所述法兰盘环所述凹槽四周均匀分布有若干螺孔；所述台座底部水平的设有法兰板，所述法兰板嵌设在所述凹槽内，并且所述法兰板顶部套设有法兰圈，所述法兰圈内径小于所述法兰板外径，并且所述法兰圈通过贯穿的螺栓与所述法兰盘的螺孔连接。
4.根据权利要求1所述的一种毫米波视觉河道流量监测装置，其特征在于：所述设备横梁顶部中央垂直的设有立杆，所述调节机构设置在所述立杆顶部，并且所述调节机构包括设置在所述立杆对应所述河流的一侧设有安装架，以及铰接在所述安装架自由端的调节架，所述调节架的铰接轴与所述立杆相平行；所述调节架设有弧形的调节槽，并且所述调节架通过贯穿所述调节槽的螺栓与所述安装架紧固；所述光学摄像头固定设置在所述调节架远离所述安装架的一侧。
5.根据权利要求1所述的一种毫米波视觉河道流量监测装置，其特征在于：所述采集设备还包括与所述电源模块电性连接的毫米波射频模块、信号处理模块；所述毫米波射频模块、所述信号处理模块分别通过半钢同轴线与所述天线组相连，所述光学摄像头与所述信号处理模块连接，所述信号处理模块还与所述通信模块连接。
6.根据权利要求5所述的一种毫米波视觉河道流量监测装置，其特征在于：所述信号处理模块由信号采集单元和数据处理单元组成；所述毫米波射频模块由发射单元、接收单元以及信号产生单元组成；
所述数据处理单元连接并控制所述信号产生单元；所述发射单元包括功率放大器，并连接于所述信号产生单元与所述天线组之间，用于将所述信号产生单元生成的信号输出到所述天线组；
所述信号处理模块与所述天线组连接，并通过所述信号采集单元及所述数据处理单元来接收处理所述天线组的反馈信号。
7.根据权利要求6所述的一种毫米波视觉河道流量监测装置，其特征在于：所述天线组由两个高增益天线组成，两个所述高增益天线并列的设置在所述设备横梁上，并且两个所述高增益天线的主波束设置为平行状态；所述光学摄像头设置在两个所述高增益天线之间，且两个所述高增益天线的主波束中心线均与所述河流方向垂直。
8.根据权利要求7所述的一种毫米波视觉河道流量监测装置，其特征在于：所述毫米波射频模块、所述信号处理模块均安装在两个所述高增益天线的后面。
9.根据权利要求1所述的一种毫米波视觉河道流量监测装置，其特征在于：所述电源模块采用220V～50Hz的市电、12V直流电池或太阳能电源中的一种或多种配合使用。
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