一种水下淤泥深度实时测量系统及方法与流程

本发明涉及测量技术领域，具体而言，涉及一种水下淤泥深度实时测量系统及方法。

背景技术：

现有的水下淤泥深度测量装置是通过绞车上的张力检测判断拖鱼触底，通过计数器读数、拖点高程和大坝闸门底面高程换算淤积厚度，重复测量多组，才能获取最终的测量结果。这种测量装置因为绞车笨重，且拖鱼也很重达30kg，需要多个人推动绞车过导轨进行测量，测量点位较多，以致工作量繁重。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种水下淤泥深度实时测量系统及方法，减轻了测量装置的重量，且能在同一点位长时间实时动态测量并存储相关数据，减少了测量次数和作业人员工作量。

本发明提供了一种水下淤泥深度实时测量系统，包括：深度传感器、高度传感器、信号控制器、控制终端、绞车和拖鱼；所述绞车固定在坝顶，所述拖鱼位于水面下并通过缆绳与所述绞车相连，所述深度传感器、所述高度传感器和所述信号控制器搭载在所述拖鱼上，所述深度传感器和所述高度传感器采集到的信号通过所述信号控制器转换后，传输至位于坝顶的控制终端，所述控制终端对采集到的信号接收、转换并处理后获得淤泥高度数据。

作为本发明进一步的改进，所述深度传感器位于所述拖鱼以上，所述高度传感器位于所述拖鱼以下。

作为本发明进一步的改进，所述控制终端对所述深度传感器和所述高度传感器采集到的深度信号和高度信号接收、转换并处理后，得到所述拖鱼以上和以下水体长度分别为h1和h2，水深为h，进而得到淤泥高度△h＝h-h1-h2。

作为本发明进一步的改进，所述信号控制器包括第一信号转换模块以及与所述第一信号转换模块相连的led指示电路和硬件电路，所述信号控制器还包括与所述第一信号转换模块、所述led指示电路和所述硬件电路相连的电源处理电路，所述深度传感器和所述高度传感器均与所述第一信号转换模块和所述电源处理电路相连。

作为本发明进一步的改进，还包括位于坝顶的第二信号转换模块，所述深度传感器和所述高度传感器采集到的深度信号和高度信号通过所述第一信号转换模块转换后，通过线缆信号线传输至所述第二信号转换模块，再通过所述第二信号转换模块转换后传输至所述控制终端，此时，通过岸电系统并通过所述电源处理电路对所述信号控制器、所述深度传感器和所述高度传感器进行供电，并通过岸电系统对所述第二信号转换模块进行供电。

作为本发明进一步的改进，还包括搭载在所述拖鱼上的wifi模块和电池，所述深度传感器和所述高度传感器采集到的深度信号和高度信号通过所述第一信号转换模块转换后，通过所述wifi模块传输至所述控制终端，此时，通过所述电池并通过所述电源处理电路对所述信号控制器、所述深度传感器和所述高度传感器进行供电。

作为本发明进一步的改进，所述wifi模块和所述电池置于所述通信控制箱内，所述通信控制箱采用高压防水箱制成。

作为本发明进一步的改进，所述信号控制器置于所述信号控制箱内，所述信号控制箱内采用高压防水箱制成。

作为本发明进一步的改进，所述控制终端为pc机或平板或手机。

本发明还提供了一种水下淤泥深度实时测量方法，采用前述的一种水下淤泥深度实时测量系统，包括：

s1，深度传感器和高度传感器分别采集拖鱼以上和以下水体的深度信号和高度信号；

s2，所述深度传感器和所述高度传感器采集到的深度信号和高度信号通过信号控制器转换后，传输至位于坝顶的控制终端；

s3，所述控制终端对采集到的深度信号和高度信号接收、转换并处理后，得到拖鱼以上和以下水体长度分别为h1和h2，水深为h，进而得到淤泥高度△h＝h-h1-h2。

本发明的有益效果为：

减轻了测量装置的重量，相对减少作业人数。

减轻了拖鱼的量，相对减轻了作业人员工作量。

能在同一点位长时间实时动态测量并存储相关数据，减少了测量次数。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所述的一种水下淤泥深度实时测量系统的系统框图；

图2为本发明实施例所述的一种水下淤泥深度实时测量系统的测量原理图；

图3为本发明实施例所述的一种水下淤泥深度实时测量系统的有缆工作模式的系统硬件结构框图；

图4为本发明实施例所述的一种水下淤泥深度实时测量系统的无线工作模式的系统硬件结构框图

图5为本发明实施例所述的一种水下淤泥深度实时测量系统的上位机软件的用户界面示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明的描述中，所用术语仅用于说明目的，并非旨在限制本发明的范围。术语“包括”和/或“包含”用于指定所述元件、步骤、操作和/或组件的存在，但并不排除存在或添加一个或多个其他元件、步骤、操作和/或组件的情况。术语“第一”、“第二”等可能用于描述各种元件，不代表顺序，且不对这些元件起限定作用。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个及两个以上。这些术语仅用于区分一个元素和另一个元素。结合以下附图，这些和/或其他方面变得显而易见，并且，本领域普通技术人员更容易理解关于本发明所述实施例的说明。附图仅出于说明的目的用来描绘本发明所述实施例。本领域技术人员将很容易地从以下说明中认识到，在不背离本发明所述原理的情况下，可以采用本发明所示结构和方法的替代实施例。

