动力浮筒式水陆两栖水文测验无人船的制作方法

1.本技术涉及水文测验技术领域，尤其涉及一种动力浮筒式水陆两栖水文测验无人船。


背景技术：

2.水文测验是水文部门的主要工作，作业内容包括水位观测、流量测验、含沙量测验和水质检测等。其中的流量测验工作简称测流，作业内容是对河道内的水的流量进行测量，测流工作是水文测验中的重点和难点。测流要测得三类数据——流速、水深和垂线间距，三类数据缺一不可。
3.测流工作存在两大难点，一是过河，二是测深。过河是测流工作的必然要求，因为要测流就得从河道一侧沿着断面直行至另一侧。过河难点是由于天然河道变化无常造成的，天然河道里的水流量忽大忽小，水位忽高忽低，水流忽左忽右，河床忽冲忽淤，流量、水位、水深和水面宽度转眼之间可相差几倍、几十倍、甚至几百倍。在此情况下不论是涉水过河、测船过河、测桥过河还是吊箱过河都存在很大的局限性。普通无人船和人工驾驶测船虽然相较于其他过河方式有优势，但这两者只适用于较大河流，对于众多的无法漂起小船的小河流来说是不适用的。测深作为难点是因为受泥沙问题影响，声学设备等现代化测深设备在测深方面的使用局限性很大，只能在清水中使用，加之无法过河，所以无法普及。而天然河道的断面形状受水流冲刷影响在不断变化，所以每次测流时都需要测深。修建人工混凝土断面虽可解决这一问题，但大河站建设人工断面费用极其高昂，小河站虽然建设成本相对较低但因其河床多为鹅卵石且水流速较大，人工断面极易被冲毁，所以无法普及。


