河工模型試驗(yàn)水邊界識(shí)別測(cè)量系統(tǒng)與測(cè)量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種河工模型試驗(yàn)水邊界識(shí)別測(cè)量系統(tǒng)，它包括與待測(cè)模型兩岸平行的導(dǎo)軌，橫跨待測(cè)模型左、右岸安裝在導(dǎo)軌上的測(cè)橋，測(cè)橋可在導(dǎo)軌上水平移動(dòng)；測(cè)橋上設(shè)有測(cè)車，測(cè)車可在測(cè)橋上水平運(yùn)動(dòng)；測(cè)車上安裝有升降驅(qū)動(dòng)裝置、升降架，升降架可垂向運(yùn)動(dòng)；升降架上安裝有測(cè)桿和壓力傳感器；測(cè)桿上安裝有測(cè)量電極。測(cè)橋、測(cè)車、升降架的驅(qū)動(dòng)與定位，以及測(cè)桿與水面的接觸均由計(jì)算機(jī)控制實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明還公開了應(yīng)用這種河工模型試驗(yàn)水邊界識(shí)別測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行水邊界測(cè)量的方法，利用測(cè)量電極及壓力傳感器獲取各測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。本發(fā)明精確度高，自動(dòng)化程度高，為完善模型試驗(yàn)斷面流速分布自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)及后續(xù)數(shù)據(jù)處理工作，提供必要的檢測(cè)方法和檢測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果。
【專利說明】河工模型試驗(yàn)水邊界識(shí)別測(cè)量系統(tǒng)與測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于河工模型試驗(yàn)技術(shù)，更具體地說它是一種河工模型試驗(yàn)水邊界識(shí)別測(cè)量系統(tǒng)，本發(fā)明還涉及應(yīng)用這種河工模型試驗(yàn)水邊界識(shí)別測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在水工、河工和港工等流體模型試驗(yàn)中，特別是河工模型的動(dòng)床模型試驗(yàn)中，需要對(duì)模型斷面的水位及流速等測(cè)量要素進(jìn)行測(cè)量，模型試驗(yàn)斷面流速分布是必測(cè)項(xiàng)目，在進(jìn)行流速分布測(cè)量時(shí)，試驗(yàn)斷面的左右水邊界是需要測(cè)量的，但是到目前為止，模型試驗(yàn)斷面的左右水邊界還是由人工觀測(cè)得到的。
[0003]目前在模型試驗(yàn)斷面流速測(cè)量中，常用的一種定點(diǎn)方法是:以斷面左水邊線為起點(diǎn)，先觀測(cè)記錄斷面左水邊，然后每隔一定的間距，測(cè)量該點(diǎn)垂線方向的各特定水深點(diǎn)處(由試驗(yàn)人員根據(jù)試驗(yàn)內(nèi)容定)的流速，當(dāng)?shù)贜點(diǎn)(左水邊+N倍測(cè)量間距)測(cè)量完成,第N+1點(diǎn)已達(dá)右岸則停止測(cè)量，觀測(cè)記錄右水邊線。該斷面流速測(cè)量完成。另外一種定點(diǎn)方法是以左岸導(dǎo)線點(diǎn)為起點(diǎn)距，每隔一定的間距作為測(cè)量點(diǎn)，該點(diǎn)能否測(cè)量由測(cè)量人員現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)該點(diǎn)是否入水或水深是否滿足測(cè)量要求來判斷，當(dāng)?shù)谝稽c(diǎn)滿足測(cè)量要求時(shí)，觀測(cè)記錄左水邊點(diǎn)數(shù)據(jù)，然后繼續(xù)完成已給定間距的流速測(cè)量，直到下一點(diǎn)已達(dá)右岸則停止測(cè)量，觀測(cè)記錄右水邊線。該斷面流速測(cè)量完成。