实施例1，如图1所示，本发明实施例的一种水下淤泥深度实时测量系统，包括：深度传感器、高度传感器、信号控制器、控制终端、绞车和拖鱼；绞车固定在坝顶，拖鱼位于水面下并通过缆绳与绞车相连，深度传感器、高度传感器和信号控制器搭载在拖鱼上，深度传感器和高度传感器采集到的信号通过信号控制器转换后，传输至位于坝顶的控制终端，控制终端对采集到的信号接收、转换并处理后获得淤泥高度数据。

深度传感器位于拖鱼以上，高度传感器位于拖鱼以下，采集拖鱼以上和以下水体的深度信号和高度信号。如图2所示，控制终端对深度传感器和高度传感器采集到的深度信号和高度信号接收、转换并处理后，得到拖鱼以上和以下水体长度分别为h1和h2，水深为h(即大坝闸门底面高程，该数据为已知数据)，进而得到淤泥高度△h＝h-h1-h2。深度传感器是通过压力实现深度信号采集，高度传感器是通过发射波束实现高度信号采集，因此将其设置在托鱼以下。在比较干净的水里高度传感器比较精准，但是价格较贵，而在比较浑浊的水里高度传感器受到影响比较大，需要用深度传感器来做相应的补偿，因此，本发明选用深度传感器和高度传感器两者可以相辅相成。

信号控制器包括第一信号转换模块以及与第一信号转换模块相连的led指示电路和硬件电路，信号控制器还包括与第一信号转换模块、led指示电路和所述硬件电路相连的电源处理电路，深度传感器和高度传感器均第一信号转换模块和电源处理电路相连。第一信号转换模块用于将深度传感器和高度传感器采集到的深度信号和高度信号进行转换，led指示电路用于信号控制器在下水测量前电源、电量、通信的指示，便于对操作人员进行提醒，通过电源处理电路为整个信号控制器以及深度传感器和高度传感器进行供电，硬件电路实现深度传感器和高度传感器等与信号控制器的连接。

由于设备长期工作在水下，环境比较恶劣，因此需要选用一些性能卓著的配套设备。本实施例中，高度传感器采用pa200，其发射波束频率底，绕射性好，在浑浊水里性能极佳。深度传感器采用honeywellmlh08kpsb01a，其耐压性好，精度高，具备数字接口。第一信号转换模块采用moxa卡，其在数据转换方面性能高、稳定性强。

本发明的水下淤泥深度实时测量系统有两种工作模式：

第一种工作模式：有缆工作模式，如图3所示。在这种工作模式下，还包括位于坝顶的第二信号转换模块，深度传感器和高度传感器采集到的深度信号和高度信号通过第一信号转换模块转换后，通过线缆信号线传输至第二信号转换模块，再通过第二信号转换模块转换后传输至控制终端。此时，通过岸电系统并对通过电源处理电路对信号控制器、深度传感器和高度传感器进行供电，并通过岸电系统对第二信号转换模块进行供电。本实施例中，线缆信号线采用rs485电缆。第二信号转换模块采用moxa卡。

第二种工作模式：无线工作模式，如图4所示。在这种工作模式下，还包括搭载在拖鱼上的wifi模块和电池，深度传感器和高度传感器采集到的深度信号和高度信号通过第一信号转换模块转换后，通过wifi模块传输至控制终端。此时，通过电池并通过电源处理电路对整个信号控制器、深度传感器和高度传感器进行供电。

在本实施例中，拖鱼可以采用铅鱼(约15kg)，相较于现有技术来说拖鱼重量减轻，相对减轻了作业人员数量。绞车运行速度以20m/min，运行从坝顶至坝底约120米需6分钟，单次测量12分钟，则可进行50次测量，实现同一点位的长时间实时动态测量。另外，制作两个高压防水箱，一个用于放置信号控制器，即为信号控制箱，另一个用于放置wifi模块和电池，即为通信控制箱。在有缆工作模式下，只采用信号控制箱。在无线工作模式下，同时使用通信控制箱和信号控制箱。控制终端可以为pc机或平板或手机。控制终端上搭载有操作系统，操作系统主要为上位机软件。上位机软件主要完成对水下淤泥深度实时测量系统的485通信控制以及深度传感器和高度传感器采集数据的接收、转换、校准、非线性补偿等处理，获得正确的淤泥高度数据，同时上位机软件能实现数据的实时显示、文件存储等任务。该上位机软件在visualstudio2010集成开发环境下完成，开发后上位机用户界面如图5所示。具体处理时，由于水的浑浊度会影响测量数据和实际数据的偏差，因此，需要在整体测量前将放缆实际长度与深度传感器和高度传感器收到的数据进行比对标校，完成校准。校准完成后开始采集数据，然后对深度传感器和高度传感器采集到的原始数据进行解析，并通过非线性补偿是对深度传感器和高度传感器收到的噪点数据进行平滑滤波，滤波后的数据转换成具体单位时间对应的高度数据和深度数据，最后再根据已有的基础数据计算出淤泥的高度并绘制出图表曲线。

