申请/专利权人：北京艾力泰尔信息技术股份有限公司

申请日：2018-03-30

公开（公告）日：2024-04-26

公开（公告）号：CN108445479B

主分类号：G01P5/00

分类号：G01P5/00;G01S13/58;G01F23/284

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.26#授权;2024.04.05#著录事项变更;2018.09.18#实质审查的生效;2018.08.24#公开

摘要：本发明公开了一种无人值守、可实时自动监测河道流速、水位等水文参数的自驱动双轨式雷达测流系统，它包括河道两侧立柱，两立柱之间拉接有两根绳缆，绳缆上安装有测流车，河道一侧设有站房遥测中心。测流车包括外壳，外壳底面安装有雷达波测流仪，外壳两侧安装有主动、从动滑轮和防护环，绳缆贯穿防护环，外壳内安装有控制器、步进电机、行走驱动机构、近距离无线通信装置，控制器与雷达波测流仪、步进电机、近距离无线通信装置相连，步进电机通过行走驱动机构控制主动滑轮的转动。站房遥测中心包括太阳能充电板，太阳能充电板通过蓄电池与遥测终端控制箱相连，遥测终端控制箱与测流车之间进行无线通信。

主权项：1.一种自驱动双轨式雷达测流系统，它包括河道两侧的立柱，两个立柱之间拉接有形成水平缆道的两根绳缆，其特征在于：绳缆上安装有测流车，河道一侧设有站房遥测中心；测流车包括外壳，外壳底面安装有雷达波测流仪，外壳两侧均安装有主动滑轮、从动滑轮和防护环，绳缆贯穿防护环，外壳内安装有控制器、步进电机、行走驱动机构、近距离无线通信装置，控制器与雷达波测流仪、步进电机、近距离无线通信装置相连，步进电机通过行走驱动机构控制主动滑轮的转动；站房遥测中心包括太阳能充电板，太阳能充电板通过蓄电池与遥测终端控制箱相连，遥测终端控制箱与测流车之间进行无线通信；其中：河道两侧的两个所述立柱分别作为始点立柱、终点立柱，始点立柱上设有充电插槽，充电插槽呈凹槽结构，充电插槽的两个槽内侧壁上安装有金属弹簧片，金属弹簧片与所述遥测终端控制箱的供电端口连接；所述测流车的所述外壳一端安装有充电插头，充电插头上安装有后退限位开关，充电插头的两侧安装有金属固定片，金属固定片与可充电锂电池连接，可充电锂电池与所述控制器连接，后退限位开关与所述控制器连接，其中：当所述测流车后退，使充电插头插入充电插槽时，充电插头上的两个金属固定片被卡在充电插槽的两个金属弹簧片之间，以便充电；所述遥测终端控制箱包括终端控制器、充电开关，充电开关的开闭受终端控制器控制；所述充电插槽上安装有插槽磁铁，所述充电插槽的槽底安装有充电感应开关，所述充电插头的端面上安装有插头磁铁，其中：当所述充电插头插入所述充电插槽时，所述充电插头的所述后退限位开关接近并感应到插槽磁铁，且充电感应开关接近并感应到插头磁铁，以使终端控制器控制充电开关闭合而令所述蓄电池借由互相接触的所述金属弹簧片和所述金属固定片向所述可充电锂电池充电。