[0004]2011年我院參與國(guó)家重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)專項(xiàng)“我國(guó)大型河工模型試驗(yàn)智能測(cè)控系統(tǒng)開發(fā)”(項(xiàng)目編號(hào):2011YQ070055)分任務(wù)“長(zhǎng)江防洪大模型量測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)及示范(任務(wù)編號(hào):2011YQ07005503)”的研發(fā)工作，需要完成包括模型試驗(yàn)斷面流速分布自動(dòng)測(cè)量在內(nèi)的智能測(cè)控系統(tǒng)的開發(fā)，模型水面邊界自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)是該研究?jī)?nèi)容之一。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有【背景技術(shù)】的不足之處，而提供一種自動(dòng)化程度高，精確度高的河工模型試驗(yàn)水邊界識(shí)別測(cè)量系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明的另一目的是提供一種應(yīng)用河工模型試驗(yàn)水邊界識(shí)別測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行水邊界識(shí)別的測(cè)量方法。
[0007]本發(fā)明的第一目的是通過如下措施來達(dá)到的:
[0008]河工模型試驗(yàn)水邊界識(shí)別測(cè)量系統(tǒng)，包括設(shè)置在模型兩岸的兩條導(dǎo)軌，所述導(dǎo)軌上安裝有測(cè)橋；所述測(cè)橋橫跨待測(cè)模型左、右岸；所述可沿導(dǎo)軌水平運(yùn)動(dòng)的測(cè)橋上設(shè)有測(cè)車，所述測(cè)車與測(cè)橋滑動(dòng)連接，可沿測(cè)橋水平移動(dòng)的測(cè)車上安裝有升降驅(qū)動(dòng)定位裝置，所述升降驅(qū)動(dòng)定位裝置上安裝有升降架，所述升降架與測(cè)車滑動(dòng)連接，所述可上下運(yùn)動(dòng)的升降架上安裝有測(cè)桿及壓力傳感器；所述測(cè)桿上安裝有測(cè)量電極。
[0009]進(jìn)一步地，所述測(cè)橋水平方向即X向的驅(qū)動(dòng)與定位由計(jì)算機(jī)通過有線數(shù)據(jù)控制或無線數(shù)據(jù)控制方式實(shí)現(xiàn)；所述測(cè)車水平方向即Y向的驅(qū)動(dòng)與定位由計(jì)算機(jī)通過有線數(shù)據(jù)控制或無線數(shù)據(jù)控制方式實(shí)現(xiàn)；所述升降架垂直方向即Z向的驅(qū)動(dòng)與定位由計(jì)算機(jī)通過有線數(shù)據(jù)控制或無線數(shù)據(jù)控制方式實(shí)現(xiàn)。
[0010]本發(fā)明的第二目的是通過如下措施來達(dá)到的:應(yīng)用河工模型試驗(yàn)水邊界識(shí)別測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量方法，它按如下步驟進(jìn)行:
[0011]步驟一、在待測(cè)河工模型上驅(qū)動(dòng)測(cè)橋運(yùn)動(dòng)到選定的待測(cè)模型斷面位置；
[0012]步驟二、從模型左岸起，測(cè)桿隨升降架從原點(diǎn)高程向下運(yùn)動(dòng)，第一點(diǎn)通常在左岸上，在此過程中隨時(shí)檢測(cè)測(cè)桿壓力傳感器的壓力和測(cè)量電極間的電阻，當(dāng)壓力傳感器檢測(cè)到壓力增大，則測(cè)桿停止向下運(yùn)動(dòng)，確定該點(diǎn)在左岸的洲灘上，完成第一個(gè)點(diǎn)的測(cè)量；
[0013]步驟三、測(cè)桿升高5mm后，測(cè)車向右岸移動(dòng)一個(gè)步距，開始進(jìn)行下一個(gè)測(cè)點(diǎn)的測(cè)量，測(cè)桿由升降架驅(qū)動(dòng)自上向下運(yùn)動(dòng)，此過程中隨時(shí)檢測(cè)測(cè)桿壓力傳感器的壓力和測(cè)量電極間的電阻，由于在水中時(shí)測(cè)量電極間的電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于在空氣中時(shí)；當(dāng)測(cè)量電極檢測(cè)到電阻突然變小時(shí)，則測(cè)桿停止向下運(yùn)動(dòng)，測(cè)得該測(cè)點(diǎn)在水中，完成該測(cè)點(diǎn)測(cè)量；反之若測(cè)量電極未檢測(cè)到電阻突然變小，而壓力傳感器檢測(cè)到壓力增大，則測(cè)桿停止向下運(yùn)動(dòng)，測(cè)得該測(cè)點(diǎn)在岸上，完成該測(cè)點(diǎn)測(cè)量；
