一种码头桩基淤泥高度与水位监测系统

本发明涉及水位与淤泥监测，特别是涉及一种码头桩基淤泥高度与水位监测系统。

背景技术：

1、近年来，大型港口高桩码头后方回淤问题愈发严重，泥面淤积高度逐年升高。同时为了满足大型船舶靠泊水深不断增大的需求，码头前沿定期浚深，导致码头桩基前后泥面高差不断增大，引起桩基损伤断裂，存在严重安全隐患。目前，缺少对淤泥或者水位高度的实时监测。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种码头桩基淤泥高度与水位监测系统，实现了对码头桩基淤泥与水位高度的实时监测。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种码头桩基淤泥高度与水位监测系统，包括：数据采集与控制单元和监控中心，所述数据采集与控制单元包括界面检测模块、姿态校正模块和通讯模块；所述界面检测模块包括探杆、热源和热电偶，所述探杆插入水中并设置在码头桩基的一侧，所述热源为圆柱状，所述热源设置在所述探杆内部，所述热源的轴线与所述探杆的轴线平行，多个所述热电偶间隔设置在所述探杆内部，且每个所述热电偶与所述热源的距离相等；所述姿态校正模块用于检测所述探杆的姿态信息；所述通讯模块用于将各所述热电偶检测的温度和所述探杆的姿态信息发送到所述监控中心，所述监控中心用于根据各所述热电偶检测的温度和所述探杆的姿态信息计算出所述码头桩基的淤泥高度或者水位。

4、可选地，所述姿态校正模块包括mems 9轴传感器和姿态融合单元；所述mems 9轴传感器置于所述探杆的内部，所述mems 9轴传感器用于采用加速度计采集所述探杆的加速度值，采用陀螺仪测量所述探杆的角速度；所述姿态融合单元用于根据所述探杆的加速度值和所述探杆的角速度，采用互补滤波姿态融合方法解算出所述探杆的姿态角。

5、可选地，所述界面检测模块包括控制单元，所述控制单元用于：

6、控制所述热源发出预设热量的热脉冲；

7、控制各所述热电偶同步测量温度信号。

8、可选地，所述监控中心包括计算单元，所述计算单元用于：

9、依次获得同一时刻每相邻两个所述热电偶所测的温度信号的温度差；

10、将温度差降序排列，获得排序第一的温度差和排序第二的温度差；将排序第一的温度差对应的两个热电偶作为第一对热电偶，将排序第二的温度差对应的两个热电偶作为第二对热电偶；

11、将第一对热电偶和第二对热电偶中埋设位置高的两个所述热电偶之间的位置作为空气-水分界面，将第一对热电偶和第二对热电偶中埋设位置低的两个所述热电偶之间的位置作为水-淤泥分界面；

12、根据第一对热电偶和第二对热电偶的埋设位置和所述探杆的姿态信息计算出所述码头桩基的淤泥高度或者水位。

13、可选地，所述监控中心还用于当所述淤泥高度高于第一安全阈值，或者所述水位高于第二安全阈值时，发出报警信号。

14、可选地，各所述热电偶与所述通讯模块采用i2c协议进行通讯。

15、可选地，所述数据采集与控制单元还包括电源模块，所述电源模块为所述界面检测模块、所述姿态校正模块和所述通讯模块提供电源，所述电源模块用于将12v直流电转换为5v直流电和3.3v直流电。

16、可选地，所述数据采集与控制单元还包括数据存储模块，所述数据存储模块采用sd卡存储所述热电偶和所述姿态校正模块采集的数据，所述数据存储模块采用fatfs文件系统管理所述热电偶和所述姿态校正模块采集的数据。

17、可选地，还包括远程实时传输单元，所述远程实时传输单元用于将多个所述码头桩基对应的所述热电偶检测的温度和所述探杆的姿态信息发送到云端进行备份。

18、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

19、本发明根据探杆中各位置的热电偶的测量温度确定水-淤泥分界面，或者空气-水分界面，并根据热电偶位置确定淤泥高度或者水位，并根据姿态校正模块对探杆的姿态进行校正，从而对热电偶位置进行校正，从而实现了对码头桩基淤泥与水位高度的实时准确监测。

