本实用新型涉及水文监测领域，尤其涉及一种自动化水文缆道监测系统。
背景技术：
现阶段水文缆道在实际的工程应用中存在一定问题，多采用人工控制铅鱼的停顿起降位置，通过手工采集数据并对数据进行计算，工作劳动强度高，数据采集和计算误差大。新型水文测量仪ADCP系统要求测量仪沿水面平行移动，而现阶段的水文缆道系统多应用卧式水文绞车，卧式水文绞车包含卷扬系统和循环系统，卷扬系统用于提升和控制铅鱼高度，循环系统用于铅鱼沿缆道直线运行，卷扬系统和循环系统在动力选择上多是三相或单相普通电机，定速或通过变频器调速来满足水文测量的要求。但是现在在测量采集数据过程中，多通过人工手动控制绞车设备的运行或停止从而使铅鱼行驶或停顿，操作极为繁琐，增加工作量，增加成本。现阶段的水文监测用铅鱼的铅金属外露于铅鱼表面，由于铅是重金属，易对操作人员和水体环境造成危害和污染，而且铅金属硬度值低，使用中不可避免的磕碰，易使铅鱼表面出现凸凹缺陷，使水体流线附面层分离，铅鱼在水底使的平稳性降低，因为会对信号器的稳定性能造成影响。
技术实现要素：
本实用新型的目的是提供一种自动化水文缆道监测系统，解决上述背景技术中所提到的技术问题。
为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：
本实用新型一种自动化水文缆道监测系统，包括数字化绞车、浮球信号发射装置、铅鱼装置、缆道系统和控制系统。所述控制系统与所述数字化绞车、浮球信号发射装置、铅球装置均电性连接；所述铅鱼装置设置于河面以下，用于对水文信息进行监测；所述浮球信号发射装置设置在河面上，用于对河面水文信息进行监测并将所述铅鱼装置监测到的信号中转传输至所述控制系统；所述数字化绞车内部设置有用于控制所述铅鱼装置竖直方向位移的卷扬装置和用于控制所述铅鱼装置水平方向位移的循环装置；所述缆道系统包括固定架、主索、循环索、卷扬索、缆车和多个滑轮组；所述固定架为两个且相对设置于河道的两侧；所述主索设置于两个所述固定架之间；所述缆车的上方设置有两个与所述主索相适配的循环轮，所述缆车的下方的一端设置有一个与所述卷扬索相适配的卷扬轮；所述循环索的一端与所述绞车固定连接，另一端与所述循环装置连接；所述卷扬索的一端与所述卷扬装置连接，另一端经过所述卷扬轮并穿过所述浮球信号发射装置与铅鱼装置连接；多个所述滑轮组包括安装在所述固定架的滑轮组和安装在地面上的滑轮组，用于对所述循环索和卷扬索起到导向和支撑作用。
进一步的，所述数字化绞车包括基座、卷扬装置和循环装置，所述基座上方设有外壳；所述卷扬装置和所述循环装置并排安装在所述基座上，所述卷扬装置包括第一安装座、第一卷筒、第一减速机、第一伺服马达和排绳器，所述第一卷筒安装在所述第一安装座内；所述第一伺服马达连接在所述第一减速机上，且所述第一伺服马达和所述第一减速机均安装在所述第一安装座的一侧壁上，所述第一伺服马达经所述第一减速机驱动所述第一卷筒转动；所述排绳器通过固定件安装在所述第一安装座上，且所述排绳器位于所述第一卷筒的斜上方，所述排绳器的一端连接在所述固定件上，所述排绳器的另一端穿过所述第一安装座的侧壁后安装有齿轮，且所述齿轮通过所述第一减速机驱动；所述固定件的上方安装有编码器，所述编码器用于记录卷扬钢丝绳的行走距离；所述循环装置包括第二安装座、第二卷筒、第二减速机和第二伺服马达，所述第二卷筒安装在所述第二安装座内，所述第二减速机和第二伺服马达安装在所述第二安装座远离所述卷扬装置的侧壁上，且所述第二伺服马达连接在所述第二减速机上，所述第二伺服马达经所述第二减速机驱动所述第二卷筒；所述循环索的另一端与所述第二卷筒连接，所述卷扬索的一端与所述第一卷筒连接。