[0014]步驟四、測(cè)車沿模型斷面從左岸向右岸重復(fù)步驟三的流程作掃描探測(cè)運(yùn)動(dòng)，測(cè)得如后相鄰兩測(cè)點(diǎn)中，IU 一點(diǎn)在序上，后一點(diǎn)在水中時(shí)，則左水邊點(diǎn)在這組相鄰兩測(cè)點(diǎn)中；相應(yīng)地，測(cè)得前后相鄰兩測(cè)點(diǎn)中，前一點(diǎn)在水中，后一點(diǎn)在岸上時(shí)，則右水邊點(diǎn)在這組相鄰兩測(cè)點(diǎn)中；
[0015]步驟五、記錄保存左右水邊點(diǎn)的位置坐標(biāo)，進(jìn)行后續(xù)數(shù)據(jù)處理，完成河工模型水面邊界自動(dòng)識(shí)別過程。
[0016]本發(fā)明克服現(xiàn)有的人工測(cè)量方法的不足，自動(dòng)化程度高，精確度高，為完善模型試驗(yàn)斷面流速分布自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)及后續(xù)數(shù)據(jù)處理工作，提供必要的檢測(cè)方法和檢測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明河工模型試驗(yàn)水邊界識(shí)別測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2為本發(fā)明河工模型試驗(yàn)水邊界識(shí)別測(cè)量系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)定位功能模塊示意圖。
[0019]圖中:1_測(cè)橋，2-測(cè)車，3-升降架，4-測(cè)桿，5-測(cè)桿壓力傳感器，6-測(cè)量電極，7-導(dǎo)軌。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施情況，但它們并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限定，僅作舉例而已。同時(shí)通過說明本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚和容易理解。
[0021]如圖1所示的河工模型試驗(yàn)水邊界識(shí)別測(cè)量系統(tǒng):它包括設(shè)置在模型兩岸的兩條導(dǎo)軌7，導(dǎo)軌7上安裝有測(cè)橋I ;測(cè)橋I橫跨待測(cè)模型左、右岸；可沿導(dǎo)軌7水平運(yùn)動(dòng)的測(cè)橋I上設(shè)有測(cè)車2，測(cè)車2與測(cè)橋I滑動(dòng)連接，可沿測(cè)橋I水平移動(dòng)的測(cè)車2上安裝有升降驅(qū)動(dòng)定位裝置，升降驅(qū)動(dòng)定位裝置上安裝有升降架3，升降架3與測(cè)車2滑動(dòng)連接，可上下運(yùn)動(dòng)的升降架3上安裝有測(cè)桿4及壓力傳感器5 ;測(cè)桿4上安裝有測(cè)量電極6。
[0022]優(yōu)選地，測(cè)橋I水平方向即X向的驅(qū)動(dòng)與定位由計(jì)算機(jī)通過有線數(shù)據(jù)控制或無線數(shù)據(jù)控制方式實(shí)現(xiàn)；測(cè)車2水平方向即Y向的驅(qū)動(dòng)與定位由計(jì)算機(jī)通過有線數(shù)據(jù)控制或無線數(shù)據(jù)控制方式實(shí)現(xiàn)；升降架3垂直方向即Z向的驅(qū)動(dòng)與定位由計(jì)算機(jī)通過有線數(shù)據(jù)控制或無線數(shù)據(jù)控制方式實(shí)現(xiàn)。
[0023]本發(fā)明應(yīng)用河工模型試驗(yàn)水邊界識(shí)別測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量方法，按如下步驟進(jìn)行:
[0024]步驟一、在待測(cè)河工模型上驅(qū)動(dòng)測(cè)橋I運(yùn)動(dòng)到選定的待測(cè)模型斷面位置；