全文数据：自驱动双轨式雷达测流系统技术领域[0001]本发明涉及一种自驱动双轨式雷达测流系统，属于雷达波测流技术领域。背景技术[0002]河道流量测验是水文工作的重要组成部分，其获取的各种数据对水资源的充分利用及防汛抗洪工作的开展都具有重要的作用。目前采用的测流技术主要有船载ADCP测量系统和固定式测流系统。船载ADCP测量系统具有测流速度快、操作方便等优点，但当河道中有较多漂浮物、水质浑浊或者水流流速过快时，其获得的测量结果准确性会极大降低，甚至无法正常工作，而当遇到洪水时，其无法对水流流速进行及时测量。固定式测流系统一般是在桥梁上固定安装多个测流仪，通过对各测流仪获得的数据进行综合处理分析而得到测流结果，但一个河道断面上要安装多个测流仪，这势必大大增加了测量与维护的成本，难以推广普及。发明内容[0003]本发明的目的在于提供一种自驱动双轨式雷达测流系统，其可实时在线自动监测河道流速、水位等水文参数，无需人工参与，不受恶劣自然天气的影响，测流结果准确性有保障。[0004]为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：[0005]—种自驱动双轨式雷达测流系统，它包括河道两侧的立柱，两个立柱之间拉接有形成水平缆道的两根绳缆，其特征在于:绳缆上安装有测流车，河道一侧设有站房遥测中心，其中：测流车包括外壳，外壳底面安装有雷达波测流仪，外壳两侧均安装有主动滑轮、从动滑轮和防护环，测流车通过主动滑轮和从动滑轮在绳缆上的转动而可实现前进、后退运动，绳缆贯穿防护环，外壳内安装有控制器、步进电机、行走驱动机构、近距离无线通信装置，控制器与雷达波测流仪、步进电机、近距离无线通信装置相连，步进电机通过行走驱动机构控制主动滑轮的转动;站房遥测中心包括太阳能充电板，太阳能充电板通过蓄电池与遥测终端控制箱相连，遥测终端控制箱与测流车之间进行无线通信。[0006]本发明的优点是：[0007]1、本发明为一种无人值守、可实时自动监测河道流速、水位等水文参数的在线测流系统，当河道中有较多漂浮物、水质浑浊或者水流流速过快时，以及在汛期发洪水期间，其均可正常工作，且测量结果准确性有保障。[0008]2、本发明仅依靠一个雷达波测流仪在双轨缆道上的往复运动便可对整个河道进行测流，简化了整个系统的设备安装，测量和维护成本低。[0009]3、本发明设计有自充电结构，成本低，可对缆道上运动的测流车在固定位置进行可靠充电，一方面，借由金属弹簧片与金属固定片间的卡固设计，使测流车在充电过程中具有防脱离、防风、防滑动功效，充电过程不受外界因素影响，另一方面，借由充电感应开关和插头磁铁的设计，可自行启动充电过程，无需人工参与，大大提高了测流的工作效率和自动化程度，运行与维护成本被大大降低。[0010]4、本发明设计有防止测流车从缆道上脱落的防护环，大大提高了测流的安全性，确保了测流作业的顺利实施。附图说明[0011]图1是本发明的组成示意图。[0012]图2是测流车的立体示意图。[0013]图3是测流车的结构示意图。[0014]图4是测流车的又一立体示意图（未示出外壳顶面）。[0015]图5是测流车的内部结构组成框图。[0016]图6是终点立柱上安装的设备示意图。[0017]图7是始点立柱上安装的设备示意图。[0018]图8是充电插头插入充电插槽后的横剖示意图。[0019]图9是充电插头插入充电插槽后的纵剖示意图。[0020]图1〇是充电插头和充电插槽的电路连接示意图。