一种水工模型试验水面线自动测量装置及方法与流程

本发明涉及一种水工模型试验水面线自动测量装置及方法。

背景技术：

在水工建筑物的设计中，为检验所设计的建筑物参数能否满足设计过流要求，或者挡水墙等高度是否满足泄流要求，会采用以一定比例尺缩小的模型来进行水工模型试验，为设计提供参考和校验。在进行模型试验时，需要对不同泄流流量时的模型建筑物控制点的水面线高程进行测量。现在的方式采用往往采用水准仪进行测量，首先以模型已知的基准点为参照，选用测量尺测量并计算出水准仪中心线的高程，进而将测量尺末端放到与控制点垂直上方，水表面齐平并读数，通过与基准点的读数差来计算得到控制点的水面线高程。

这种由人为的去读数和判断测量尺末端与水面线齐平的测量方法，不仅测量误差大、费时长，而且需要在水工模型上架设交通行走的通行设施以便与测量。现有的测量方法精度差、耗时长、不方便的问题，因此需要一种精度高、快捷便利的测量水面线的设备。

技术实现要素：

本发明为了解决上述问题，提出了一种水工模型试验水面线自动测量装置及方法，本发明在输入需要测量控制点的坐标之后，装置可自动测量目标点的水面线高程，并存储相关数据。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种水工模型试验水面线自动测量装置，包括平行布置于所需测量水工模型左右岸两侧的固定导轨，所述固定导轨上设置有沿其活动可调的移动导轨，所述移动导轨的两端分别设置有一控制盒，所述移动导轨上活动设置有移动测量装置，所述控制盒控制移动导轨在两固定导轨上的同步运动，同时控制盒内设置有接收移动测量装置发射来的位移信号的信号接收器和单片机，单片机接收到运动信号，带动移动导轨运动；

所述移动测量装置包括水准仪和激光测距仪，通过观察水准仪气泡在圆圈中心来判别整个装置架设水平，激光测距仪测量距离基准点或控制点水面线的距离。

进一步的，所述固定导轨底部两端设置有调平脚螺丝，用来调节整个装置的高程和起水平支撑的作用；固定导轨两端设置有水准仪，通过观察水准仪气泡在圆圈中心来判别固定导轨架设水平。

所述固定导轨中心设置有凹槽，以确定移动导轨测量时的运动位移方向。

所述移动导轨首末两端各设置有滚轮且嵌套在固定导轨内部，控制移动导轨的运动；所述移动导轨首末两端各固定设置有控制盒。

所述移动导轨中心设置有凹槽，以确定移动测量装置测量时的运动位移方向。

所述控制盒内部设置有伺服电机，用来控制滚轮的运动,左右两侧滚轮为同步运动；所述控制盒内部还设置有信号接收器和单片机，信号接收器用来接收移动测量装置发射来的位移信号，传递给单片机，单片机接收到运动信号，控制伺服电机运转，带动滚轮进而带动移动导轨运动；所述控制盒内部还设置有电源，为伺服电机、信号接收器和单片机供电。

所述移动测量装置内部设置有伺服电机和单片机，伺服电机在单片机的信号输入下进行转动，为移动测量装置提供动力，所述距离激光测距仪，与单片机连接实现测量信号的输入和输出，所述移动装置内部还设置有信号发射器，在移动测量装置内部的单片机的信号输出下，通过向控制盒内部的信号接收器发送运动的信号信息，进而控制移动导轨的运动；所述移动测量装置内部还设置有电源，为伺服电机、信号发射器、单片机、激光测距仪供电。

所述移动测量装置上表面还设置有显示屏和键盘区，通过键盘区的按键操作，显示屏显示输入与输出的数据，键盘区实现测量装置的开启与测量。

进一步的，所述移动测量装置下表面设置有滚轮，滚轮嵌套在移动导轨的凹槽中，滚轮在伺服电机的驱动下运动，实现移动测量装置的运动，所述滚轮采用四驱驱动，通过齿轮的咬合转承到轴承上进行动力传输，实现四轮同步运转。