[0025]步驟二、從模型左岸起，測(cè)桿4隨升降架3從原點(diǎn)高程向下運(yùn)動(dòng)，第一點(diǎn)通常在左岸上，在此過程中隨時(shí)檢測(cè)測(cè)桿壓力傳感器5的壓力和測(cè)量電極6間的電阻，當(dāng)壓力傳感器5檢測(cè)到壓力增大，則測(cè)桿4停止向下運(yùn)動(dòng)，確定該點(diǎn)在左岸的洲灘上，完成第一個(gè)點(diǎn)的測(cè)量;
[0026]步驟三、測(cè)桿4升高5mm后，測(cè)車2向右岸移動(dòng)一個(gè)步距，開始進(jìn)行下一個(gè)測(cè)點(diǎn)的測(cè)量，測(cè)桿4由升降架3驅(qū)動(dòng)自上向下運(yùn)動(dòng)，此過程中隨時(shí)檢測(cè)測(cè)桿壓力傳感器5的壓力和測(cè)量電極6間的電阻，由于在水中時(shí)測(cè)量電極間的電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于在空氣中時(shí)；當(dāng)測(cè)量電極6檢測(cè)到電阻突然變小時(shí)，則測(cè)桿4停止向下運(yùn)動(dòng)，測(cè)得該測(cè)點(diǎn)在水中，完成該測(cè)點(diǎn)測(cè)量；反之若測(cè)量電極6未檢測(cè)到電阻突然變小，而壓力傳感器5檢測(cè)到壓力增大，則測(cè)桿4停止向下運(yùn)動(dòng)，測(cè)得該測(cè)點(diǎn)在岸上，完成該測(cè)點(diǎn)測(cè)量；
[0027]步驟四、測(cè)車2沿模型斷面從左岸向右岸重復(fù)步驟三的流程作掃描探測(cè)運(yùn)動(dòng)，測(cè)得如后相鄰兩測(cè)點(diǎn)中，IU一點(diǎn)在序上，后一點(diǎn)在水中時(shí)，則左水邊點(diǎn)在這組相鄰兩測(cè)點(diǎn)中；相應(yīng)地，測(cè)得前后相鄰兩測(cè)點(diǎn)中，前一點(diǎn)在水中，后一點(diǎn)在岸上時(shí)，則右水邊點(diǎn)在這組相鄰兩測(cè)點(diǎn)中；
[0028]步驟五、記錄保存左右水邊點(diǎn)的位置坐標(biāo)，進(jìn)行后續(xù)數(shù)據(jù)處理，完成河工模型水面邊界自動(dòng)識(shí)別過程。
[0029]需要注意的是步驟三中測(cè)車2移動(dòng)的步距可以調(diào)整以使測(cè)量結(jié)果更加精確，測(cè)桿4上升以測(cè)量電極6脫離水面，電極兩端沒有水膜為準(zhǔn)。本發(fā)明工作過程中，測(cè)桿4當(dāng)前位置是否接觸到水面，或者測(cè)桿壓力傳感器是否壓力過大，以及測(cè)桿運(yùn)動(dòng)控制均由集成在信號(hào)檢測(cè)驅(qū)動(dòng)控制板上的單片機(jī)控制。測(cè)橋1、測(cè)車2的驅(qū)動(dòng)與定位及測(cè)桿4的定位由集成在控制板上的功能模塊:測(cè)橋X向驅(qū)動(dòng)定位部分、測(cè)車Y向驅(qū)動(dòng)定位部分及水邊線判別計(jì)算、測(cè)桿Z向定位等由工控計(jì)算機(jī)或普通個(gè)人計(jì)算機(jī)控制?？刂品绞娇梢允怯芯€或無線控制。因而運(yùn)用本發(fā)明的水邊界識(shí)別測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量方法自動(dòng)化程度高，為完善模型試驗(yàn)斷面流速分布自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)及后續(xù)數(shù)據(jù)處理工作，提供必要的檢測(cè)方法和檢測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果，具有可操作性強(qiáng)、精確度高、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。
[0030]其它未詳細(xì)說明的部分均為現(xiàn)有技術(shù)。
【權(quán)利要求】
