[發(fā)明專利]利用多個水位遙控檢測裝置自動繪制河流水面線的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110258162.1
• 申請日: 2011-09-02
• 公開（公告）號: CN102419196A
• 公開（公告）日: 2012-04-18
• 發(fā)明（設計）人: 陳向進;李文勇;崔更申
• 申請（專利權）人: 廣西遠長公路橋梁工程有限公司
• 主分類號: G01F23/14
• 分類號: G01F23/14
• 代理公司: 廣西南寧匯博專利代理有限公司 45114
• 代理人: 鄧曉安

技術領域

本發(fā)明涉及用計算機計算河流水面線的方法，特別是用水位自動遙測裝置自動計算河流的水面線的方法，為防洪、航運等提供水情信息工作的技術領域。

技術背景

天然河道水面線是江河自由水面沿程各個斷面高程的連線。天然河道水面線的推算是水力學的經(jīng)典問題，對于河道防洪、水庫淹沒有極其重要的意義。目前計算天然河道水面線是的方法一般采用能量法，這種方法的前提是假定計算河段的流態(tài)符合漸變流的形態(tài)，水力要素隨時間的變化很緩慢，即認為天然河道的水流運動在一定時間內是恒定非均勻流。計算恒定流一般采用伯諾里方程，通過二分法試算求解，即：

?????????????(1)?????????????

式(1)中：符號的下表1、2分別代表同一河段的下游斷面和上游斷面；?為沿程水頭損失，；為局部水頭損失，；?為局部阻力系數(shù)，對于收縮河段采用＝0，對于擴散河段，可以根據(jù)實際情況選取。

然而，由于季節(jié)、水位、河床等信息的差異會引起參數(shù)的極大變動，想根據(jù)某一點的水位信息來計算整個河流的水面線是相當復雜的。因此，我們把重點放在水位檢測點的科學合理布局上，盡量在河流的關鍵位置設立水位檢測點（例如在水流、河床特征信息差別不大的河段，有支流匯入點的下游，或者有分叉的上游等布點原則），通過水位點的實際數(shù)據(jù)配合相關參數(shù)來計算河流水面線。

同時，大規(guī)模的水文數(shù)據(jù)遠程自動測報系統(tǒng)，可以有效提高水雨情實時監(jiān)測的站點密度和覆蓋面，大大提高報汛的時效性，可增加洪水預報的有效預見期和預報精度，爭取了防汛的主動性，能在防汛工作中發(fā)揮重要作用，同時也為船舶航行的航道、船舶貨運的重量提供重要參考。?

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是針對河流水位自動遙測需要，設計開發(fā)了水位自動檢測和無線發(fā)送裝置，同時具備GPS定位功能，而且可以通過多個水位檢測點的數(shù)據(jù)及時計算出河流的水面線，以方便航務部門和水利部門對河流水位的遠程即時的監(jiān)控。

本發(fā)明的技術解決方案是這樣實現(xiàn)的：

根據(jù)河流實際情況，在河段上安裝多個水位遙控檢測裝置；

水位遙控檢測裝置采集水位傳感器數(shù)據(jù)和GPS位置數(shù)據(jù)，并進行分析、保存；

水位遙控檢測裝置通過GPRS模塊采用無線連接方式與管理中心計算機連接，傳輸水位數(shù)據(jù)和GPS數(shù)據(jù)到管理中心計算機，并接收和執(zhí)行管理中心計算機下傳的指令；

管理中心計算機安裝數(shù)據(jù)接收配套軟件，實時接收水位遙控檢測裝置上傳的信息并保存在數(shù)據(jù)庫中；

管理中心計算機安裝數(shù)據(jù)處理繪圖配套軟件，定期從數(shù)據(jù)庫中取出最新的數(shù)據(jù)，并分析計算，得出河流的水面數(shù)據(jù)，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)來繪制河流水面線。

本方法還包括除了繪制河流水面線以外，還可以對河流水位進行遠程實時監(jiān)測，供航運和水利部門使用。

以上所述的帶GPS定位的水位遙控檢測裝置，包括嵌入式控制中心、水位檢測傳感器、GPS定位模塊、GPRS無線通信模塊和工作電源模塊，其中在嵌入式控制中心的控制板上設有兩個RS232串口、直流電源接口、傳感器接口；工作電源通過直流電源接口與嵌入式控制中心連接，GPS模塊通過RS232串口與嵌入式控制中心連接，GPRS模塊通過RS232串口與嵌入式控制中心連接，水位監(jiān)測傳感器通過傳感器接口與嵌入式控制中心連接，嵌入式控制中心還設有復位電路和供電電源。

嵌入式控制中心可以是單片機，或者是微處理器。

管理中心計算機是一臺帶公網(wǎng)IP的計算機，安裝了數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。

GPRS無線通信模塊是一種基于GPRS網(wǎng)絡、內嵌完整TCP/IP協(xié)議的無線調制解調器，與管理中心計算機實現(xiàn)無線連接和通訊。

水位檢測傳感器為壓力傳感器，它通過一個帶鋼針的防沙鋼桶固定在河道的水面以下，通過電纜與嵌入式控制中心連接。

工作電源是直流電源，包括太陽能電池板與蓄電池組合的電源或者蓄電池或交流電源經(jīng)轉換后的直流電源。

嵌入式控制中心與水位檢測傳感器連接，可以實時采集水位檢測傳感器從檢測點傳輸?shù)臄?shù)值，并轉換為水面值存儲。

嵌入式控制中心與GPS模塊連接，實時接收GPS位置信息，并與上一次保存的信息對比，如果位置變化大于原來設定的值，就向系統(tǒng)發(fā)送移動報警的信息，起防盜作用。

嵌入式控制中心與GPRS模塊連接，通過GPRS模塊與管理中心計算機無線連接，向管理中心計算機上傳水位數(shù)據(jù)和GPS位置數(shù)據(jù)。