一种雷达测流装置及系统的制作方法

1.本发明属于水利信息化技术领域，尤其涉及一种雷达测流装置及系统。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.目前，接触式的河流、河道的测流方式，人工无法测验河流的流量，同时在恶劣的野外环境下无法实现真正的“无人值守”，对与危险河道的过境检测，受到底沙、树木等漂浮物等的损害，无法保证测量的安全性和准确率。
4.当前遥测雨量站、遥测水位计技术已非常成熟，获得大面积推广应用，而作为水文基础数据之一的河流流量测验，目前虽有多种无人遥测方法，均因技术或经济的原因无法在水文工作中大范围应用。


技术实现要素：

5.为了解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题，本发明的第一个方面提供一种雷达测流装置及系统，其采用非接触式的雷达测流方式，不仅能解决人工无法测验河道流量的问题，而且在恶劣的野外环境下实现真正的“无人值守”，有效提高河流流量监测现代化水平。
6.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.一种雷达测流装置，包括：处理器、信号放大电路、信号转换电路以及雷达天线；
8.所述雷达天线用于通过向河道水面发射雷达波，并获取经水面返回的雷达波信号转换成电信号，经过信号放大电路和信号转换电路转化为数字信号传输至处理器；
9.所述处理器用于根据数字信号结合多普勒原理得到表面流速信息，结合水力学模型计算出河道当前的水位信息、瞬时流量信息以及与设定时间内的累计流量信息。
10.作为一种实施方式，所述处理器用于基于统计学相关分析方法，采用相关系数高的某条垂线代表流速计算断面流量信息，基于水力学河道流量测验依据的断面流量计算方法，计算得出河道的瞬时流量信息与设定时间内的累计流量信息。
11.作为一种实施方式，所述雷达波信号的获取过程为：基于调频连续波原理，在扫频周期内发射频率变化的连续波，被物体反射后的回波与发射信号有一定的频率差，通过测量频率差可以获得目标与雷达之间的距离信息。
12.作为一种实施方式，所述雷达测流装置还包括供电电路以及无线通讯电路；
13.所述供电电路用于通过获取外部电能，稳定电压后为雷达测流装置供电。
14.所述无线通讯电路与用户端进行通讯，用于对雷达测流装置进行远程配置，配置信息包括雷达波方向，测流档位，河道类型，水利模型参数数据。
15.作为一种实施方式，所述雷达测流装置可通过用户端进行远程配置；
16.所述远程配置信息包括：雷达波方向信息、河道类型信息以及水力模型信息，所述
水力模型信息包括河道形状，河道基础参数以及岸边系数。
17.为了解决上述问题，本发明的第二个方面提供一种雷达测流系统，其采用非接触式的雷达测流方式，不仅能解决人工无法测验河道流量的问题，而且在恶劣的野外环境下实现真正的“无人值守”，有效提高河流流量监测现代化水平。
18.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
19.一种雷达测流系统，包括雷达测流装置、视频监控平台、服务器、信息化平台和环境监测平台；
20.所述服务器一端分别和雷达测流装置以及视频监控平台连接，另一端分别和信息化平台以及环境监测平台相连，所述服务器用于接收雷达测流装置和视频监控平台采集的数据，并将该数据处理后在信息化平台和环境监测平台显示；
21.其中，所述雷达测流装置用于通过非接触式雷达测流方式，获取河道测量数据，所述视频监控平台用于实时采集河道现场图片与视频。
22.作为一种实施方式，所述信息化平台和环境监测平台连接，所述环境监测平台包括气象监测站和遥测终端机，所述气象监测站包括多种传感器，所述多种传感器用于将采集的多种环境信息采集数据上传至信息化平台。
23.作为一种实施方式，所述信息化平台通过网线和监控平台连接，所述视频监控平台包括球形摄像机、高速步进电机云台、嵌入式解码器板、球机护罩、安装支架以及扩音喇叭；
24.所述安装支架与高速步进电机云台固定在一起，高速步进电机云台与球机护罩使用金属螺栓固定，并包裹住球型摄像机；
25.所述嵌入式解码板内嵌在球型摄像机内部，嵌入式解码板留出接口连接扩音喇叭，扩音喇叭与嵌入式解码板通过导线相连。
26.作为一种实施方式，所述信息化平台用于通过视觉分析算法识别进入河道危险区域的人或其他动物，并根据河道危险区域基础信息，向监控平台中扩音喇叭下达指令，所述扩音喇叭用于对进入河道危险区域的人员进行警告处理，所述信息化平台将预警信息通过短息的方式发送至用户客户端。
27.作为一种实施方式，所述雷达测流系统还包括供电系统，所述供电系统包括太阳能电池板、太阳能控制器、蓄电池组以及市电智能切换器；