技术特征：

1.一种码头桩基淤泥高度与水位监测系统，其特征在于，包括：数据采集与控制单元和监控中心，所述数据采集与控制单元包括界面检测模块、姿态校正模块和通讯模块；所述界面检测模块包括探杆、热源和热电偶，所述探杆插入水中并设置在码头桩基的一侧，所述热源为圆柱状，所述热源设置在所述探杆内部，所述热源的轴线与所述探杆的轴线平行，多个所述热电偶间隔设置在所述探杆内部，且每个所述热电偶与所述热源的距离相等；所述姿态校正模块用于检测所述探杆的姿态信息；所述通讯模块用于将各所述热电偶检测的温度和所述探杆的姿态信息发送到所述监控中心，所述监控中心用于根据各所述热电偶检测的温度和所述探杆的姿态信息计算出所述码头桩基的淤泥高度或者水位。

2.根据权利要求1所述的码头桩基淤泥高度与水位监测系统，其特征在于，所述姿态校正模块包括mems9轴传感器和姿态融合单元；所述mems 9轴传感器置于所述探杆的内部，所述mems9轴传感器用于采用加速度计采集所述探杆的加速度值，采用陀螺仪测量所述探杆的角速度；所述姿态融合单元用于根据所述探杆的加速度值和所述探杆的角速度，采用互补滤波姿态融合方法解算出所述探杆的姿态角。

3.根据权利要求1所述的码头桩基淤泥高度与水位监测系统，其特征在于，所述界面检测模块包括控制单元，所述控制单元用于：

4.根据权利要求1所述的码头桩基淤泥高度与水位监测系统，其特征在于，所述监控中心包括计算单元，所述计算单元用于：

5.根据权利要求1所述的码头桩基淤泥高度与水位监测系统，其特征在于，所述监控中心还用于当所述淤泥高度高于第一安全阈值，或者所述水位高于第二安全阈值时，发出报警信号。

6.根据权利要求1所述的码头桩基淤泥高度与水位监测系统，其特征在于，各所述热电偶与所述通讯模块采用i2c协议进行通讯。

7.根据权利要求1所述的码头桩基淤泥高度与水位监测系统，其特征在于，所述数据采集与控制单元还包括电源模块，所述电源模块为所述界面检测模块、所述姿态校正模块和所述通讯模块提供电源，所述电源模块用于将12v直流电转换为5v直流电和3.3v直流电。

8.根据权利要求1所述的码头桩基淤泥高度与水位监测系统，其特征在于，所述数据采集与控制单元还包括数据存储模块，所述数据存储模块采用sd卡存储所述热电偶和所述姿态校正模块采集的数据，所述数据存储模块采用fatfs文件系统管理所述热电偶和所述姿态校正模块采集的数据。

9.根据权利要求1所述的码头桩基淤泥高度与水位监测系统，其特征在于，还包括远程实时传输单元，所述远程实时传输单元用于将多个所述码头桩基对应的所述热电偶检测的温度和所述探杆的姿态信息发送到云端进行备份。

技术总结
本发明公开一种码头桩基淤泥高度与水位监测系统，涉及淤泥与水位监测技术领域，该系统包括：数据采集与控制单元和监控中心，数据采集与控制单元包括界面检测模块、姿态校正模块和通讯模块；界面检测模块包括探杆、热源和热电偶，探杆插入水中设置在码头桩基的一侧，热源为圆柱状并设置在探杆内部，热源的轴线与探杆的轴线平行，多个热电偶间隔设置在探杆内部，且每个热电偶与热源的距离相等；姿态校正模块用于检测探杆的姿态信息；通讯模块用于将各热电偶检测的温度和探杆的姿态信息发送到监控中心，监控中心用于根据各热电偶检测的温度和探杆的姿态信息计算出码头桩基的淤泥高度或者水位。本发明实现了对码头桩基淤泥与水位高度的实时监测。

技术研发人员：陈家旺,任雪玉,张春月,葛勇强,彭晓清,刘江,周忠会,艾景坤,方玉平,周朋
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14