专利名称：一种浅水植物区流速测量方法
技术领域：
本发明涉及一种流速测量方法和设备，尤其是浅水植物区流速测量方法和设备。 属于水利工程测量领域。
背景技术：
测量浅水植物区流速分布是描述湖泊水动力特征的主要方法之一。湖流决定着 各类物质如悬浮物、藻类、污染物以及各种营养元素在湖泊中的输移和扩散，同时对底层沉 积物的性质和生物的栖息特征具有重要影响因此深入理解湖泊的水动力变化规律，在湖泊 生态修复和管理方面有重要的科学和实践意义，是研究湖泊生态系统，解决湖泊富营养化 问题的基础与前提。我国湖泊分布着大量的水生植物，水生植物对水动力的影响可以归纳 为(1)形态阻力(当水流流经植物根、茎、冠时，由于水流上下游静水压力不同而产生的阻 力)·’ (2)表面拖拽力(水生植物固面和水流接触产生的剪切力)；(3)振动阻力(水生植物 根、茎、冠在水体中造成水体自由面变形而产生的力)；(4)能量损失(由于水生植物造成水 流粘性和湍流增加而损失的能量)。野外观测水生植物区流速分布是建立综合考虑水生植 物影响的湖泊水动力模型的必要前提。现有的ADP，ADCP流速仪通过超声波方法，可以精确 测量湖泊流速的三维分布。但是在水生植物茂密的浅水区由于植物的阻挡，水深过浅，无论 是船只进入还是测量人员徒步进入都很困难，流速仪传感器很难布置。本发明提出了一种 浅水植物区流速测量方法，通过对水生植物茂密区布置支架系统和无线局域网系统，利用 支架和无线局域网的便利，避免了水生植物分布茂密区的布线困绕。
发明内容
本发明要解决的技术问题就是提供浅水植物区流速测量方法和设备，实现浅水植 物区的流速测量。本发明浅水植物区流速测量方法包括以下步骤(1)划定测量区域；具体而言，先规划被测区域的长度和宽度，其长度任意，宽度 不大于10m，当被测区域较大时可以将其划分为多个IOm宽的带状子区域进行测量。(2)架设浮体横向导轨；所述的浮体横向导轨包括浮体、横向导轨和支架。横向导 轨长度为10m，利用支架架设在两浮体上。(3)架设传感器支座；具体而言就是将传感器支座卡在横向导轨的滑轮槽上。(4)设置无线局域网；在站台基地或船台基地上设置大功率无线局域网系统使测 量区域覆盖在局域网范围内。(5)布置测点进行测量；利用GPS布置计划线，移动浮体横向导轨到各计划线位置 开始测量并记录各测点GPS坐标。(6)利用Krigging方法进行流场插值计算。上述的方法通过浅水植物区流速测量设备实现，具体而言该设备包括中央控制 单元、数据采集单元、数据传输单元和机械支撑单元，所述的测量部分通过机械连接固定或装置在机械部分上，数据计算存储和传输部分利用基站服务器和大功率无线局域网系统实 现。中央控制单元包括基站服务器；数据采集单元包括流速传感器、GPS ；数据传输单元包括移动站总线设备、基站总线设备和基站服务器，通过大功率无线局域网连接；机械支撑单元包括浮体横向导轨和传感器支座依次连接，移动站总线设备和数 据采集单元装置在机械支撑单元上。浮体横向导轨包括浮体、浮体驱动器、电源、支架、横向导轨、电源电缆。传感器支座包括垂直移动部分和水平移动部分；垂直移动部分包括垂直导轨和 垂直驱动电机，水平移动部分包括水平驱动电机和水平驱动轮组。为了解决上述技术问题，本发明提供的浅水植物区流速测量方法和设备，还包括 如下软件部分测量控制系统、数据存储模块、定位模块、流速计算模块。具体而言各软件硬件部分按如下方式进行测量a.开始测量时，首先人工将浮体横向导轨移至与第一计划断面重合，测量人员向 基站服务器发出测量指令；b.测量控制系统收到指令后，向传感器支座发出移动指令，传感器支座根据移动 指令移动至预设测点，并将传感器下降至预设深度；c.