再进一步的，所述浮球信号发射装置包括支架、槽轮机构和仪器仓盒，所述槽轮机构设有两个，所述槽轮机构包括固定轮、压紧轮和护套，所述护套上开设有两个位置相对的顶孔，所述固定轮和压紧轮均连接在所述护套上，且所述压紧轮位于所述固定轮的下前方，所述护套上安装有压紧螺丝，两个所述槽轮机构分别安装在所述支架的上下两端，所述支架的上端两侧分别安装有太阳能电池板；所述支架贯穿所述仪器仓盒，并将所述仪器仓盒固定在所述支架上，所述仪器仓盒的上设有天线安装位和雷达测流仪安装架，所述仪器仓盒的上还安装有至少一个爆闪灯；所述仪器仓盒下方设有浮球，所述浮球固定于所述支架上；所述卷扬索的另一端经过所述卷扬轮并穿过两个所述槽轮机构与所述铅鱼装置连接。
再进一步的，所述铅鱼装置包括材质为不锈钢的铅鱼壳体，所述铅鱼壳体内的一端固定设置有用于安装蓄电池的第一密封舱，所述铅鱼壳体的内侧壁与所述第一密封舱的外侧壁之间的空腔内填充有金属铅芯，所述铅鱼壳体的中部安装有ADCP检测仪，所述铅鱼壳体的周壁上安装有用于安放信号器的ADCP舱盒，所述铅鱼壳体的另一端的外壁上安装有流速仪安装杆，所述铅鱼壳体设置有第一密封舱的一端的外壁上均匀设置有多个尾翼；所述第一密封舱位于所述铅鱼壳体外部的一端设置有第二密封舱，所述第二密封舱内设置有接近开关和浮球开关，所述第二密封舱远离所述第一密封舱的一端沿竖直方向对称设置有两个保护板，两个所述保护板之间设置有触底翻转杆，所述触底翻转杆斜向下设置且与两个所述保护板铰接连接，所述触底翻转杆用于当其与河底接触发生翻转时其一端接近所述接近开关触发接近开关的感应信号。
再进一步的，本实用新型还包括用于对所监测河道的水面状况进行监视的河道视频监控系统，所述河道视频监控系统与所述控制系统电性连接。
再进一步的，所述外壳上设有两个手摇柄，两个所述手摇柄分别穿过所述外壳连接在所述第一减速机和第二减速机的主动轴上。
再进一步的，所述尾翼包括两个沿水平方向对称设置的横尾和两个沿竖直方向对称设置的纵尾。
再进一步的，所述纵尾上设置有第一吊挂点，所述铅鱼壳体的另一端设置有第二吊挂点。
再进一步的，所述卷扬索的另一端绑结在所述第一吊挂点和第二吊挂点上，实现所述卷扬索与所述铅鱼装置的连接。
与现有技术相比，本实用新型的有益技术效果：
本实用新型能够高效地完成对河道水文信息监测工作，并且自动完成监测信息的采集、传输及计算分析，提高了水文监测的工作效率和可靠性。
通过模块数字化控制伺服电机的运行，精确化控制转速和转数，并通过程序控制，使绞车中的卷扬装置和循环装置精确运行，从而使钢丝绳悬吊的铅鱼准确的平稳运行和停顿，无需操作人员手动控制，实现了自动化的运行；并且卷扬装置中的排绳器使钢丝绳在第一卷筒中顺序缠绕，提高了钢丝绳使用寿命、减少设备故障；还将编码器与数字化绞车集成在一起，简化了编码器的安装，改善了编码器的工作环境。