28.所述太阳能充电控制器外设太阳能电池板与蓄电池接口，蓄电池接口连接蓄电池组，所述太阳能充电控制器分别与太阳能电池板以及蓄电池通过导线连接；
29.所述市电智能切换器外设太阳能电池板、蓄电池以及市电接口，使用导线连接至相应端口。
30.本发明的有益效果是：
31.本发明采用非接触式的雷达测流方式，在获取河道水位和表面流速后，基于统计学相关分析方法，采用相关系数高的某条垂线代表流速计算断面流量，另基于水力学河道流量测验依据的断面流量计算方法，计算得出河道的瞬时流量与一段时间内的累计流量。不仅能解决人工无法测验河道流量的问题，而且在恶劣的野外环境下实现真正的“无人值守”，有效提高河流流量监测现代化水平。
32.本发明的雷达测流系统及装置，安装在天然河道、河流、灌渠等水体的上方或者涵
洞、桥梁的下方，一般会高于地面和低于桥面，通过横臂伸出到水体上方，可以用于危险河道的过境检测，避免了底沙、树木等漂浮物对一起的损害，提高安全性，实用性。
33.本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
34.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
35.图1是本发明的一种雷达测量装置结构示意图；
36.图2是本发明的一种雷达测量系统结构示意图；
37.图3是本发明视频监控平台示意图。
具体实施方式
38.下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
39.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
40.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
41.在本发明中，术语如“上方”、“下方”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。
42.本发明中，术语如“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。
43.实施例1
44.如图1所示，本实施例提供一种雷达测流装置，所述雷达测流装置包括处理器、放大电路、模拟/数字信号转换电路以及雷达天线；
45.所述雷达天线通过向河道水面发射雷达波，并获取经水面返回的雷达波信号转换成电信号，经过信号放大电路和模拟/数字信号转换电路转化为数字信号传输至处理器；
46.所述处理器用于根据数字信号结合多普勒原理得到表面流速信息，结合水力学模型计算出河道当前的水位信息、瞬时流量信息以及与设定时间内的累计流量信息。
47.作为一种或多种实施例，所述处理器用于基于统计学相关分析方法，采用相关系数高的某条垂线代表流速计算断面流量信息，基于水力学河道流量测验依据的断面流量计算方法，计算得出河道的瞬时流量信息与设定时间内的累计流量信息。
48.其中，表面流速信息是水的表面流速，单位为m/s，断面流量信息是指单位时间内
流过的水量，单位m3/s，两者为不同的物理量。
49.作为一种或多种实施例，所述雷达天线用于基于调频连续波原理(fmcw)，在扫频周期内发射频率变化的连续波，被物体反射后的回波与发射信号有一定的频率差，通过测量频率差可以获得目标与雷达之间的距离信息。
50.所述雷达测流装置还包括供电电路、无线通讯电路及网络通讯电路。
51.所述供电电路用于通过获取外部电能，稳定电压后为雷达测流装置供电。
52.所述无线通讯电路与用户端手机端app进行通讯，用于对雷达测流装置进行远程配置，配置信息包括雷达波方向，测流档位，河道类型，水利模型参数等数据；
53.所述网络通讯电路用于雷达测流装置与和信息化平台进行通讯，将所采集的水位数据、瞬时流量数据，累计流量数据，水力模型数据，网络信号强度上传至信息化平台。
54.作为一种或多种实施例，所述雷达测流装置可通过用户端附近进行远程配置和校准；
55.所述远程配置信息包括：雷达波方向信息、河道类型信息以及水力模型信息，所述水力模型信息包括河道形状，河道基础参数以及岸边系数。
56.本发明的雷达测流装置，安装在天然河道、河流、灌渠等水体的上方或者涵洞、桥梁的下方，一般会高于地面和低于桥面，通过横臂伸出到水体上方，可以用于危险河道的过境检测，避免了底沙、树木等漂浮物对一起的损害，提高安全性，实用性。
57.实施例2
58.如图2所示，本实施例提供一种雷达测流系统，包括雷达测流装置、视频监控平台、服务器、信息化平台和环境监测平台；
59.所述服务器一端分别和雷达测流装置以及视频监控平台连接，另一端分别和信息化平台以及环境监测平台相连，所述服务器用于接收雷达测流装置和视频监控平台采集的数据，并将该数据处理后在信息化平台和环境监测平台显示。其中，所述雷达测流装置用于通过非接触式雷达测流方式，获取河道测量数据，所述视频监控平台用于实时采集河道现场图片与视频。