具体实施方式[0021]如图1至图10所示，本发明自驱动双轨式雷达测流系统包括河道两侧的立柱10，两个立柱10之间拉接有形成水平（或说基本水平缆道的两根绳缆21，缆道位于河道水面上方，如图，绳缆21上安装有测流车30，河道一侧设有站房遥测中心60，其中：测流车30包括呈矩形体的外壳31，外壳31底面安装有雷达波测流仪32,外壳31两侧均安装有主动滑轮33、从动滑轮34和防护环37,测流车30通过主动滑轮33和从动滑轮34在绳缆21上的转动而可实现在缆道上的前进、后退运动，绳缆21贯穿防护环37,防护环37起到防止测流车30从绳缆21上脱洛的作用，外冗31内安装有控制器71、步进电机73、行走驱动机构74、近距离无线通信装置72,控制器71与雷达波测流仪32、步进电机73、近距离无线通信装置72相连，步进电机73通过行走驱动机构74控制主动滑轮33的转动;站房遥测中心60包括太阳能充电板61，太阳能充电板61通过蓄电池62与遥测终端控制箱63相连，遥测终端控制箱63与测流车30之间进行无线通信，站房遥测中心60的作用主要有发出测流指令、接收测流数据等。[0022]如图3至图5，行走驱动机构74包括从动轴83，从动轴83的中间部分安装有从动齿轮82，从动轴83的两端分别与两个主动滑轮33连接，从动齿轮82与驱动齿轮81相齿合，驱动齿轮81与步进电机73的输出轴连接，驱动齿轮81在步进电机73的带动下转动，其中：从动齿轮82上设有一圈通孔820,从动齿轮82旁安装有机械制动装置77,机械制动装置77与控制器71连接，机械制动装置77包括驱动荥771，驱动栗771的伸缩杆上安装有制动杆772,制动杆772在驱动栗771的带动下朝向从动齿轮82的轮表面作伸缩动作，以便当制动杆772伸出插入从动齿轮82上的某一通孔820中时对测流车30产生机械制动效果。[0023]在实际应用中，机械制动装置77的作用在于，避免测流车30在停止运行后发生滑坡情况。对于坡度较大的缆道，为了确保主动滑轮33有效制动，一方面借由步进电机73对行走驱动机构74的控制来制动，另一方面通过机械制动装置77对从动齿轮82的控制来制动。[0024]当然，机械制动装置77的结构还可有其它形式，并不局限于此。[0025]如图3至图5,外壳31内可安装有旋转编码器79,旋转编码器79与控制器71连接，旋转编码器79的信号输入接口经由纠偏轴84与从动滑轮34连接。旋转编码器了9的作用在于，纠偏轴84在从动滑轮34的带动下转动，进而从动滑轮34的转动情况被旋转编码器79监测，以便控制器71根据旋转编码器79反馈的信息来控制主动滑轮33,确保从动滑轮34与主动滑轮33之间保持转动一致性。[0026]在实际设计中，驱动齿轮81与从动齿轮82的直径比可设计为1:3，从而可增大测流车的爬坡能力。[0027]如图6和图7,立柱10上可固定有立板11，绳缆21的一端与河道一侧的立柱10上的立板11相固定，绳缆21的另一端绕过河道另一侧的立柱1〇上的立板11上设置的滑轮23后与张紧装置22连接。张紧装置22的作用在于向下拉拽绳缆21，以使绳缆21保持水平张紧状态，保证测流车30平稳移动。[0028]在实际实施中，河道两侧的两个立柱10可分别作为始点立柱、终点立柱，始点立柱上设有充电插槽51，充电插槽51可设置在车库罩50内，车库罩50的作用在于避免测流车3〇在充电过程中受风等自然因素影响，充电插槽51的横截面呈U字状凹槽结构，充电插槽51的两个槽内侧壁上安装有金属弹簧片52,金属弹簧片52通过线缆与遥测终端控制箱63的供电端口连接。进一步地，测流车30的外壳31—端安装有充电插头36,充电插头36上安装有后退限位开关76,充电插头36的两侧安装有金属固定片360,金属固定片360通过线缆与可充电锂电池78的充电端口连接，可充电锂电池78与控制器71连接，可充电锂电池78还连接有充电管理器780,充电管理器780用于控制充电电流的大小，外壳31另一端安装有前进限位开关75,前进限位开关75、后退限位开关76与控制器71连接，其中：当测流车3〇向始点立柱后退行驶，后退限位开关76检测到测流车30即将到达充电插槽51的槽底时，测流车30停止后退；当测流车30向终点立柱前进行驶，前进限位开关75检测到测流车30即将到达终点立柱时，测流车30停止前进；当测流车30后退，使充电插头36插入充电插槽51时，充电插头36上的两个金属固定片360被卡在充电插槽51的两个金属弹簧片52之间，以便充电。