[发明专利]一种河道流冰疏密度自动监测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种河道流冰疏密度自动监测装置及方法。

背景技术

河道流冰疏密度是指测验河段内，冰块与冰花的平面面积与敞露水面面积的比值。河流冰情现象是北方河流的重要特征，冰凌观测是为了掌握河流结冰情况，了解冰凌的变化规律，为探索和分析冰期水文现象及规律提供必要的资料。为水利工程建设，交通运输等国民经济发展服务。

北方河流在封冻前、解冻期均有大量流冰形成，冰流量测验的目的是了解河流中流冰的数量，并计算冰总量。

疏密度的测量是冰流量测验中的一项重要而经常的工作，尤如水位和单沙一样，是推求冰流量的重要因素。

测量疏密度常用的方法有目估法、统计法和摄影法三种。经常观测或简测法施测冰流量时用目估法，精测法施测冰流量时用统计法，摄影法适合河宽小于150m的河流，可用于经常观测或施测冰流量。

使用目测法时，当全河面各部分流冰疏密度相差很大时，应目估各部分的疏密度和部分宽，用加权平均法计算断面平均疏密度。

使用统计法时，应先测定断面上各垂线的疏密度，再经过计算，求出断面平均疏密度。垂线疏密度可用经纬仪施测，或用垂索目测。

使用摄影法时，照相机距水面高度应不小于和宽带的1/10。拍摄时，应将河面流冰情况及上、中、下各断面的标志拍摄下来。计算疏密度时，应进行投影校正。

上述疏密度测量方法需要依靠观测人员全程参与估计、判断，随意性很大，且必须具有充足的光线便于人眼观看，在夜晚几乎不可能完成测量，在白天也很难实现连续在线监测。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对上述现有技术的不足，提供一种河道流冰疏密度自动监测装置及方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种河道流冰疏密度自动监测装置，包括：

激光测距仪：用于测量激光测距仪探头至测验点的距离；所述测验点位于与河道水流方向垂直的测验断面上；

水位计：设置在河道岸边水位测井内（浮子式）或河道水下（压力式），用于测量河道水位，并将河道水位数据传送给遥测终端；浮子式水位计设置在河道岸边水位测井内，压力式水位计设置在河道水下；

遥测终端：用于控制激光测距仪测量激光测距仪探头至测验点的距离，并根据水位计测量的河道水位以及激光测距仪测量的激光测距仪探头至测验点的距离计算流冰疏密度；

电源模块：用于为遥测终端提供工作电源。

优选地，本发明的监测装置还包括：

云台：与遥测终端以及电源模块连接，在遥测终端的控制下带动激光测距仪定位至不同的测验点；

通信模块：用于将遥测终端计算的流冰疏密度数据、河道水位、激光测距仪探头至河道冰面的距离发送至数据中心；

数据中心：用于接收通信模块转发的流冰疏密度数据、河道水位、激光测距仪探头至河道冰面的距离。云台、通信模块、数据中心可以使本发明的监测装置更加智能化。

优选地，所述电源模块包括依次连接的太阳能板、充电控制器和蓄电池；所述蓄电池与所述遥测终端、云台电连接，该电源模块结构简单，利用太阳能发电，节能环保。

本发明还提供了一种利用上述监测装置监测河道流冰疏密度的方法，该方法主要过程如下：将所述监测装置水位计以外的部分安装在测验断面对应的防洪堤上，所述测验断面与河道水流方向垂直；在所述测验断面上取若干个测验点；对于第i个测验点，激光测距仪在时间T内每隔时间t测量激光测距仪探头至该测验点的距离，得到多组距离数据，确定该测验点对应的距离阈值Lb_i，统计小于或等于距离阈值Lb_i的距离数据的数量N，则第i个测验点处的河道流冰疏密度为N/（T/t）；同理获取其余测验点处的河道流冰疏密度；其中第i个测验点对应的距离阈值Lb_i计算公式为：,为激光测距仪安装高程；为测量开始时水位计测量的河道水位；为测量开始时激光测距仪探头和测验点之间连线与河道水面或冰面的夹角。

优选地，T=100s，t=1s，保证测量精度。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明的监测装置能够自动监测河道流冰疏密度，无需人工参与，且测量不受光线影响，白天夜晚均能实现连续在线测量；本发明的方法相对现有方法测量精度高，容易实现。

附图说明

图1为本发明实施例自动监测装置结构框图；

图2为本发明实施例监测装置安装平面布置图；

图3为本发明实施例自动监测装置安装侧视图；