TWI668410B - 河道沖刷狀態檢測系統 - Google Patents

Abstract

本發明為一種河道沖刷狀態檢測系統，包括一狀態檢測裝置發出電力感測訊號給埋入河道之土壤的至少一沖刷感測裝置，沖刷感測裝置包括一電力收發器接收電力感測訊號後，回傳電力回報訊號給狀態檢測裝置，電力收發器電性連接一第一儲能元件以感測第一儲能元件之電力狀態，第一儲能元件電性連接一變位開關，當沖刷感測裝置露出土壤，隨河水流動時，變位開關則因位置改變而開啟，第一儲能元件提供電能給一定位裝置，使其發出定位訊號至一無線發報器，將定位訊息傳遞出去。本發明可隨時偵測土層內的沖刷感測裝置的狀態，並根據定位訊息進行流況的監測。

Description

河道沖刷狀態檢測系統

本發明係有關一種檢測河床沖刷裝置狀態之技術，特別是指一種可偵測系統是否故障及河道流況之河道沖刷狀態檢測系統。

水的流動會帶走了地球表面的土壤，造成岩石裸露、植被破壞等情形，使土地變得貧瘠。若能有效蒐集到河道之河水的沖刷情形，即可瞭解到河道土壤自身抗沖刷之耐受極限與反應機制，以及植被對於河床或護岸土壤所產生的保護作用，因此觀察河道沖刷情形可以更精確的掌握河溪整治工程的河床與護岸處理技術，提供河岸邊坡工程設計施工時的參考依據，以有效改善並減緩河道沖刷侵蝕的情形。

目前土層沖刷監測方法，係在土層內埋設多數個依預定深度間隔埋設的沖刷感測器，土層被沖刷時沖刷感測器就會因土層沖刷深度不同，而逐一被沖刷移動，由於沖刷感測器沒有土壤的覆蓋，使沖刷感測器浮出土層後，所發射無線電訊號可傳遞到岸上的接收器，令接收器根據先前沖刷感測器埋設的深度，推測出目前土壤被沖刷的深度。

然而，現有沖刷感測器因土壤沖刷的時間不一定，所等待時間可長達1-10年，因此這1-10年之間會難以評估沖刷感測器是否還可進行運作，埋設在土壤的期間，沖刷感測器就可能因電力耗盡或功能故障等情形，導致系統失效。再者，當沖刷感測器露出土層時，雖可得知沖刷深度，但沖刷感測器浮出土層後，卻無法取得河川表面流速及流況等參數，令相關人員難以對河道進行全方位的評估及判斷，對於河溪整治工程或河床與護岸都可能有影響。

有鑑於此，本發明遂針對上述習知技術之缺失，提出一種河道沖刷狀態檢測系統，以有效克服上述之該等問題。

本發明之主要目的係提供一種河道沖刷狀態檢測系統，其可隨時偵測沖刷感測裝置是否損壞，且沖刷感測裝置透過連接元件連接，使訊號傳遞至土層中的每一沖刷感測裝置，以感測土層內每一沖刷感測裝置之狀態。

本發明之另一目的係提供一種河道沖刷狀態檢測系統，其沖刷感測裝置被沖刷出土層後，可開啟定位系統以無線傳輸定位資訊，進行流況監測。

為達上述之目的，本發明係提供一種河道沖刷狀態檢測系統，其包括一狀態檢測裝置以及埋入河道之土壤的至少一沖刷感測裝置，狀態檢測裝置可發出一電力感測訊號至沖刷感測裝置，沖刷感測裝置接收到訊號後回傳一電力回報訊號給狀態檢測裝置。沖刷感測裝置包括一電力收發器，其係用以接收電力感測訊號，並回傳給電力回報訊號至狀態檢測裝置，電力收發器電性連接一第一儲能元件，以接收第一儲能元件所提供的電能。第一儲能元件電性連接一變位開關，當土壤因河道沖刷使沖刷感測裝置露出土壤，並隨河道之河水流動時，變位開關則可因位置改變而開啟，以導通第一儲能元件之電能給一定位裝置，使其根據第一儲能元件的電能作動，發出至少一定位訊號至一無線發報器，使無線發報器將定位訊息傳遞出去給一接收裝置。