60.作为一种或多种实施例，所述信息化平台和环境监测平台连接，所述环境监测平台包括气象监测站和遥测终端机，所述气象监测站包括多种传感器，所述多种传感器用于将采集的多种环境信息采集数据上传至信息化平台。
61.可以理解的，在其他的实施例中，所述传感器包括太阳辐射传感器，光照强度传感器，空气温湿度传感器以及降雨量传感器等，本领域技术人员可以根据具体工况自行设置，在此不作详述。
62.作为一种或多种实施例，所述环境监测平台用于显示获取太阳辐射，光照强度，空气温湿度以及降雨量等。
63.所述信息化平台用于提供干渠引供水状况，用水汇总，明渠测流，监测预警，灌溉工程情况，灌区概况，基本信息情况，水雨情监测，设备在线状态，明渠站点详细情况。
64.其中，干渠引供水状况，用水汇总等数据来自雷达测流装置所监测的明渠数据，信息化平台经过处理后显示出来；
65.明渠测流数据来自雷达测流装置所采集的数据；
66.监测预警，用户提前在信息化平台中设置预警信息，只有依据雷达测流装置上传
的数据做对比；
67.灌溉工程情况，灌区概况，明渠站点详细情况的数据均来自于雷达测流装置所监测的数据，经过信息化平台处理后显示出来；
68.水雨情监测数据来自水雨情监测站上传的数据；
69.设备在线状态数据来自于雷达测流装置，视频监控平台等上传的数据，根据上传的数据判断在线、离线；
70.所述干渠引供水状况包括县区河道的总引水量和各支流河道的灌溉供水量；
71.所述用水汇总包括当地县区各乡镇、街道、经济开发区的河道用水总量；
72.所述明渠测流板块包括县区各河道流量监测站点的上报时间、在线状态、瞬时流量、累计流量等数据，用于直观描述该站点的水源使用情况；
73.所述监测预警包括河道预警、水位预警以及闸坝预警的数量，将预警信息以短信的方式发送至用户手机；
74.所述灌溉工程情况包括水位、明渠测流、闸门、视频监控在线数量与使用情况；
75.所述视频监控，可通过有线的方式连接安装在现场的监控摄像头，用于观察现场的实际状况；
76.所述灌区概括包括气候特征、年太阳辐射，年日照时数、年平均气温、年平均雨量以及该监测县区的灌区总面积、受益人口、支流河道的基本信息；所述水雨情监测板块包括当天的实时水位、汛线水位、降雨量，并以折线的方式呈现给用户，所述降雨量包括，日、月，季度、年的降雨数据。
77.如图3所示，作为一种或多种实施例，所述信息化平台通过网线和视频监控平台连接，所述视频监控平台包括球形摄像机、高速步进电机云台、嵌入式解码器板、球机护罩、安装支架以及扩音喇叭。
78.所述安装支架与高速步进电机云台通过螺栓固定在一起，高速步进电机云台与球机护罩使用金属螺栓固定，并包裹住球型摄像机。
79.所述嵌入式解码板内嵌在球型摄像机内部，嵌入式解码板留出接口连接扩音喇叭，扩音喇叭与嵌入式解码板通过导线相连。
80.雷达测流装置的数据与视频监控平台的数据传输至服务器中，环境监测平台在服务器中提取数据经过处理之后在界面中显示出来，服务器起到纽带的作用。
81.所述球形摄像机和服务器连接，所述服务器用于将采集的图像和视频信息传输至信息化平台；所述信息化平台用于控制高速步进电机云台进行转动，以达到360
°
的监视效果。
82.所述嵌入式解码器板与球型摄像机连为一体，用于解析摄像头所采集的图像与视频的模拟信号；
83.所述信息化平台用于通过视觉分析算法识别进入河道危险区域的人或其他动物，并根据河道危险区域基础信息，向监控平台中扩音喇叭下达指令，所述扩音喇叭用于对进入河道危险区域的人员进行警告处理，所述信息化平台将预警信息通过短息的方式发送至用户客户端。
84.所述雷达测流系统还包括供电系统，所述供电系统采用市电太阳能互补供电系统，所述供电系统包括太阳能电池板、太阳能控制器、蓄电池组以及市电智能切换器；
85.所述太阳能充电控制器外设太阳能电池板与蓄电池接口，蓄电池接口连接蓄电池组，所述太阳能充电控制器分别与太阳能电池板以及蓄电池通过导线连接；
86.市电智能切换器外设太阳能电池板、蓄电池以及市电接口，使用导线连接至相应切换器接线(压线)端口。
87.所述太阳能充电控制器对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用；所述蓄电池为胶体电池，其特征可在低温环境下使用，所述市电智能切换器在多个阴雨天气，蓄电池电量耗尽的情况下，自动切换到市电输出，与市电互补，使供电系统更加稳定。
88.本发明的雷达测流系统，可安装在天然河道、河流、灌渠等水体的上方或者涵洞、桥梁的下方，一般会高于地面和低于桥面，通过横臂伸出到水体上方，可以用于危险河道的过境检测，避免了底沙、树木等漂浮物对一起的损害，提高安全性，实用性。
89.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。