测量控制系统向测量传感器发出测量请求，传感器开始进行测量，同时测量控 制系统获取定位模块中记录的GPS位置，经过设定时间后，传感器将测得数据传输给测量 控制系统，并整合GPS位置数据存入数据存储模块；d.流速计算模块调用数据存储模块中的数据进行流速计算，计算时使用 Krigging差值方法进行差值计算，计算后输出计算结果为数值文件；f.在进行计算的同时，测量控制系统向传感器支座发出指令，传感器支座移动到 下一个测量位置，重复上述过程。本发明有如下有益效果(1)本发明提供了一种在浅水植物区流速测量方法和设备，使在植物区侧流速成 为可能；(2)本发明的同步了 GPS位置和流速值，为进一步对流速进行空间分析提供了数 据基础；(3)本发明提供的无线方式避免了在浅水植物区测量时布线的困扰。
图1为发明的浮体横向导轨侧视示意图；图2为本发明的浮体横向导轨的正视示意图；图3为本发明的浮体横向导轨和传感器支座装配图；图4为本发明的设备总体示意图；图5为本发明的数据链路示意图； 图6为本发明的实施流程图。
具体实施例方式下面结合附图及具体实施例对本发明进行详细说明。本发明浅水植物区流速测量方法包括以下步骤(1)划定测量区域；具体而言，先规划被测区域的长度和宽度，其长度任意，宽度 不大于10m，当被测区域较大时可以将其划分为多个IOm宽的带状子区域进行测量。
(2)架设浮体横向导轨；所述的浮体横向导轨包括浮体、横向导轨和支架。横向导 轨长度为10m，利用支架架设在两浮体上。(3)架设传感器支座；具体而言就是将传感器支座卡在横向导轨的滑轮槽上。(4)设置无线局域网；在站台基地或船台基地上设置大功率无线局域网系统使测 量区域覆盖在局域网范围内。(5)布置测点进行测量；利用GPS布置计划线，移动浮体横向导轨到各计划线位置 开始测量并记录各测点GPS坐标。(6)利用Krigging方法进行流场插值计算。上述的方法通过浅水植物区流速测量设备实现，具体而言该设备包括测量传输 设备部分和辅助机械部分，所述的测量传输设备部分通过机械连接固定或装置在机械部分 上。测量传输设备包括流速传感器1、GPS 2、移动站总线设备3、基站总线设备4、基 站服务器5依次连接。辅助机械部分包括浮体横向导轨和传感器支座6依次连接。浮体横向导轨包括浮体7、浮体驱动器8、电源9、支架10、横向导轨11、电源电缆 12。传感器支座6包括垂直移动部分和水平移动部分；垂直移动部分包括垂直导轨 61和垂直驱动部分62，水平移动部分包括水平驱动部分63和水平驱动轮组64。为了解决上述技术问题，本发明提供的浅水植物区流速测量方法和设备，还包括 如下软件部分测量控制系统、数据存储模块、定位模块、流速计算模块。具体而言各软件硬件部分按如下步骤进行测量a.开始测量时，首先人工将浮体横向导轨移至与第一计划断面重合，测量人员向 基站服务器5发出测量指令；b.测量控制系统收到指令后，向传感器支座6发出移动指令，传感器支座6根据移 动指令移动至预设测点，并将流速传感器1下降至预设深度；c.测量控制系统向测量传感器发出测量请求，传感器1开始进行测量，同时测量 控制系统获取定位模块中记录的GPS 2位置，经过设定时间后，传感器1将测得数据传输给 测量控制系统，并整合GPS 2位置数据存入数据存储模块；d.流速计算模块调用数据存储模块中的数据进行流速计算，计算时使用 Krigging差值方法进行差值计算，计算后输出计算结果为数值文件；f.在进行计算的同时，测量控制系统向传感器支座6发出指令，传感器支座6移动 到下一个测量位置，重复上述过程。表1测得流速分布数据
权利要求