所述移动测量装置下表面还设置有激光测距仪的测头，该测头竖直向下，用来测量激光测距仪至基准点或控制点水面线的距离。

进一步的，所述移动测量装置侧表面设置有SSD卡槽，用来插入SSD卡，将测量的数据参数处理后存入SSD卡中。

基于上述装置的工作方法，将固定导轨平行布置于所需测量水工模型左右岸两侧，架设移动导轨，将移动测量装置放置在移动导轨上方，调节固定导轨，使整个装置架设水平，输入所需要测量的控制点、包括基准点O在模型中的水平面上的二维(x，y)坐标参数，将移动测量装置水平放置到基准点O上方，测量出激光测距仪至基准点O的垂直距离，得到激光测距仪的高程，结合之前输入的二维(x，y)参数，得到激光测距仪位于基准点时垂直上方的三维(x，y，z)参数，在水工模型内部通水之后，根据已有输入的水平面上的二维坐标点，依次实现其他所有控制点水面线的自动测量。

本发明的有益效果为：

1、本发明结构简单，操作方便，能够自动测量控制点水面线。

2、本发明测量精确、操作简便、花费时间短。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的控制盒内部单片机控制连接示意图；

图3为本发明的移动测量装置整体示意图；

图4为本发明的移动测量装置上表面示意图；

图5为本发明的移动测量装置下表面示意图；

图6为本发明的移动测量装置单片机控制连接示意图；

图7为本发明的移动测量装置滚轮四驱驱动结构示意图；

图8为本发明的模型控制点坐标示意图。

其中：1固定导轨，11水准仪，12调平脚螺丝；2移动导轨，21滚轮，22控制盒，23信号接收器，24单片机，25伺服电机，26电源；3移动测量装置，4水准仪，5显示屏；6按键区，61方向键，62开始/关闭键，63功能键，64确认键，65数字键区；7滚轮，8激光测距仪，9SSD卡槽，10单片机，13伺服电机，14信号发射器，15电源，16轴承；a、b、c、d、e、f齿轮；O基准点，A控制点。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种水工模型试验水面线自动测量装置包括：固定导轨1，移动导轨2，装22配盒，移动测量装置3。所述控制盒内设置有信号接收器、单片机、伺服电机、电源；所述移动测量装置内设置有激光测距仪、单片机、信号发射器、齿轮、电源，外部设置有显示屏、按键区、滚轮、SSD卡槽。

进一步的，所述固定导轨底部两端设置有调平脚螺丝，用来调节整个装置的高程和起水平支撑的作用；固定导轨两端设置有水准仪，通过观察水准仪气泡在圆圈中心来判别固定导轨架设水平；固定导轨中心设置有“凹”槽，以确定移动导轨测量时的运动位移方向。

进一步的，所述移动导轨首末两端各设置有滚轮且嵌套在固定导轨内部，控制移动导轨的运动；所述移动导轨首末两端各固定设置有控制盒；所述移动导轨中心设置有“凹”槽，以确定移动测量装置测量时的运动位移方向。

进一步的，所述控制盒内部设置有伺服电机，用来控制滚轮的运动,左右两侧滚轮为同步运动；所述控制盒内部还设置有信号接收器和单片机，信号接收器用来接收移动测量装置发射来的位移信号，传递给单片机，单片机接收到运动信号，控制伺服电机运转，带动滚轮进而带动移动导轨运动；所述控制盒内部还设置有电源，为伺服电机、信号接收器和单片机供电。

进一步的，所述移动测量装置内部设置有伺服电机和单片机，伺服电机在单片机的信号输入下进行转动，为移动测量装置提供动力；所述移动装置内还设置有激光测距仪，与单片机连接实现测量信号的输入和输出，用来测量激光测距仪至基准点或控制点水面线的距离；所述移动装置内部还设置有信号发射器，在移动测量装置内部的单片机的信号输出下，通过向控制盒内部的信号接收器发送运动的信号信息，进而控制移动导轨的运动；所述移动测量装置内部还设置有电源，为伺服电机、信号发射器、单片机、激光测距仪供电。

进一步的，所述移动测量装置上表面设置有水准仪，通过观察水准仪气泡在圆圈中心来判别整个装置架设水平；所述移动测量装置上表面还设置有显示屏和键盘区，通过键盘区的按键操作，显示屏显示输入与输出的数据；同时，键盘区还实现测量装置的开启与测量。

