旋桨式在线测流系统及流量计算方法与流程

本发明应用于河道流量监测领域，是旋桨式在线测流系统及流量计算方法。

背景技术：

当前流量监测的系统有雷达波测速、adcp测速等方式，但旋桨式传统测速方法却是最可靠的，雷达波和adcp测速结果都需要与旋桨式测速结果进行比测和分析后，才能确定该方法的准确性。

由此可见，设计出一种旋桨式在线测流系统，不断可以实现无人值守、适应低流速河道状况，同时可以有效提高测量精度。

技术实现要素：

本发明可24小时不间断工作，实现水文测量的无人值守，系统能有效适用水面不宽、流速较低的情况，旋桨式测流能有效加密流速测量次数，所测数据精准，能反应河水流动真实情况。

为实现上述目标，本发明提供的技术方案如下：

1.如图1、图2、图3所示，1.旋桨式在线测流系统及流量计算方法是由一个旋桨、一个测流控制器、一个太阳能板、一个水位计连接而成；测流控制器内有蓄电池、充电控制器和控制电路；太阳能版连接在测流控制器内的充电控制器上，水位计连接在测流控制器内控制电路的串口上，旋桨连接在测流控制器内控制电路的串口上。

实际使用中，河道旁边有合适的建筑物、水位井房，也可以将测流控制器安装的建筑物或者井房上。

2.所述测流控制器安装在河边的立杆上，立杆的顶端安装太阳能板，立杆顶端有一个悬臂，该悬臂伸向河道中央，水位计安装在悬臂靠近河道中央位置。

3.所述水位计的安装位置，要尽量临近河水中洪，水位计的雷达波速要垂直向下。

实际使用中，也可以采用气泡水位计等其他类型的水位计，其安装方式也不一定是悬臂。

4.所述旋桨的安装位置，要尽量临近河水中洪，该位置河水的流速对该河道断面而言要具有代表性。

5.所述旋桨有支架和底座，固定在河底的河床上，要避免被河水冲走。

6.所述旋桨与测流控制器内连接线，要采用防水电缆，该电缆从测流控制器连接到水下的旋桨上，该电缆内有数字信号线和电源线。

7.要尽可能远离高大建筑和树木，以便太阳能板有充足的阳光照射。

实际使用中，也可以直接采用市电进行供电。

8.所述旋桨安装在河道中央的水面下，旋桨上有旋转盘和尾翼，旋桨顺河水流动方向安装，旋转盘迎河水方向，旋桨内置有旋转感应器，该旋转感应器的电源连接在测流控制电路上的电源模块上，旋转感应器的数据线连接在控制电路的串口上。

9.测流控制电路上有cpu、dtu、供电单元，cpu上有多个串口，水位计、旋转感应器和dtu通过串口连接在cpu上，dtu的另一端通过无线网络连接在指挥中心。

实际使用中，控制电路上，还有避雷相关模块。

实际使用中，多采用具有3g、4g通信能力的dtu，设备可以通过互联网连接至指挥中心。

实际使用中，dtu也可以是wifi通讯的。

10.蓄电池一端连接在控制电路的供电模块上，一端通过充电控制器连接在太阳能板上。

11.控制电路另有多个指示灯，指示灯直接连接在cpu的管脚上。。

实际使用中，指示灯可以连接在cpu的p0、p1或其他端口的管脚上。

12.本系统中流量的计算方法为：

①系统要植入本系统安装位置对应的河道断面图；

②系统依据水位计所测水位，并结合河道断面图，计算在当前水位下，河道的过水面积a；

③依据近段时间，通常近1分钟内，旋桨所转圈数，计算出旋桨的转速；

④本系统中旋桨所转圈数，并不是整数，而是至少精确到0.1圈的小数；

⑤依据旋桨转速和河水流速的对应关系，计算出河水的流速v；

⑥旋桨转速（v旋）和河水流速（v）的关系f，可以是一个公式，也可以是一条曲线，该关系是提前植入本系统的，也就是v=f（v旋）；

⑦依据公式：流量q=流速v*过水面积a，即可计算出当前河水的流量。

本发明的优点是：

本发明可24小时不间断工作，实现水文测量的无人值守，系统能有效适用水面不宽、流速较低的情况，旋桨式测流能有效加密流速测量次数，所测数据精准，能反应河水流动真实情况。