本实用新型只需将流速仪等测量仪器安装在铅鱼上，将电池、太阳能电池板、信号发射模块、天线等装置安装在浮球信号发射装置上，使仓盒和天线总能够在水面以上，保持电器元件的干燥环境，使整个系统供电和信号发射稳定可靠；而且在仓盒顶面预留雷达测流仪安装位置，使水文测量和数据传输工作更加便利。
铅鱼装置外表面采用不锈钢材质的铅鱼壳体避免了金属铅外露，避免铅鱼对人体和水质造成危害和污染，使铅鱼表面光滑坚硬，并具有较强的抗腐蚀抗磕碰能力，保证了铅鱼监测性能的稳定性；铅鱼内部主体灌注金属铅，保证铅鱼的重量使铅鱼在水中面对水流冲击具有一定的稳定性。
附图说明
下面结合附图说明对本实用新型作进一步说明。
图1为本实用新型结构示意图；
图2为本实用新型数字化绞车内部结构示意图；
图3为本实用新型数字化绞车外部结构示意图；
图4为本实用新型浮球信号发射装置结构示意图；
图5为本实用新型浮球信号发射装置的槽轮机构结构示意图；
图6为本实用新型铅鱼装置内部结构示意图；
图7为本实用新型铅鱼装置立体结构示意图；
附图标记说明：1、数字化绞车；1-1、基座；1-2、第一安装座；1-3、第一卷筒；1-4、第一减速机；1-5、第一伺服马达；1-6、排绳器；1-7、固定件；1-8、齿轮；1-9、编码器；1-10、第二安装座；1-11、第二卷筒；1-12、第二减速机；1-13、第二伺服马达；1-14、外壳；1-15、数字显示屏；1-16、转轴；1-18、固定轴；1-19、手摇柄；2、浮球信号发射装置；2-1、支架；2-2、槽轮机构；2-2-1、固定轮；2-2-2、护套；2-2-3、压紧轮；2-2-4、顶孔；2-2-5、压紧螺丝；2-3、仪器仓盒；2-4、太阳能电池板；2-5、天线安装位；2-6、雷达测流仪安装架；2-7、爆闪灯；2-8、浮球；2-9、固定板；2-10、托架；3、铅鱼装置；3-1、铅鱼壳体；3-1-1、第二吊挂点；3-2、第一密封舱；3-3、金属铅芯；3-4、ADCP监测仪；3-5、ADCP舱盒；3-5-1、安装连杆；3-5-2、盒体；3-6、流速仪安装杆；3-6-1、连接段；3-6-2、安装段；3-7、第二密封舱；3-8、接近开关；3-9、浮球开关；3-10、保护板；3-11、触底翻转杆；3-12、横尾；3-13、纵尾；3-13-1、第一吊挂点。4、固定架；5、主索；6、循环索；7、卷扬索；8、缆车；8-1、循环轮；8-2、卷扬轮；9、滑轮组；10、固定桩；11、控制柜；12、人机交互工作台；13、河道视频监控系统。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型一种自动化水文缆道监测系统，包括数字化绞车1、浮球信号发射装置2、铅鱼装置3、缆道系统和控制系统。所述控制系统与所述数字化绞车1、浮球信号发射装置2、铅球装置3均电性连接；所述铅鱼装置3设置于河面以下，用于对水文信息进行监测；所述浮球信号发射装置2安装在河面上，用于对河面水文信息进行监测并将所述铅鱼装置3监测到的信号中转传输至所述控制系统；所述数字化绞车1内部设置有用于控制所述铅鱼装置3竖直方向位移的卷扬装置和用于控制所述铅鱼装置3水平方向位移的循环装置。
