一种高水条件下的水面流速检测系统及其检测方法与流程

技术特征：

1.一种高水条件下的水面流速检测系统，其特征在于：包含北斗高精度差分定位装置（1）、激光传感器（2）、伺服定位模块（3）、雷达流速仪（4）、数据采集模块（5）、无线数据传输模块（6）、上位计算机（7）；北斗高精度差分定位装置（1）输出端与数据采集模块（5）输入端相连；激光传感器（2）输出端与数据采集模块（5）输入端相连；数据采集模块（5）输出端与伺服定位模块（3）输入端相连；伺服定位模块（3）输出端与雷达流速仪（4）输入端相连；雷达流速仪（4）输出端与数据采集模块（5）输入端相连；数据采集模块（5）输出端与无线数据传输模块（6）输入端相连，无线数据传输模块（6）输出端与上位计算机（7）输入端相连，所述的北斗高精度差分定位装置（1）、雷达流速仪（4）、激光传感器（2）、伺服定位模块（3）安装在一起形成传感器装置。

2.根据权利要求1所述的一种高水条件下的水面流速检测系统，其特征在于：所述的数据采集模块（5）包括CPU、存储器；数据采集模块（5）用于将北斗高精度差分定位装置（1）、激光传感器（2）所获取的信号进行处理，然后发出控制信号给伺服定位模块（3）调节雷达流速仪（4）的倾角到指定角度，雷达流速仪（4）测得指定断面的水面流速数据，并将获取的信息发送给数据采集模块（5），数据采集模块（5）将接收的信息存储在内部的存储器中，并通过无线数据传输模块（6）将信号发送到上位计算机（7）。

3.根据权利要求1所述的一种高水条件下的水面流速检测系统，其特征在于：所述的传感器装置安装于缆道三角滑轮支撑臂上。

4.一种高水条件下的水面流速检测系统的检测方法，其特征在于：包括如下步骤：

step1、传感器装置到达指定的位置后，接通电路，数据采集模块（5）开始工作；

step2、北斗高精度差分定位装置（1）、激光传感器（2）同时开始工作，北斗高精度差分定位装置（1）采集传感器装置的地理位置数据，激光传感器（2）采集传感器装置到水面的精确数据，将数据封装后存储在数据采集模块（5）的存储器中；

step3、数据采集模块（5）把北斗高精度差分定位装置（1）所获取的传感器装置地理位置数据、激光传感器（2）所获取的传感器装置到水面的精确距离数据、数据采集模块（5）内的水面精确海拔数据通过解算、筛选、融合算法，得到当前传感器装置的精确地理位置数据，然后得到雷达流速仪（4）的倾角，最后通过伺服定位模块（3）调节雷达流速仪（4）的倾角，使其电磁波发射到指定的断面上，然后雷达流速仪（4）开始工作，测得指定断面的流速数据后，将流速数据、水面到传感器装置的距离数据、雷达流速仪（4）所发出的电磁波与水面之间的夹角数据封装成数据包，存储在数据采集模块（5）内部的存储器中；

step4、通过无线数据传输模块（6）把存储在存储器内的数据传输到上位计算机（7）中。

5.根据权利要求4所述的一种高水条件下的水面流速检测系统的检测方法，其特征在于：所述步骤step3中，传感器装置的精确位置解算、筛选、融合步骤如下：

Step3.1、北斗高精度差分定位装置（1）获取传感器装置的地理位置数据，激光传感器（2）获取传感器装置到水面的精确距离数据，并将数据发送到数据采集模块（5）；

Step3.2、数据采集模块对北斗高精度差分定位装置（1）所获取的信号进行解算，选取X、Y坐标；

step3.3、根据已知的水面精确海拔，结合激光传感器（2）所测的传感器装置到水面的精确距离，计算出传感器装置精确的Z坐标；

Step3.4、数据采集模块对X、Y、Z坐标进行计算，得到传感器装置的精确地理位置数据。

6.根据权利要求4所述的一种高水条件下的水面流速检测系统的检测方法，其特征在于：所述步骤step3中，雷达流速仪（4）的倾角解算步骤如下：

Step3.5、已知传感器装置的精确地理位置数据，又已知河道断面的位置数据，通过数据采集模块（5）处理后可知道传感器装置到指定断面的水平距离L，

已知传感器装置到指定断面的水平距离L，又知传感器装置到水面的垂直距离H，同时传感器装置又垂直于水面，根据三角函数正切定理：

求得θ为：

θ为雷达流速仪（4）发出的电磁波射到指定断面上时与水面之间的夹角；

Step3.6、根据三角形内角和定理：

求得雷达流速仪（4）发出的电磁波射到指定断面上时所应满足的倾角β:

。

7.根据权利要求6所述的一种高水条件下的水面流速检测系统的检测方法，其特征在于：所述步骤step3中，伺服定位模块（3）调节雷达流速仪（4）的倾角步骤如下：

Step3.7、当实际的β角等于所应满足的β角时，雷达流速仪（4）所发出的电磁波射到指定断面上；

Step3.8、当实际的β角大于所应满足的β角时，雷达流速仪（4）所发出的电磁波射到指定断面之前A点时，数据采集模块（5）发出指令给伺服定位模块（3），伺服定位模块（3）转动调小β角，使实际的β角等于所应满足的β角，从而使雷达流速仪（4）所发出的电磁波射到指定的断面上；

Step3.9、当实际的β角小于所应满足的β角时，雷达流速仪（4）所发出的电磁波射到指定断面之后B点时，数据采集模块（5）发出指令给伺服定位模块（3），伺服定位模块（3）转动调大β角，使实际的β角等于所应满足的β角，从而使雷达流速仪（4）所发出的电磁波射到指定的断面上。