1.一种浅水植物区流速测量方法，其特征在于所述的方法包括以下步骤(1)划定测量区域；先规划被测区域的长度和宽度，其长度任意，宽度不大于10m，当被 测区域较大时可以将其划分为多个IOm宽的带状子区域进行测量；(2)架设浅水植物区流速测量设备中的浮体横向导轨；所述的浮体横向导轨包括浮 体、横向导轨和支架，横向导轨长度为10m，利用支架架设在两浮体上；(3)架设浅水植物区流速测量设备中的传感器支座；将传感器支座卡在横向导轨的滑 轮槽上；(4)设置无线局域网；在站台基地或船台基地上设置大功率无线局域网系统使测量区 域覆盖在局域网范围内；(5)布置测点进行测量；利用GPS布置计划线，移动浮体横向导轨到各计划线位置开始 测量并记录各测点GPS坐标；(6)计算；优选利用Krigging方法进行流场插值计算。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤(2)、(3)中的测量设备包括中 央控制单元、数据采集单元、数据传输单元和机械支撑单元。
3.根据权利要求2所述的设备其特征在于所述的数据采集单元通过机械连接固定或 装置在机械支撑单元上，所述的中央控制单元利用基站服务器实现，所述的数据传输单元 利用大功率无线局域网实现。
4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于所述的中央控制单元包括基站服务器；所述的数据采集单元包括流速传感器、GPS ；所述的数据传输单元包括移动站总线设备、基站总线设备和基站服务器，通过大功率 无线局域网连接；所述的机械支撑单元包括浮体横向导轨和传感器支座依次连接，移动站总线设备和 数据采集单元装置在机械支撑单元上。
5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于所述的浮体横向导轨包括浮体、浮体驱动 器、电源、支架、横向导轨、电源电缆；所述的传感器支座包括垂直移动部分和水平移动部分；垂直移动部分包括垂直导轨 和垂直驱动电机，水平移动部分包括水平驱动电机和水平驱动轮组。
6.根据权利要求1所述的浅水植物区流速测量方法，还包括如下软件部分测量控制 系统、数据存储模块、定位模块、流速计算模块。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤(2)、(3)中的浅水植物区流速 测量设备按如下方式进行测量a.开始测量时，首先人工将浮体横向导轨移至与第一计划断面重合，测量人员向基站 服务器发出测量指令；b.测量控制系统收到指令后，向传感器支座发出移动指令，传感器支座根据移动指令 移动至预设测点，并将传感器下降至预设深度；c.测量控制系统向测量传感器发出测量请求，传感器开始进行测量，同时测量控制系 统获取定位模块中记录的GPS位置，经过设定时间后，传感器将测得数据传输给测量控制 系统，并整合GPS位置数据存入数据存储模块；d.流速计算模块调用数据存储模块中的数据进行流速计算，计算时使用Krigging差值方法进行差值计算，计算后输出计算结果为数值文件；f.在进行计算的同时，测量控制系统向传感器支座发出指令，传感器支座移动到下一 个测量位置，重复上述过程。
全文摘要
本发明涉及一种流速测量方法，尤其是浅水植物区流速测量方法和设备。属于水利工程测量领域。本发明包括浅水植物区流速测量方法的实施步骤，实施该方法的设备，以及进行测量的软件组成和软硬件交互步骤。本发明的有益效果在于提供了一种在浅水植物区流速测量方法和设备，实现了在浅水植物区测速的可能，提高了测量精度；同步了GPS位置和流速值，为进一步对流速进行空间分析提供了数据基础；本发明提供的无线方式避免了在浅水植物区测量时布线的困扰。
文档编号G01P3/64GK102004168SQ201010531548
公开日2011年4月6日 申请日期2010年11月4日 优先权日2010年11月4日
发明者韩涛 申请人:中国科学院南京地理与湖泊研究所