一种用于峡谷水道水位测量装置和方法与流程

本发明涉及一种用于峡谷水道水位测量装置和方法，特别涉及无法设置人工测量平台的高山峡谷地区。

技术背景

水位控制测量作为河道观测的一个重要环节，直接关系到水下地形测量的精度和质量。多年来，传统的水位观测方法具有较好的可靠性得到广泛应用，但存在一定的局限性。近年来，众多新设备、新方法在水道地形观测中大量应用，但是能否应用于精度要求更高的水位控制，仍需进行比测和试验。[a1]特别是对于高山峡谷地区，测量人员无法经常去测量，造成类似地区的水位，只能通过下流的数距进行反推，其精度大受影响。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供用于峡谷水道水位测量装置和方法，可以提高峡谷地区水位测量精度，还可以加快测量的速度。

本发明的目的是这样实现的：一种用于峡谷水道水位测量装置包括设在岸边的固定测量平台、及由无人机携带的移动测量平台；

所述的固定测量平台包括静态北斗/gps定位设备、静态数据储中心、静态控制中心、静态无线数据接收和发射模块，静态北斗/gps定位设备、静态数据储中心、静态无线数据接收和发射模块分别与静态控制中心连接；

所述移动测量平台包括动态北斗/gps定位装置、超声波测量装置、动态无线数据接收和发射模块、动态控制中心，动态北斗/gps定位装置、超声波测量装置、动态无线数据接收和发射模块分别与动态控制中心连接；

所述静态无线数据接收和发射模块与动态无线数据接收和发射模块无线连接组成无线数据交换网络，动态控制中心与静态控制中心通过无线数据交换网络进行数据传输；

所述超声测量装置通过向水平发射超声波、并接收反射回来的超声波以测量移动测量平台与水面的距离。

进一步讲，一种用于峡谷水道水位测量装置还包括设在岸边的太阳能发电装置，太阳能发电装置与固定测量平台的电源连接。

进一步讲，一种用于峡谷水道水位测量装置还包括设在固定测量平台上的增强无线电信接收、发射器，增强无线电信接收、发射器与静态控制中心连接。

进一步讲，所述固定测量平台上还设有图像采集装置，图像采集装置与静态控制中心连接。

一种用于峡谷水道水位测量方法包括基点数据测量、移动点空间定位、移动点垂直下方水面数据采集；

所述基点数据测量，在峡谷岸边设置固定点为基点，预先将固定点位置信息、及对应的河底位置信息进行采集，并将固定点位置信息与对应的河底位置信息与固定点位置信息进行关联；

所述移动点空间定位，用无人机携带移动测量平台称为移动点，动态控制中心利用静态北斗/gps定位设备位置信息与动态北斗/gps定位装置实测信息对无人机的位置进行精确定位，即通过固定点位置信息计算出移动点空间位置；

所述移动点垂直下方水面数据采集，利用无人机携带移动测量平台上的超声波测量装置测量移动点与水面的垂直距离；

计算移动点空间位置绝对标高减去移动点与水面的垂直距离得到水位绝对标高。

进一步讲，基点选在河底相对平坦的河段，以基点为中点上五米与下五米，总计十米的河底高度不差过1米。

本发明的优点在于，预先对固定测量平台位置及对应河底的信息进行采集，并将其与固定测量平台进行关联，无人机携带移动测量平台经过固定测量平台时，通过静态北斗/gps定位设备位置信息与动态北斗/gps定位装置实测信息测量移动测量平台与固定测量平台距离并推算出移动测量平台绝对标高，利用超声波测量装置测移动测量平台与水面的距离，结合移动测量平台绝标高及移动测平台与水面的距离，移动测量平台下方水面的绝对标高。利用无人机对峡谷进行测量时可以加快测量速度，以三峡为例，测量一次全程也仅需要四个多小时，其测量精度也大幅度提高。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明优选结构示意图。

图3为用于峡谷水道水位测量方法工作原理图。

如图，固定测量平台1、移动测量平台2、增强无线电信接收、发射器3、静态北斗/gps定位设备11、静态数据储中心12、静态无线数据接收和发射模块13、静态控制中心14、测距装置15、动态北斗/gps定位装置21、超声波测量装置22、动态无线数据接收和发射模块23、反射装置24、动态控制中心25。