当水中的泥沙含量高时，深度传感器和高度传感器测量精度受泥沙影响较大，因此需要积累一定的数据来对测量数据进行补偿修正。如果无法获得测量精度与水质关系，测量准确度将受到影响。因此，本发明通过多次测量不同水体与测量数据，找出它们之间的关系，在实际数据处理时给予标较补偿修正，进而获得正确的测量数据，解决此风险。具体的，在寻找不同水体与测量数据之间的关系时，需要进行测量前校准，即获取不同水体所对应的校准参数，利用校准参数对测量数据进行标较补偿，以使测量值更接近于实际数据。例如，在小浪底水库实际测量时，水中含沙量较高密度大，测量前标校时，首先将拖鱼放置水下1米位置读取当前深度传感器数据(假如为2米)，那么将深度标校参定为0.5，拖鱼慢慢放到水底，然后上拉10米同时读取高度传感器数值，例如为5米，那么将高度标较参数定为2。

实施例2，一种水下淤泥深度实时测量方法，采用实施例1所述的一种水下淤泥深度实时测量系统，包括：

s1，深度传感器和高度传感器分别采集拖鱼以上和以下水体的深度信号和高度信号。

绞车固定在坝顶，拖鱼位于水面下并通过缆绳与绞车相连，深度传感器、高度传感器和信号控制器搭载在拖鱼上，且分别位于拖鱼以上和拖鱼以下，用于分别采集拖鱼以上和以下水体的深度信号和高度信号。

s2，深度传感器和高度传感器采集到的深度信号和高度信号通过信号控制器转换后，传输至位于坝顶的控制终端。

信号控制器包括第一信号转换模块以及与第一信号转换模块相连的led指示电路、电源处理电路和硬件电路，深度传感器和高度传感器与第一信号转换模块相连。第一信号转换模块用于将深度传感器和高度传感器采集到的深度信号和高度信号进行转换，led指示电路用于信号控制器在下水测量前电源、电量、通信的指示，便于对操作人员进行提醒，电源处理电路是为整个信号控制器、深度传感器和高度传感器进行供电，硬件电路实现深度传感器和高度传感器等与信号控制器的连接。

在有缆工作模式下，还包括位于坝顶的第二信号转换模块，深度传感器和高度传感器采集到的深度信号和高度信号通过第一信号转换模块转换后，通过线缆信号线传输至第二信号转换模块，再通过第二信号转换模块转换后传输至控制终端。此时，通过岸电系统并对通过电源处理电路对信号控制器、深度传感器和高度传感器进行供电，并通过岸电系统对第二信号转换模块进行供电。

在无线工作模式下，还包括搭载在拖鱼上的wifi模块和电池，深度传感器和高度传感器采集到的深度信号和高度信号通过第一信号转换模块转换后，通过wifi模块传输至控制终端。此时，通过电池并通过电源处理电路对整个信号控制器、深度传感器和高度传感器进行供电。

制作两个高压防水箱，一个用于放置信号控制器，即为信号控制箱，另一个用于放置wifi模块和电池，即为通信控制箱。在有缆工作模式下，只采用信号控制箱。在无线工作模式下，同时使用通信控制箱和信号控制箱。

s3，控制终端对采集到的深度信号和高度信号接收、转换并处理后，得到拖鱼以上和以下水体长度分别为h1和h2，水深为h，进而得到淤泥高度△h＝h-h1-h2。

控制终端可以为pc机或平板或手机。控制终端上搭载有操作系统，操作系统主要为上位机软件。上位机软件主要完成对水下淤泥深度实时测量系统的485通信控制以及深度传感器和高度传感器采集数据的接收、转换、校准、非线性补偿等处理，获得正确的淤泥高度数据，同时上位机软件能实现数据的实时显示、文件存储等任务。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

此外，本领域普通技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

本领域技术人员应理解，尽管已经参考示例性实施例描述了本发明，但是在不脱离本发明的范围的情况下，可进行各种改变并可用等同物替换其元件。另外，在不脱离本发明的实质范围的情况下，可进行许多修改以使特定情况或材料适应本发明的教导。因此，本发明不限于所公开的特定实施例，而是本发明将包括落入所附权利要求范围内的所有实施例。