1.河工模型試驗(yàn)水邊界識(shí)別測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于: 它包括設(shè)置在模型兩岸的兩條導(dǎo)軌(7 )，所述導(dǎo)軌(7 )上安裝有測(cè)橋(I);所述測(cè)橋(I)橫跨待測(cè)模型左、右岸；所述可沿導(dǎo)軌(7)水平運(yùn)動(dòng)的測(cè)橋(I)上設(shè)有測(cè)車(2)，所述測(cè)車(2)與測(cè)橋(I)滑動(dòng)連接，可沿測(cè)橋(I)水平移動(dòng)的測(cè)車(2)上安裝有升降驅(qū)動(dòng)定位裝置，所述升降驅(qū)動(dòng)定位裝置上安裝有升降架(3)，所述升降架(3)與測(cè)車(2)滑動(dòng)連接，所述可上下運(yùn)動(dòng)的升降架(3)上安裝有測(cè)桿(4)及壓力傳感器(5);所述測(cè)桿(4)上安裝有測(cè)量電極(6 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的河工模型試驗(yàn)水邊界識(shí)別測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于: 所述測(cè)橋(I)水平方向即X向的驅(qū)動(dòng)與定位由計(jì)算機(jī)通過有線數(shù)據(jù)控制或無線數(shù)據(jù)控制方式實(shí)現(xiàn)；所述測(cè)車(2)水平方向即Y向的驅(qū)動(dòng)與定位由計(jì)算機(jī)通過有線數(shù)據(jù)控制或無線數(shù)據(jù)控制方式實(shí)現(xiàn)；所述升降架(3)垂直方向即Z向的驅(qū)動(dòng)與定位由計(jì)算機(jī)通過有線數(shù)據(jù)控制或無線數(shù)據(jù)控制方式實(shí)現(xiàn)。
3.應(yīng)用權(quán)利要求1或2中任一權(quán)利要求所述的河工模型試驗(yàn)水邊界識(shí)別測(cè)量系統(tǒng)的水邊界測(cè)量的方法，其特征在于它包括如下步驟: 步驟一、在待測(cè)河工模型上驅(qū)動(dòng)測(cè)橋(I)運(yùn)動(dòng)到選定的待測(cè)模型斷面位置； 步驟二、從模型左岸起，測(cè)桿(4)隨升降架(3)從原點(diǎn)高程向下運(yùn)動(dòng)，第一點(diǎn)通常在左岸上，在此過程中隨時(shí)檢測(cè)測(cè)桿壓力傳感器(5)的壓力和測(cè)量電極(6)間的電阻，當(dāng)壓力傳感器(5)檢測(cè)到壓力增大，則測(cè)桿(4)停止向下運(yùn)動(dòng)，確定該點(diǎn)在左岸的洲灘上，完成第一個(gè)點(diǎn)的測(cè)量； 步驟三、測(cè)桿(4)升高5mm后，測(cè)車(2)向右岸移動(dòng)一個(gè)步距，開始進(jìn)行下一個(gè)測(cè)點(diǎn)的測(cè)量，測(cè)桿(4)由升降架(3)驅(qū)動(dòng)自上向下運(yùn)動(dòng)，此過程中隨時(shí)檢測(cè)測(cè)桿壓力傳感器(5)的壓力和測(cè)量電極(6)間的電阻，由于在水中時(shí)測(cè)量電極間的電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于在空氣中時(shí)；當(dāng)測(cè)量電極(6)檢測(cè)到電阻突然變小時(shí)，則測(cè)桿(4)停止向下運(yùn)動(dòng)，測(cè)得該測(cè)點(diǎn)在水中，完成該測(cè)點(diǎn)測(cè)量；反之若測(cè)量電極(6)未檢測(cè)到電阻突然變小，而壓力傳感器(5)檢測(cè)到壓力增大，則測(cè)桿(4)停止向下運(yùn)動(dòng)，測(cè)得該測(cè)點(diǎn)在岸上，完成該測(cè)點(diǎn)測(cè)量； 步驟四、測(cè)車(2 )沿模型斷面從左岸向右岸重復(fù)步驟三的流程作掃描探測(cè)運(yùn)動(dòng)，測(cè)得前后相鄰兩測(cè)點(diǎn)中，IU 一點(diǎn)在序上，后一點(diǎn)在水中時(shí)，則左水邊點(diǎn)在這組相鄰兩測(cè)點(diǎn)中；相應(yīng)地，測(cè)得前后相鄰兩測(cè)點(diǎn)中，前一點(diǎn)在水中，后一點(diǎn)在岸上時(shí)，則右水邊點(diǎn)在這組相鄰兩測(cè)占中.1 ? 步驟五、記錄保存左右水邊點(diǎn)的位置坐標(biāo)，進(jìn)行后續(xù)數(shù)據(jù)處理，完成河工模型水面邊界自動(dòng)識(shí)別過程。
【文檔編號(hào)】G01C13/00GK103644898SQ201310653193
【公開日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2013年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月5日
【發(fā)明者】胡向陽, 許明, 朱勇輝, 許暉, 王敏, 周銀軍, 胡德超, 黃建成 申請(qǐng)人:長(zhǎng)江水利委員會(huì)長(zhǎng)江科學(xué)院