如图2和图3所示，所述数字化绞车1包括基座1-1、卷扬装置和循环装置，所述卷扬装置安装在所述基座1-1上，所述卷扬装置包括第一安装座1-2、第一卷筒1-3、第一减速机1-4、第一伺服马达1-5和排绳器1-6，所述第一卷筒1-3安装在所述第一安装座1-2内；所述第一伺服马达1-5连接在所述第一减速机1-4上，且所述第一伺服马达1-5和所述第一减速机1-4均安装在所述第一安装座1-2的一侧壁上，所述第一卷筒1-3通过转轴1-16安装在所述第一安装座1-2内，且所述转轴1-16的一端连接在所述第一减速机1-4上，另一端穿过所述第一安装座1-2后连接有传动齿轮，通过所述第一伺服马达1-5转动，然后经过所述第一减速机1-4的减速，使所述第一卷筒1-3和所述转动齿轮同步转动。所述排绳器1-6通过固定件1-7安装在所述第一安装座1-2上，且所述排绳器1-6位于所述第一卷筒1-3的斜上方，所述排绳器1-6的一端连接在所述固定件1-7上，所述固定件1-7通过固定轴1-18安装在所述第一安装座1-2上，且所述固定轴1-18的两端分别固定连接在所述第一安装座1-2的两侧壁上。所述排绳器1-6的另一端穿过所述第一安装座1-2的侧壁后安装有齿轮1-8，所述齿轮1-8通过链条和所述传动齿轮连接，所述传动齿轮转动的同时，使所述齿轮1-8带动所述排绳器1-6一起转动，使所述排绳器1-6将卷扬装置的钢丝绳整齐排放在卷扬装置的所述第一卷筒1-3上；所述固定件1-7的上方安装有编码器1-9，用来记录卷扬钢丝绳的行走距离，并且将所述编码器1-9与数字绞车集成在一起，简化了编码器的安装，改善了编码器的工作环境。
所述循环装置包括第二安装座1-10、第二卷筒1-11、第二减速机1-12和第二伺服马达1-13，所述第二卷筒1-11安装在所述第二安装座1-10内，所述第二减速机1-12和第二伺服马达1-13安装在所述第二安装座1-10远离所述卷扬装置的侧壁上，且所述第二伺服马达1-13连接在所述第二减速机1-12上，所述第二伺服马达1-13经所述第二减速机1-12驱动所述第二卷筒1-11。
所述基座1-1上方设有外壳1-14，所述外壳1-14上设有数字显示屏1-15。所述第一减速机1-4和所述第二减速机1-12均为涡轮蜗杆减速机，所述外壳1-14上设有两个手摇柄1-19，两个所述手摇柄1-19分别穿过所述外壳1-14连接在所述第一减速机1-4和第二减速机1-12的主动轴上，可以通过摇动手摇柄1-19旋转减速机主动轴，实现手动控制卷扬和循环装置。
如图4和图5所示，所述浮球信号发射装置2包括包括支架2-1、槽轮机构2-2和仪器仓盒2-3。
所述槽轮机构2-2设有两个，两个所述槽轮机构2-2分别安装在所述支架2-1的上下两端上，所述槽轮机构包括固定轮2-2-1、压紧轮2-2-3和护套2-2-2，所述护套2-2-2上开设有两个位置相对的顶孔2-2-4，所述固定轮2-2-1和所述压紧轮2-2-3均连接在所述护套2-2-2上，且所述压紧轮2-2-3位于所述固定轮2-2-1的下前方，所述护套2-2-2上安装有压紧螺丝2-2-5，通过拧紧所述压紧螺丝2-2-5，使其顶着所述压紧轮2-2-3上的螺栓移动，并带动所述压紧轮2-2-3向着所述固定轮2-2-1移动，使所述压紧轮2-2-3和所述固定轮2-2-1能够包覆钢丝绳，所述固定轮2-2-1通过螺栓固定连接在所述护套2-2-2上。