[0029]在实际设计中，前进限位开关75、后退限位开关了6的设计防止了测流车30发生碰撞损坏。前进限位开关75、后退限位开关76优选为非接触式限位开关但不受局限。[0030]在实际设计中，对于站房遥测中心60,太阳能充电板61的输电端口与蓄电池62的充电端口连接，蓄电池62的输电端口与遥测终端控制箱63的输电端口连接，遥测终端控制箱63的供电端口通过线缆与金属弹簧片52连接。[0031]进一步来说，遥测终端控制箱63可包括终端控制器631、充电开关632,充电开关632的开闭受终端控制器631控制，终端控制器631连接有短距离通信装置，蓄电池62—方面为终端控制器631供电，另一方面，可通过充电开关632向金属弹簧片52供电。[0032]如图8至图10所示，进一步来说，充电插槽51可包括互相连接的一个后壳512、一个顶壳513和两个侧壳511，后壳512的一面安装在始点立柱上，顶壳513的底面安装有插槽磁铁54,各侧壳511的内面上安装有金属弹簧片52,金属弹簧片52经由充电开关632与蓄电池62连接。充电插头36通过底座361并借由螺钉螺接安装在测流车30上，充电插头36的顶面上安装后退限位开关76,充电插头36的两侧面安装有金属固定片360,金属固定片360与可充电锂电池78连接。[0033]如图8和图9，当充电插头36插入充电插槽51中后，充电插头36的两个金属固定片360被卡在充电插槽51的两个金属弹簧片52之间，与此同时，充电插头36的后退限位开关％接近充电插槽51上的插槽磁铁54而感应到插槽磁铁54。[0034]在实际设计中，充电插头36插入充电插槽51中时，充电插头36与侧壳511之间具有很小的间隙，从而在金属弹簧片52的弹性作用下，金属弹簧片52可以具有一定力度地卡住金属固定片360,达到防止测流车3〇在充电过程中发生移动的目的。[0035]如图8至图10,充电插槽51的后壳512上，即充电插槽51的槽底安装有充电感应开关53,充电插头36的端面上安装有插头磁铁3似，其中，当充电插头36插入充电插槽51中后，充电感应开关53接近插头磁铁362而感应到插头磁铁362。如图10,蓄电池62与金属弹簧片52之间连接有充电开关632,充电感应开关53、充电开关632的彳目号端口分别与终端控制器631的相应信号端口连接。[0036]如图8和图9,充电插槽51可设计为具有一个向下的敞口（即没有底壳和一个作为充电入口、水平方向的敞口。[0037]在实际设计中，后壳512、侧壳511以及金属弹簧片52、金属固定片36〇具有一定高度，这样可以保证测流车30的上下位置与充电插槽51存在偏差时，充电插槽51仍能卡住充电插头36来对测流车30充电。[0038]如图8和图9,在实际设计中，充电插头36上安装插头磁铁362的端部可设有圆弧倒角导向结构，以达到纠正位置偏差、导向的目的。[0039]在实际制作中，充电插槽51和充电插头36为绝缘材质制成，例如采用硬质塑料制成。插槽磁铁54、插头磁铁362为强磁铁，后退限位开关76、充电感应开关53为开关型霍尔传感器，金属弹簧片52、金属固定片360为任意具有导电性能的金属材质制成，如铁、铜等，金属弹簧片52具有弹性，金属固定片360不具有弹性。[0040]在实际实施时，当终端控制器631诸如借由短距离通信装置知晓测流车30即将没电且借由充电感应开关53知晓测流车30己运行至充电插槽位置时，其控制充电开关632闭合，以便蓄电池62借由互相接触的金属弹簧片52、金属固定片360向可充电锂电池78供电，实现对测流车30的充电。[0041]当然，遥测终端控制箱63还可有其它形式，并不局限于此，例如可不设计充电开关。[0042]在本发明中，雷达波测流仪32可包括多普勒雷达流速传感器、倾角传感器，多普勒雷达流速传感器、倾角传感器与控制器71连接。当然雷达波测流仪32还可有其它形式，并不局限于此。