进一步的，所述移动测量装置下表面设置有滚轮，滚轮嵌套在移动导轨的“凹”槽中，滚轮在伺服电机的驱动下运动，实现移动测量装置的运动；所述滚轮的运动采用四驱驱动，通过齿轮的咬合转承到轴承上进行动力传输，实现四轮同步运转。

所述移动测量装置下表面还设置有激光测距仪的测头，该测头竖直向下，用来测量激光测距仪至基准点或控制点水面线的距离。

进一步的，所述移动测量装置侧表面设置有SSD卡槽，用来插入SSD卡，单片机将测量的数据参数处理后存入SSD卡中。

进一步的，在移动导轨、移动测量装置的配合运动作用下，移动测量装置可以移动到任意的控制点垂直线上方。

在测量开始前，将固定导轨1平行布置于所需测量水工模型左右岸两侧，接着将移动导轨2架设在固定导轨1上方，且滚轮21位于固定导轨1“凹”槽内，然后将移动测量装置3放置在移动导轨2上方，调节调平脚螺丝12，使得水准仪11、水准仪4圆气泡都在中间，表明整个装置架设水平。

在水工模型内部还没有通水时，先通过开始/关闭键62打开移动测量装置3。利用数字键区65、方向键61、确认键64、功能键63联合作用，输入所需要测量的控制点、包括基准点O在模型中水平面上的二维(x，y)坐标参数，然后将移动测量装置3水平放置到基准点O上方，通过功能键63、确认键64测量出激光测距仪8至基准点O的垂直距离。由于基准点高程已知，加上测量激光测距仪至基准点的距离，即可得到激光测距仪8的高程H，单片机通过处理，结合之前输入的水平面上的二维(x，y)参数，得到激光测距仪8位于基准点时垂直上方的三维(x，y，z)参数。

在水工模型内部通水之后，根据已有的水平面上的二维坐标点与基准点之间的坐标差值距离，在单片机10的处理和控制在对应方向上运动距离的作用之下，依次实现其他所有控制点水面线的自动测量。在移动导轨2、移动测量装置3的配合运动作用下，移动测量装3可以移动到任意的控制点(x，y)垂直线上方。其中，x方向上的移动依靠移动测量装3左右移动实现，y方向上的移动依靠移动导轨2前后移动来实现。

自动测量控制点水面线的过程如下：模型内部开始通水之后，在功能键63及确认键64配合下，在显示屏5的显示中找到自动测量选项，点击确认键64。点击确认64后，移动测量装置3默认开始依次对控制点的水面线高程进行测量。

首先，单片机10在接收到确认测量的信号后，从基准点O的垂直上方点出发，根据之间输入的控制点A(a，b)参数的二维坐标，一方面向伺服电机13传输信号，伺服电机13带动滚轮21运动，控制移动测量装3向x轴方向坐标为a点的方向行进，到达后就停止在该方向的运动；另一方面，单片机10通过信号发射器14向控制盒22内部的信号接收器23发射移动信号，信号接收器23接收到信号后，传输给控制盒22内部的单片机24，单片机24接收到移动信号后，控制伺服电机25运转，带动滚轮21运动，控制移动导轨2向y轴方向坐标为b点的方向行进，到达后就停止在该方向的运动。这样，在A(a,b)坐标的交汇下，移动测量装置3到达控制点A(a,b)垂直上方点。

然后，激光测距仪8开始测量该点的水面线与激光测距仪的距离L，将测量信号输入给单片机10，单片机10接收到控制点A(a，b)测量的该点的水面线与激光测距仪的距离L后，通过计算(H-L)即为控制点A(a，b)的水面线高程。那么，控制点A(a，b，H-L)的高程得以测量。由于所需测量的控制点的坐标均已以输入到移动测量装置3中，移动测量装置3按照单片机10的信号控制之下，依次测量其他输入坐标点的水面线。并将测量后的所有数据存储在SSD卡中，测量完毕后，通过相关的程序控制，装置自动运动返回到到基准点上方，并停止运动。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。