所述支架2-1贯穿所述仪器仓盒2-3，并将所述仪器仓盒2-3固定在所述支架2-1上，所述仪器仓盒2-3的上方设有天线安装位2-5和雷达测流仪安装架2-6，可以在所述仪器仓盒2-3的顶部固定上天线，在迎向上游方向的所述仪器仓盒2-3顶盖上安装雷达测流仪。所述仪器仓盒2-3设计有六个立面，且每个立面上均设有一个爆闪灯2-7在夜晚和光线不明条件下测量工作时，能够对周围人员起到警示作用。所述仪器仓盒2-3内部安装有胶体电池信号模块，用于储存电能和传送信号。
所述仪器仓盒2-3下方设有浮球2-8，所述浮球2-8通过固定板2-9连接在所述支架2-1上，使所述仪器仓盒2-3和天线总能够漂浮在水面以上，保持电器元件的干燥环境，使整个系统供电和信号发射稳定可靠。
所述支架2-1的上端两侧分别通过托架2-10安装有太阳能电池板2-4，且所述太阳能电池板2-4均位于所述支架2-1上端的所述槽轮机构2-2的下方，所述太阳能电池板2-4给系统补充电能，并通过所述仪器仓盒2-3内部的胶体电池存储电能，为系统持续供电。
如图6-图7所示，所述铅鱼装置3包括材质为不锈钢的铅鱼壳体3-1，所述铅鱼壳体3-1内的一端固定安装有用于放置蓄电池的第一密封舱3-2，所述第一密封舱3-2的一端插入所述铅鱼壳体3-1内部。所述铅鱼壳体3-1的内侧壁与所述第一密封舱3-2的外侧壁之间形成铅鱼内腔，所述铅鱼内腔内填充有金属铅芯3-3，具体的，第一密封腔3-2与铅鱼壳体3-1固结牢固后，将熔化的铅金属灌注至所述铅鱼壳体3-1的内侧壁与所述第一密封舱3-2的外侧壁之间的空腔内，铅金属冷却后形成金属铅芯3-3。
所述铅鱼壳体3-1的中部安装有ADCP监测仪3-4，所述铅鱼壳体3-1的周壁上并且在所述ADCP监测仪3-4的上方安装有ADCP舱盒3-5，所述ADCP舱盒3-5包括安装连杆3-5-1和盒体3-5-2，所述安装连杆3-5-1沿竖直方向设置且一端与所述ADCP监测仪3-4连接并固定安装于所述铅鱼壳体3-1的周壁上，所述盒体3-5-2固定焊接于所述安装连杆3-5-1的另一端，且所述盒体3-5-2内放置有信号器，所述信号器与所述ADCP监测仪3-4电性连接。
所述铅鱼壳体3-1的另一端的外壁上安装有流速仪安装杆3-6，所述流速仪安装杆3-6为L形，包括水平方向的连接段3-6-1和竖直方向的安装段3-6-2，所述连接段6-1的一端固定插装于所述铅鱼壳体1的另一端外壁上的中心位置处，所述安装段3-6-2的一端与所述连接段3-6-1的另一端固定连接，所述安装段3-6-2为内部空心结构且开设有用于安装流速仪的安装孔。
所述铅鱼壳体3-1上均匀设置有多个尾翼，具体的所述尾翼安装于所述铅鱼壳体3-1安装有第一密封舱3-2的一端的外壁上。所述尾翼包括两个沿水平方向对称安装的横尾3-12和两个沿竖直方向对称安装的纵尾3-13。所述纵尾上设置有第一吊挂点3-13-1，所述铅鱼壳体3-1的另一端设置有第二吊挂点3-1-1。
所述第一密封舱3-2位于所述铅鱼壳体3-1外部的一端安装有第二密封舱3-7，所述第二密封舱3-7内安装有浮球开关3-9和接近开关3-8，所述浮球开关3-9的作用是当铅鱼入水时，开关闭合，信号反馈给控制系统，控制系统发生相关指令到相应的元器件开始工作。所述第二密封舱3-7远离所述第一密封舱3-2的一端沿竖直方向对称设置有两个保护板3-10，两个所述保护板3-10将接近开关3-8和浮球开关3-9保护在相对封闭的空间内，放置接近开关3-8和浮球开关3-9受到水流冲击而损坏，影响工作性能。两个所述保护板3-10之间设置有圆柱形的触底翻转杆3-11，所述触底翻转杆3-11斜向下设置且通过轴销与两个所述保护板3-10铰接连接，所述触点翻转杆3-11与所述保护板3-10为摩擦铰接，在正常的水流冲击及浮力作用下，其状态不会发生改变，当其与河底接触时发生翻转，一端接近所述接近开关3-8触发接近开关的感应信号，接近开关3-8的感应信号传输至控制系统，控制系统确定铅鱼已运行至河底的位置信息。