[0043]如图7,河道两侧的两个立柱10上安装的转向滑轮似上共同绕设有防护绳索41钢丝绳索），防护绳索41通过外壳31顶面安装的装配件35而与测流车30固定连接，以便在测流车30出现故障停留在河道中间时，通过手动或电动方式牵引防护绳索41来将测流车30拉回岸边，以便维修。[0044]在实际设计中，每个立柱10上可设置一组转向滑轮，每组可设计诸如2个转向滑轮42如图7，防护绳索41也可与张紧装置连接，以使防护绳索41保持张紧状态。[0045]在实际设计中，如图，对于测流车30,雷达波测流仪32中的多普勒雷达流速传感器、倾角传感器，步进电机73,近距离无线通信装置72,前进限位开关75,后退限位开关76，可充电锂电池78,旋转编码器79,机械制动装置77的信号端口分别与控制器71的相应信号端口连接，充电管理器780的信号端口与可充电锂电池78的控制端口连接。[0046]在本发明中，雷达波测流仪32、近距离无线通信装置72、限位开关前进限位开关75、后退限位开关76、旋转编码器79、充电管理器780、张紧装置22、太阳能充电板61、蓄电池62等属于本领域的已有设备或器件，机械制动装置77、控制器71、遥测终端控制箱63等属于本领域的熟知设备或器件，故不在这里详述。[0047]本发明的工作过程为：[0048]测流车30借由近距离无线通信装置72接收到遥测终端控制箱63发出的测流指令后，按照指令内容，控制器71控制步进电机73运转，进而借由行走驱动机构74控制测流车30在绳缆21上的移动，使测流车30移动到各个指定测量位置。在各测量位置上，雷达波测流仪32对河道流速进行测量并将测量数据反馈给控制器71，进而控制器71将测流数据以及测流车工况信息等反馈给遥测终端控制箱63,从而对河道流速、水位等水文参数实现计算与分析，完成水雨情信息的采集、存贮等工作。[0049]控制器71实时检测可充电锂电池78的电压情况。当控制器71检测到测流车30即将没电时，控制器71通过控制步进电机73的运转来借由行走驱动机构74控制测流车30后退，向始点立柱上的充电插槽51运动。当快到达充电插槽51时，测流车30减速。当测流车30即将后退至始点立柱，后退限位开关76检测到即将触碰充电插槽51槽底，即后退限位开关76感应到插槽磁铁54时，控制器71借由后退限位开关76发出的后退到位信号而控制测流车30停止后退运动，此时充电插头36插入充电插槽51，充电插头36上的两个金属固定片360被卡在充电插槽51的两个金属弹簧片52之间，同时，充电感应开关53感应到插头磁铁362,终端控制器631借由充电感应开关53发出的可充电信号控制充电开关632闭合，于是蓄电池62经由充电开关632、互相接触的金属弹簧片52、金属固定片360与可充电锂电池78导通，执行对测流车30的充电作业。在充电过程中，充电管理器780根据可充电锂电池78的电量情况调节充电电流的大小，起到防过充的目的。[0050]当充满电后，充电管理器780控制可充电锂电池78不再接收充电电流。终端控制器631可继而控制充电开关6：32打开，于是蓄电池62不再向金属弹簧片52供电，充电结束。当执行测流作业时间到达时，控制器71通过控制步进电机73的运转来借由行走驱动机构74控制测流车30前进，于是测流车30离开充电插槽51，向终点立柱运动，以继续进行测流。[0051]在前进的过程中，如果测流车30即将前进至终点立柱，前进限位开关75检测到即将触碰终点立柱时，控制器71借由前进限位开关75发出的前进到位信号而控制测流车30停止前进运动，很好地防止了测流车发生碰撞损坏的现象。[0052]本发明的优点是：[0053]本发明为一种无人值守、可实时自动监测河道流速、水位等水文参数的在线测流系统，无需人工参与，不受恶劣自然天气的影响，测流结果准确性有保障。[0054]以上所述是本发明较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本发明保护范围之内。