附图说明

图1：系统安装俯视图。

图2：系统安装侧视图。

图3：测流控制电路图。

具体实施方式

本发明可24小时不间断工作，实现水文测量的无人值守，系统能有效适用水面不宽、流速较低的情况，旋桨式测流能有效加密流速测量次数，所测数据精准，能反应河水流动真实情况。

为实现上述目标，本发明提供的技术方案如下：

1.如图1、图2、图3所示，1.旋桨式在线测流系统及流量计算方法是由一个旋桨、一个测流控制器、一个太阳能板、一个水位计连接而成；测流控制器内有蓄电池、充电控制器和控制电路；太阳能版连接在测流控制器内的充电控制器上，水位计连接在测流控制器内控制电路的串口上，旋桨连接在测流控制器内控制电路的串口上。

实际使用中，河道旁边有合适的建筑物、水位井房，也可以将测流控制器安装的建筑物或者井房上。

具体实施时，旋桨要尽量避开水草，定期检查并清除异物缠绕。

2.所述测流控制器安装在河边的立杆上，立杆的顶端安装太阳能板，立杆顶端有一个悬臂，该悬臂伸向河道中央，水位计安装在悬臂靠近河道中央位置。

具体实施时，本系统的立杆上，还可以安装摄像头，以便远程观测看现场的画面。

3.所述水位计的安装位置，要尽量临近河水中洪，水位计的雷达波速要垂直向下。

实际使用中，也可以采用气泡水位计等其他类型的水位计，其安装方式也不一定是悬臂。

具体实施时，只有采用雷达水位计时，才会安装悬臂。

4.所述旋桨的安装位置，要尽量临近河水中洪，该位置河水的流速对该河道断面而言要具有代表性。

5.所述旋桨有支架和底座，固定在河底的河床上，要避免被河水冲走。

具体实施时，河床上要浇筑一个混泥土墩，旋桨支架固定在该混泥土墩上。

6.所述旋桨与测流控制器内连接线，要采用防水电缆，该电缆从测流控制器连接到水下的旋桨上，该电缆内有数字信号线和电源线。

实际使用中，该电缆埋沿河床埋设，水下部分一直埋设在泥沙里。

7.要尽可能远离高大建筑和树木，以便太阳能板有充足的阳光照射。

实际使用中，也可以直接采用市电进行供电。

8.所述旋桨安装在河道中央的水面下，旋桨上有旋转盘和尾翼，旋桨顺河水流动方向安装，旋转盘迎河水方向，旋桨内置有旋转感应器，该旋转感应器的电源连接在测流控制电路上的电源模块上，旋转感应器的数据线连接在控制电路的串口上。

9.测流控制电路上有cpu、dtu、供电单元，cpu上有多个串口，水位计、旋转感应器和dtu通过串口连接在cpu上，dtu的另一端通过无线网络连接在指挥中心。

实际使用中，控制电路上，还有避雷相关模块。

实际使用中，多采用具有3g、4g通信能力的dtu，设备可以通过互联网连接至指挥中心。

实际使用中，dtu也可以是wifi通讯的。

10.蓄电池一端连接在控制电路的供电模块上，一端通过充电控制器连接在太阳能板上。

11.控制电路另有多个指示灯，指示灯直接连接在cpu的管脚上。。

实际使用中，指示灯可以连接在cpu的p0、p1或其他端口的管脚上。

12.本系统中流量的计算方法为：

①系统要植入本系统安装位置对应的河道断面图；

②系统依据水位计所测水位，并结合河道断面图，计算在当前水位下，河道的过水面积a；

③依据近段时间，通常近1分钟内，旋桨所转圈数，计算出旋桨的转速；

④本系统中旋桨所转圈数，并不是整数，而是至少精确到0.1圈的小数；

⑤依据旋桨转速和河水流速的对应关系，计算出河水的流速v；

⑥旋桨转速（v旋）和河水流速（v）的关系f，可以是一个公式，也可以是一条曲线，该关系是提前植入本系统的，也就是v=f（v旋）；

⑦依据公式：流量q=流速v*过水面积a，即可计算出当前河水的流量。

本发明的优点是：

本发明可24小时不间断工作，实现水文测量的无人值守，系统能有效适用水面不宽、流速较低的情况，旋桨式测流能有效加密流速测量次数，所测数据精准，能反应河水流动真实情况。