[發明專利]一種河道流冰疏密度自動監測裝置及方法

有效

• 申請號: 201510024975.2
• 申請日: 2015-01-19
• 公開（公告）號: CN104501783B
• 公開（公告）日: 2017-07-21
• 發明（設計）人: 石瑞格;曾佑聰;張侃侃;劉志云
• 申請（專利權）人: 中國電建集團中南勘測設計研究院有限公司
• 主分類號: G01C13/00
• 分類號: G01C13/00
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司43113
• 代理人: 盧宏,王娟

技術領域

本發明涉及一種河道流冰疏密度自動監測裝置及方法。

背景技術

河道流冰疏密度是指測驗河段內，冰塊與冰花的平面面積與敞露水面面積的比值。河流冰情現象是北方河流的重要特征，冰凌觀測是為了掌握河流結冰情況，了解冰凌的變化規律，為探索和分析冰期水文現象及規律提供必要的資料。為水利工程建設，交通運輸等國民經濟發展服務。

北方河流在封凍前、解凍期均有大量流冰形成，冰流量測驗的目的是了解河流中流冰的數量，并計算冰總量。

疏密度的測量是冰流量測驗中的一項重要而經常的工作，尤如水位和單沙一樣，是推求冰流量的重要因素。

測量疏密度常用的方法有目估法、統計法和攝影法三種。經常觀測或簡測法施測冰流量時用目估法，精測法施測冰流量時用統計法，攝影法適合河寬小于150m的河流，可用于經常觀測或施測冰流量。

使用目測法時，當全河面各部分流冰疏密度相差很大時，應目估各部分的疏密度和部分寬，用加權平均法計算斷面平均疏密度。

使用統計法時，應先測定斷面上各垂線的疏密度，再經過計算，求出斷面平均疏密度。垂線疏密度可用經緯儀施測，或用垂索目測。

使用攝影法時，照相機距水面高度應不小于和寬帶的1/10。拍攝時，應將河面流冰情況及上、中、下各斷面的標志拍攝下來。計算疏密度時，應進行投影校正。

上述疏密度測量方法需要依靠觀測人員全程參與估計、判斷，隨意性很大，且必須具有充足的光線便于人眼觀看，在夜晚幾乎不可能完成測量，在白天也很難實現連續在線監測。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，針對上述現有技術的不足，提供一種河道流冰疏密度自動監測裝置及方法。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：一種河道流冰疏密度自動監測裝置，包括：

激光測距儀：用于測量激光測距儀探頭至測驗點的距離；所述測驗點位于與河道水流方向垂直的測驗斷面上；

水位計：設置在河道岸邊水位測井內（浮子式）或河道水下（壓力式），用于測量河道水位，并將河道水位數據傳送給遙測終端；浮子式水位計設置在河道岸邊水位測井內，壓力式水位計設置在河道水下；

遙測終端：用于控制激光測距儀測量激光測距儀探頭至測驗點的距離，并根據水位計測量的河道水位以及激光測距儀測量的激光測距儀探頭至測驗點的距離計算流冰疏密度；

電源模塊：用于為遙測終端提供工作電源。

優選地，本發明的監測裝置還包括：

云臺：與遙測終端以及電源模塊連接，在遙測終端的控制下帶動激光測距儀定位至不同的測驗點；

通信模塊：用于將遙測終端計算的流冰疏密度數據、河道水位、激光測距儀探頭至河道冰面的距離發送至數據中心；

數據中心：用于接收通信模塊轉發的流冰疏密度數據、河道水位、激光測距儀探頭至河道冰面的距離。云臺、通信模塊、數據中心可以使本發明的監測裝置更加智能化。

優選地，所述電源模塊包括依次連接的太陽能板、充電控制器和蓄電池；所述蓄電池與所述遙測終端、云臺電連接，該電源模塊結構簡單，利用太陽能發電，節能環保。

本發明還提供了一種利用上述監測裝置監測河道流冰疏密度的方法，該方法主要過程如下：將所述監測裝置水位計以外的部分安裝在測驗斷面對應的防洪堤上，所述測驗斷面與河道水流方向垂直；在所述測驗斷面上取若干個測驗點；對于第i個測驗點，激光測距儀在時間T內每隔時間t測量激光測距儀探頭至該測驗點的距離，得到多組距離數據，確定該測驗點對應的距離閾值Lb_i，統計小于或等于距離閾值Lb_i的距離數據的數量N，則第i個測驗點處的河道流冰疏密度為N/（T/t）；同理獲取其余測驗點處的河道流冰疏密度；其中第i個測驗點對應的距離閾值Lb_i計算公式為：,為激光測距儀安裝高程；為測量開始時水位計測量的河道水位；為測量開始時激光測距儀探頭和測驗點之間連線與河道水面或冰面的夾角。

優選地，T=100s，t=1s，保證測量精度。

與現有技術相比，本發明所具有的有益效果為：本發明的監測裝置能夠自動監測河道流冰疏密度，無需人工參與，且測量不受光線影響，白天夜晚均能實現連續在線測量；本發明的方法相對現有方法測量精度高，容易實現。

附圖說明

圖1為本發明實施例自動監測裝置結構框圖；

圖2為本發明實施例監測裝置安裝平面布置圖；

圖3為本發明實施例自動監測裝置安裝側視圖；