本实施例中所述铅鱼壳体3-1具体设置为外径由一端至另一端外径逐渐增大的流线型结构，所述第一密封舱3-2及所述尾翼安装于所述铅鱼壳体3-1外径较大的一端，所述流速仪安装杆3-6安装于所述铅鱼壳体3-1外径较小的一端。
本实施例中的第一密封舱3-2、第二密封舱3-7、保护板3-10、触底翻转杆3-11及尾翼均为不锈钢材质。安装于所述第一密封舱3-2内的蓄电池通过导线可向流速仪、ADCP监测仪、接近开关、浮球开关供电，电量供应持续可靠使上述监测仪器和元器件可在水下正常工作。
所述缆道系统包括固定架4、主索5、循环索6、卷扬索7、缆车8和多个滑轮组9；所述固定架4为两个且相对设置于河道的两侧；所述主索5架设于两个所述固定架4之间，并且两端分别固定于安装在河道两侧的两个固定桩10上；所述缆车8的上方安装有两个与所述主索5相适配的循环轮8-1，所述循环轮8-1可沿所述主索5往、复滑动，所述缆车8的下方的一端设置有一个与所述卷扬索7相适配的卷扬轮8-2。
所述循环索6的一端与所述绞车8固定连接，另一端与所述第二卷筒1-12连接；具体的，所述循环索6的另一端通过安装于左侧固定架4和地面上的多个滑轮组9的支撑和导向作用，多余的绳索缠绕在所述第二卷筒1-12上，当所述第二伺服马达1-13转动或手动摇动与所述第二卷筒1-12连接的手摇柄1-19时，第二卷筒1-12转动，可使所述循环索带动所述绞车8沿水平方向运动。
所述卷扬索7的一端与所述第一卷筒1-3连接，另一端经过安装在右侧固定架4上的多个滑轮组9和所述卷扬轮8-2使其延伸方向竖直向下，并穿过所述浮球信号发射装置2的两个槽轮机构2-2与所述铅鱼装置3连接。具体的所述卷扬索1-3的另一端绑结所述第一吊挂点3-1-1和第二吊挂点3-13-1上，实现所述卷扬索7与所述铅鱼装置3的连接。当所述第一伺服马达1-5转动或手动摇动与所述第一卷筒1-3连接的手摇柄1-19时，第一卷筒1-5转动，可使所述圈扬索带动所述铅鱼装置3沿竖直方向运动。
所述控制系统包括安装在地面上的控制器11和人机交互平台12，所述控制器11与第一伺服马达、第二伺服马达、雷达测流仪、ADCP监测仪、流速仪、接近开关、浮球开关等电器元件均电性连接，所述人机交互平台12用于对控制器控制程序的编辑和录入，监测数据的采集、计算和输出均可在此工作台完成。控制器通过控制程序控制相关元器件的工作状态均为本领域成熟常规的技术手段，本说明书不再进行赘述。
本实用新型还包括安装在河道两侧的河道监测系统13，所述河道监测系统安装有用于对所监测河道的水面状况进行监视的摄像头，所述摄像头与安装在所述人机交互平台12上的显示器电性连接，将所述监视到的河道水面状况实时传递至显示器。
以上所述的实施例仅是对本实用新型的优选方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。