其中狀態檢測裝置更包括一電力感測收發器，其可發射電力感測訊號，電力感測收發器更電性連接一第二儲能元件，第二儲能元件可提供電能給電力感測收發器。

其中無線發報器係為特高頻（Ultra High Frequency，UHF）無線發報器。

其中沖刷感測裝置可為複數個沖刷感測裝置，複數個沖刷感測裝置可透過一連接元件連接在一起。

底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。

請參照第一圖與第二圖，如圖所示，本發明河道沖刷感測系統1包括一狀態檢測裝置10，以及至少一沖刷感測裝置20，狀態檢測裝置10可設置在橋墩40上，或作為可攜式的狀態檢測裝置10，以方便土壤沖刷檢測人員攜帶在身上，本實施例舉例狀態檢測裝置10係直接設置在橋墩40上。沖刷感測裝置20則係提供埋入河道的土壤42中，本實施例舉例具有複數沖刷感測裝置20，每一沖刷感測裝置20以不同的預訂深度埋設於土壤42中，且每一沖刷感測裝置20之間更連接有一連接元件30，其可為電線電性連接每一沖刷感測裝置20的電力收發器22，以導通每一沖刷感測裝置20，令訊號可導通至土壤42中較深的沖刷感測裝置20，使每一電力收發器22之間可互相傳遞無線訊號，令狀態檢測裝置10的訊號可傳遞給土壤42內每一沖刷感測裝置20的每一電力收發器22；當沖刷感測裝置20因河水44沖刷令土壤42而流失時，使埋設在土壤42中的沖刷感測裝置20由土壤42中露出，沖刷感測裝置20就會浮出河水44水面，令河水44帶走沖刷感測裝置20，此時沖刷感測裝置20會發出訊號表示沖刷感測裝置20已開始移動，檢測人員即可根據該沖刷感測裝置20所埋設的深度，對應推測出土壤42目前沖刷的深度。

請持續參照第一圖與第二圖，以詳細說明上述狀態檢測裝置10以及沖刷感測裝置20之結構，其中狀態檢測裝置10包括一電力感測收發器12、一第二儲能元件14以及一發電裝置16。電力感測收發器12可發射出電力感測訊號，且電力感測收發器12電性連接第二儲能元件14，第二儲能元件14可為二次電池，可提供電能給電力感測收發器12進行作動。發電裝置16則電性連接第二儲能元件14，發電裝置16可將一自然能源轉換成電能，並儲存至第二儲能元件14中，本實施例舉例發電裝置16係為太陽能發電裝置，發電裝置16可接收太陽能並將其轉換成電能儲存至第二儲能元件14中。

沖刷感測裝置20之結構包括一電力收發器22、一第一儲能元件24、一變位開關26、一定位裝置28以及一無線發報器29。電力收發器22可接收狀態檢測裝置10之電力感測收發器12所傳遞的電力感測訊號後，感測第一儲能元件24之電力狀態，以回傳給一電力回報訊號至給狀態檢測裝置10之電力感測收發器12。第一儲能元件24可為二次電池，第一儲能元件24電性連接電力收發器22，以提供電能給電力收發器22。變位開關26可為液位開關或滾珠開關，變位開關26電性連接第一儲能元件24以及定位裝置28，當土壤42因河道沖刷使沖刷感測裝置20露出土壤並隨河道之河水44流動時，變位開關26則可因位置改變而開啟，以導通第一儲能元件24與給定位裝置28，使第一儲能元件24可提供電能給定位裝置28。定位裝置28可為全球定位系統（Global Positioning System，GPS）定位裝置，當變位開關26開啟導通電能給定位裝置28時，定位裝置28開始作動發出至少一定位訊號至電性連接的無線發報器29。無線發報器29係為特高頻（Ultra High Frequency，UHF）無線發報器，無線發報器29接收定位裝置的定位訊號，並將定位訊息傳遞至一接收裝置32。其中接收裝置32係為對應特高頻（Ultra High Frequency，UHF）無線發報器的特高頻（Ultra High Frequency，UHF）接收裝置，接收裝置32可為設置在遠端檢測室的電腦裝置，接收裝置32可記錄每一沖刷感測裝置20所傳遞的定位資訊以及接收到定位資訊的時間，供檢測人員得知河道的各種參數，以作為河床沖刷及流況等狀態的參考。

在說明完河道沖刷感測系統1之結構後，請參照第一圖至第四圖，以說明本發明河道沖刷感測系統1之使用狀態，首先請參照第一圖與第二圖，在橋墩40上設置狀態檢測裝置10，並以不同的預訂深度，將複數沖刷感測裝置20埋設於土壤42中。其中沖刷感測裝置20因河道沖刷程度不同，擺放的時間可能長達一至十年，因此為了確認埋設在土壤42中的沖刷感測裝置20是否還可以使用，檢驗人員可使用狀態檢測裝置10發出電力感測訊號給埋設於土壤42內的沖刷感測裝置20，若沖刷感測裝置20仍具有電力且仍可使用，沖刷感測裝置20的電力收發器22即可回報電力回報訊號給狀態檢測裝置10之電力感測收發器12，表示沖刷感測裝置20仍具有電力可正常運作。