具体实施方式

参见图1，一种用于峡谷水道水位测量装置包括设在岸边的固定测量平台1、及由无人机携带的移动测量平台2；

所述的固定测量平台1包括静态北斗/gps定位设备11、静态数据储中心12、静态控制中心14、静态无线数据接收和发射模块13，静态北斗/gps定位设备11、静态数据储中心12、静态无线数据接收和发射模块13分别与静态控制中心14连接，优选的，一种用于峡谷水道水位测量装置还包括设在岸边的太阳能发电装置，太阳能发电装置与固定测量平台1的电源连接，工作时，因为固定测量平台1设在峡谷岸边，人员上去一次极为麻烦，如果采用人工更换电瓶的方式，会增加维护成本，通过设置太阳能发电装置可以利用太阳能对因定测量平台进行补电，从而增加了固定测量平台1使用时间，减少了维护成本，工作时，静态无线数据接收和发射模块13接收、或发射数据，数据存储中点12用于存储固定测量平台1位置信息（包括标高、经度、纬度及地理位置等）、及对应河段河底的位置信息（包括河段的起止标高、经度、纬度及地理位置等）；

所述移动测量平台2包括动态北斗/gps定位装置21（优选的，动态北斗/gps定位装置21可以利用无人机上的定位系统，因为在空中受风或自然条件的影响无人机偏离预设航线的可能性很大，具在定位时受技术条件的影响无法精确进行定位，本专利中，通过固定测量平台1上的静态北斗/gps定位设备11可以实测效正无人机的位置，使其精确定位，同时也便于精确无人机位置信息采集）、超声波测量装置22、动态无线数据接收和发射模块23，动态北斗/gps定位装置21、超声波测量装置22、动态无线数据接收和发射模块23分别与动态控制中心25连接；

优选的，固定测量平台1上还设有测距装置，所述移动测量平台上设有反射装置；

测距装置15与反射装置24（可以在无人机外涂装上涂上增强反射村料）配合能测量出固定测量平台与移动测量平台之间的直线距离，测距装置15为微波测距装置，当测距装置15发出的微波被反射装置24反射后，测距装置15即可测出固定测量平台1与移动测量平台2之间的直线距离，静态控制中心14将直线距离通过静态无线数据接收和发射模块13与动态无线数据接收和发射模块23组成的无线数据网络输送给动态控制中心25。

工作时，静态无线数据接收和发射模块13与动态无线数据接收和发射模块23组成无线数据网络，静态北斗/gps定位设备11将固定测量平台1内的位置信息通过无线数据网络传输给动态控制中心25，动态北斗/gps定位装置21将实测的动态位置信息输入动态控制中心25，动态控制中心25根据二者的信息即可无人机即移动测量平台2的位置进行定位，生成无人机纬度、经度、高度三维信息，测距装置15实测的固定测量平台1与移动测量平台2之间的直线距离可以帮助态太控制中心25根据静态北斗/gps定位设备11数据进行无人机的位置进行进一步效正；

超声测量装22置通过向水平发射超声波、并接收反射回来的超声波以测量移动测量平台与水面的距离，工作时，超声波与水面相接触时的回波与水面以下的反射的回波波形不相同，进行可以测量出装置超声测量装置22的移动测量平台2与水平面的距离。

如图2中，优选的，一种用于峡谷水道水位测量装置还包括设在固定测量平台上的增强无线电信接收、发射器3，增强无线电信接收、发射器3与静态控制中心14连接，工作时，静态控制中心14接收动态控制中心25数据后，通过增强无线电信接收、发射器3将动态控制中心25的数据传输出总控中心，通过此设计可以有效减轻无人机携带重量，无人机仅需要携带重量较轻的信号发射器与固定测量平台建立无线数据交换网络即可，而无仅携带远距离数据传输设备。

如图3中，一种用于峡谷水道水位测量方法包括基点数据测量、移动点空间定位、移动点垂直下方水面数据采集；

基点数据测量，在峡谷岸边设置固定点为基点（可以采用固定测量平台1为基点，优选的，基点选在河底相对平坦的河段，以基点为中点上五米与下五米，总计十米的河底高度不差过1米），预先将固定点位置信息、及对应的河底位置信息进行采集，并将固定点位置信息与对应的河底位置信息与固定点位置信息进行关联，选译河底相对较平的区域设置基点，能减少水面浪花对测量数据的干扰；

移动点空间定位，用无人机携带移动测量平台称为移动点，态动控制中心利用静态北斗/gps定位设备位置信息与动态北斗/gps定位装置实测信息对无人机的位置进行精确定位，即通过固定点位置信息计算出移动点空间位置（x1、y1、h1），对上述方案的做如下说明，无人机与基点的距离是可以通过微波或是其它设备进行测量的，并可利用无人机与基点的距离通过计算对无人机进行位置的效正；

移动点垂直下方水面数据采集，利用无人机携带移动测量平台上的超声波测量装置测量移动点与水面的垂直距离，假设移动点与水面的垂直距离为h2；

计算移动点空间位置绝对标高（无人机的绝对标高h1）减去移动点与水面的垂直距离h2得到水位绝对标高h3,即生成无人机对应点的水面数据（x1、y1、h3）。

工作时，基点可以沿河岸二侧每隔一段距离进行布设多个，无人机携带移动测量平台移动时，不断的与基点进行数据连接，从而完成河面水位高度的测量。