权利要求：1.一种自驱动双轨式雷达测流系统，它包括河道两侧的立柱，两个立柱之间拉接有形成水平缆道的两根绳缆，其特征在于:绳缆上安装有测流车，河道一侧设有站房遥测中心，其中：测流车包括外壳，外壳底面安装有雷达波测流仪，外壳两侧均安装有主动滑轮、从动滑轮和防护环，绳缆贯穿防护环，外壳内安装有控制器、步进电机、行走驱动机构、近距离无线通信装置，控制器与雷达波测流仪、步进电机、近距离无线通信装置相连，步进电机通过行走驱动机构控制主动滑轮的转动;站房遥测中心包括太阳能充电板，太阳能充电板通过蓄电池与遥测终端控制箱相连，遥测终端控制箱与测流车之间进行无线通信。2.如权利要求1所述的自驱动双轨式雷达测流系统，其特征在于：所述行走驱动机构包括从动轴，从动轴的中间部分安装有从动齿轮，从动轴的两端分别与两个所述主动滑轮连接，从动齿轮与驱动齿轮相齿合，驱动齿轮与所述步进电机的输出轴连接，其中：从动齿轮上设有一圈通孔，从动齿轮旁安装有机械制动装置，机械制动装置与所述控制器连接，机械制动装置的制动杆朝向从动齿轮的轮表面作伸缩动作，以便当制动杆伸出插入从动齿轮上的通孔中时对所述测流车产生机械制动效果。3.如权利要求2所述的自驱动双轨式雷达测流系统，其特征在于：所述外壳内安装有旋转编码器，旋转编码器与所述控制器连接，旋转编码器的信号输入接口经由纠偏轴与所述从动滑轮连接。4.如权利要求2所述的自驱动双轨式雷达测流系统，其特征在于：所述驱动齿轮与所述从动齿轮的直径比为1:3。5.如权利要求1所述的自驱动双轨式雷达测流系统，其特征在于：所述绳缆的一端与河道一侧的所述立柱上的立板相固定，所述绳缆的另一端绕过河道另一侧的所述立柱上的立板上设置的滑轮后与张紧装置连接。6.如权利要求1所述的自驱动双轨式雷达测流系统，其特征在于：河道两侧的两个所述立柱分别作为始点立柱、终点立柱，始点立柱上设有充电插槽，充电插槽呈凹槽结构，充电插槽的两个槽内侧壁上安装有金属弹簧片，金属弹簧片与所述遥测终端控制箱的供电端口连接；所述测流车的所述外壳一端安装有充电插头，充电插头上安装有后退限位开关，充电插头的两侧安装有金属固定片，金属固定片与可充电锂电池连接，可充电锂电池与所述控制器连接，可充电锂电池连接有充电管理器，所述外壳另一端安装有前进限位开关，前进限位开关、后退限位开关与所述控制器连接，其中：当所述测流车向始点立柱后退行驶，后退限位开关检测到所述测流车即将到达充电插槽槽底时，所述测流车停止后退；当所述测流车向终点立柱前进行驶，前进限位开关检测到所述测流车即将到达终点立柱时，所述测流车停止前进;当所述测流车后退，使充电插头插入充电插槽时，充电插头上的两个金属固定片被卡在充电插槽的两个金属弹簧片之间，以便充电。7.如权利要求6所述的自驱动双轨式雷达测流系统，其特征在于：所述前进限位开关、所述后退限位开关为非接触式限位开关。8.如权利要求6所述的自驱动双轨式雷达测流系统，其特征在于：所述遥测终端控制箱包括终端控制器、充电开关，充电开关的开闭受终端控制器控制；所述充电插槽上安装有插槽磁铁，所述充电插槽的槽底安装有充电感应开关，所述充电插头的端面上安装有插头磁铁，其中：当所述充电插头插入所述充电插槽时，所述充电插头的所述后退限位开关接近并感应到插槽磁铁，且充电感应开关接近并感应到插头磁铁，以使终端控制器控制充电开关闭合而令所述蓄电池借由互相接触的所述金属弹簧片和所述金属固定片向所述可充电锂电池充电。9.如权利要求1所述的自驱动双轨式雷达测流系统，其特征在于：所述雷达波测流仪包括多普勒雷达流速传感器、倾角传感器，多普勒雷达流速传感器、倾角传感器与所述控制器连接。10.如权利要求1所述的自驱动双轨式雷达测流系统，其特征在于：河道两侧的两个所述立柱上安装的转向滑轮上共同绕设有防护绳索，防护绳索通过所述外壳顶面安装的装配件而与所述测流车固定连接，以便在所述测流车出现故障停留在河道中间时，通过手动或电动方式牵引防护绳索来将所述测流车拉回岸边。

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