接著請參照第二圖與第三圖，當沖刷感測器20經河水44沖刷，而露出土壤42並浮出於河水44時，沖刷感測裝置20則因位置移動而產生傾斜，令變位開關26開啟而導通第一儲能元件24與定位裝置28，此時定位裝置28即可接收到第一儲能元件24的電能，開始作動產生定位資訊，並透過無線發報器29以無線網路，將定位資訊傳遞至一遠端的接收裝置32，此時檢測人員察看接收裝置32，就可以知道該沖刷感測器20已被沖刷出土壤42外，並根據該沖刷感測裝置20所埋設的深度，對應推測出土壤42目前沖刷的深度。接下來請配合參照第二圖與第四圖，沖刷感測裝置20在河道中46流動時，由於無線發報器29可不斷傳遞沖刷感測器20目前的定位資訊至遠端的接收裝置32，此時檢測人員察看接收裝置32，即可根據每筆定位資訊，以及每筆接收到定位資訊的時間，推斷出河道46目前的流況以及流速等狀態，達到即時流況監測的目的。

綜上所述，本發明可隨時偵測沖刷感測裝置是否損壞，且沖刷感測裝置透過連接元件連接，使訊號傳遞至土層中的每一沖刷感測裝置，以感測土層內每一沖刷感測裝置之狀態。再者，當沖刷感測裝置被沖刷出土層後，可開啟定位系統以無線傳輸定位資訊，進行流況監測。

唯以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍。故即凡依本發明申請範圍所述之特徵及精神所為之均等變化或修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

1‧‧‧河道沖刷感測系統

10‧‧‧狀態檢測裝置

12‧‧‧電力感測收發器

14‧‧‧第二儲能元件

16‧‧‧發電裝置

20‧‧‧沖刷感測裝置

22‧‧‧電力收發器

24‧‧‧第一儲能元件

26‧‧‧變位開關

28‧‧‧定位裝置

29‧‧‧無線發報器

30‧‧‧連接元件

32‧‧‧接收裝置

40‧‧‧橋墩

42‧‧‧土壤

44‧‧‧河水

46‧‧‧河道

第一圖係為本發明之裝設狀態示意圖。 第二圖係為本發明之系統方塊圖。 第三圖係為本發明之沖刷感測裝置流動浮出土壤狀態示意圖。 第四圖係為本發明之沖刷感測裝置在河道中流動狀態示意圖。

Claims (11)

1. 一種河道沖刷狀態檢測系統，包括：一狀態檢測裝置，包括一電力感測收發器，其可發出一電力感測訊號；以及至少一沖刷感測裝置，其可埋入一河道之土壤中，該沖刷感測裝置包括：一電力收發器，接收該電力感測訊號後，回傳給一電力回報訊號至該狀態檢測裝置之該電力感測收發器；一第一儲能元件，電性連接該電力收發器，以提供電能給該電力收發器；一變位開關，電性連接該第一儲能元件，當該土壤因該河道沖刷，使該沖刷感測裝置露出該土壤，隨該河道之河水流動時，該變位開關則可因位置改變而開啟，以導通該第一儲能元件之電能；一定位裝置，電性連接該變位開關，當該變位開關開啟導通該電能時，該定位裝置即可根據該電能作動，發出至少一定位訊號；及一無線發報器，電性連接該定位裝置，以接收該定位訊號，並將該定位訊息傳遞出去。
2. 如請求項1所述之河道沖刷狀態檢測系統，其中該狀態檢測裝置更包括一第二儲能元件，電性連接該電力感測收發器，以提供電能給該電力感測收發器。
3. 如請求項2所述之河道沖刷狀態檢測系統，其中該狀態檢測裝置更包括一發電裝置，其電性連接該第二儲能元件，該發電裝置可將一自然能源轉換成電能，並儲存至該第二儲能元件中。
4. 如請求項3所述之河道沖刷狀態檢測系統，其中該發電裝置係為太陽能發電裝置。
5. 如請求項1所述之河道沖刷狀態檢測系統，其中該變位開關係為液位開關或滾珠開關。
6. 如請求項1所述之河道沖刷狀態檢測系統，其中該無線發報器係為特高頻(Ultra High Frequency，UHF)無線發報器。
7. 如請求項1所述之河道沖刷狀態檢測系統，更包括一接收裝置以接收該定位訊息。
8. 如請求項7所述之河道沖刷狀態檢測系統，其中該接收裝置係為特高頻(Ultra High Frequency，UHF)接收裝置。
9. 如請求項2所述之河道沖刷狀態檢測系統，其中該第一儲能元件與該第二儲能元件可為二次電池。
10. 如請求項1所述之河道沖刷狀態檢測系統，其中該沖刷感測裝置可為複數個該沖刷感測裝置，該等沖刷感測裝置更透過一連接元件連接在一起。
11. 如請求項1所述之河道沖刷狀態檢測系統，其中該定位裝置為全球定位系統(Global Positioning System，GPS)定位裝置。