技术实现要素：

4.为至少在一定程度上克服使用相关技术进行水文测验时存在的过河和测深两大难点问题，本技术提供一种动力浮筒式水陆两栖水文测验无人船。
5.本技术的方案如下：
6.一种动力浮筒式水陆两栖水文测验无人船，包括：
7.船架、动力浮筒、浮筒轴、驱动电机、定位设备、水文测验设备、控制器和操作终端；
8.所述水文测验设备至少包括：超声波测深仪和测深绳；
9.所述动力浮筒为两个，两个动力浮筒分别设置在所述船架两侧；
10.所述动力浮筒内部中空，所述浮筒轴纵向贯穿并延伸出所述动力浮筒两端；
11.所述驱动电机设置在所述浮筒轴上，且通过齿轮连接所述动力浮筒；
12.所述船架设置在所述浮筒轴延伸出所述动力浮筒的部分；
13.所述定位设备、水文测验设备和控制器均设置在所述船架上；
14.所述控制器分别连接所述定位设备、所述水文测验设备、所述驱动电机和所述操作终端；所述控制器用于接收所述操作终端发送的预设行进路线，通过所述定位设备获取当前定位数据，根据所述当前定位数据，按照所述预设行进路线控制所述驱动电机带动所
述动力浮筒转动，使所述动力浮筒带动所述船架按照预设行进路线行进；所述控制器还用于控制所述水文测验设备进行水文测验。
15.优选的，在本技术一种可实现的方式中，所述水文测验设备至少还包括：
16.超声波测速仪、水质采样器和泥沙采样器。
17.优选的，在本技术一种可实现的方式中，还包括：立杆；
18.所述超声波测速仪通过立杆固定在所述船架上；
19.所述立杆垂直穿过所述船架伸入水中，所述立杆伸入水中的一端设置有尾翼，用于使所述超声波测速仪始终正对水流方向。
20.优选的，在本技术一种可实现的方式中，还包括：
21.水体感应器；
22.所述水体感应器为多个，多个所述水体感应器分别设置在所述浮筒轴两端；
23.所述水体感应器连接所述控制器，用于在感应到水体时获取水位数据，并向所述控制器发送入水信号和所述水位数据。
24.优选的，在本技术一种可实现的方式中，还包括：图像采集设备；
25.所述图像采集设备设置在所述船架上；
26.所述图像采集设备连接所述控制器，用于采集所述船架周围的图像信息并将所述图像信息发送到所述操作终端。
27.优选的，在本技术一种可实现的方式中，还包括：
28.遥控器；
29.所述遥控器无线连接所述控制器，用于向所述控制器发送遥控信号。
30.优选的，在本技术一种可实现的方式中，所述预设行进路线为m形。
31.优选的，在本技术一种可实现的方式中，所述动力浮筒外壁设置有螺旋纹。
32.本技术提供的技术方案可以包括以下有益效果：本技术中的动力浮筒式水陆两栖水文测验无人船，包括：船架、动力浮筒、浮筒轴、驱动电机、定位设备、水文测验设备、控制器和操作终端。动力浮筒为两个，两个动力浮筒分别设置在船架两侧；动力浮筒内部中空，浮筒轴纵向贯穿并延伸出动力浮筒两端；驱动电机设置在浮筒轴上，且通过齿轮连接动力浮筒；船架设置在浮筒轴延伸出动力浮筒的部分；定位设备、水文测验设备和控制器均设置在船架上，控制器分别连接定位设备、水文测验设备、驱动电机和操作终端。由于本技术中的动力浮筒内部中空，可以在水中向船架提供浮力，驱动电机可以带动动力浮筒转动，使得动力浮筒可以带动船架在水中或者陆地中行进，使得本技术中的动力浮筒式水陆两栖水文测验无人船不仅可以应用在深水河流，还可以应用在浅水河流。实施时，控制器接收操作终端发送的预设行进路线，通过定位设备获取当前定位数据，并根据当前定位数据，按照预设行进路线控制驱动电机带动动力浮筒转动，使动力浮筒带动船架按照预设行进路线行进，通过定位模块辅助船架按照预设行进路线行进，解决了现有技术中的过河难题。由于本技术中的水文测验设备至少包括超声波测深仪和测深绳，超声波测深仪能够实时测量无人船所处位置处的水深，测深绳可以在超声波测深仪不能使用的情况下使用测绳进行测深，二者相辅相成，可以应对各种条件下的测深工作，解决了现有技术中的测深难题。
33.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本技术。
附图说明
34.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本技术的实施例，并与说明书一起用于解释本技术的原理。
35.图1是本技术一个实施例提供的一种动力浮筒式水陆两栖水文测验无人船的结构示意图；
36.图2是本技术一个实施例提供的一种动力浮筒式水陆两栖水文测验无人船的电路结构示意图；
37.图3是本技术一个实施例提供的一种动力浮筒式水陆两栖水文测验无人船预设行进路线示意图。
38.附图标记：船架-1；动力浮筒-2；浮筒轴-3；驱动电机-4；定位设备-5；水文测验设备-6；控制器-7；操作终端-8。
具体实施方式
39.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本技术相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本技术的一些方面相一致的装置和方法的例子。
40.一种动力浮筒式水陆两栖水文测验无人船，参照图1-图2，包括：
41.船架1、动力浮筒2、浮筒轴3、驱动电机4、定位设备5、水文测验设备6、控制器7和操作终端8；
42.水文测验设备6至少包括：超声波测深仪和测深绳；
43.动力浮筒2为两个，两个动力浮筒2分别设置在船架1两侧；
44.动力浮筒2内部中空，浮筒轴3纵向贯穿并延伸出动力浮筒2两端；
45.驱动电机4设置在浮筒轴3上，且通过齿轮连接动力浮筒2；
46.船架1设置在浮筒轴3延伸出动力浮筒2的部分；
47.定位设备5、水文测验设备6和控制器7均设置在船架1上；
48.控制器7分别连接定位设备5、水文测验设备6、驱动电机4和操作终端8；控制器7用于接收操作终端8发送的预设行进路线，通过定位设备5获取当前定位数据，根据当前定位数据，按照预设行进路线控制驱动电机4带动动力浮筒2转动，使动力浮筒2带动船架1按照预设行进路线行进；控制器7还用于控制水文测验设备6进行水文测验。
49.本实施例中，控制器7可以但不限于通过无线连接方式与操作终端8进行通信连接。
50.本实施例中，操作终端8可以为设置在室内的计算器设备，也可以为设置在船架上的计算器设备。若操作终端8设置在室内，操作终端8可以通过无线通信方式与动力浮筒式水陆两栖水文测验无人船上的控制器7连接。工作人员可以通过操作终端8预先设定行进路线。预设行进路线可以为m形，本实施例中采用蛇行方式围绕断面走“m”形路线，如图3所示。
51.工作时无人船从河道一侧的a1点出发先逆水流向斜前方经过断面上的b1点行驶至c1点，然后经过断面上的b2点后退至a2点，再向前行经过断面上的b3点行至c2点，又经过断面上的b4点退回至a3点，如此先后到达b5、c3、b6、a4、b7、c4、b8等各点最后到达河对岸的
c5点。在行驶的过程中控制器7控制水文测验设备6进行水文测验。
52.本实施例中采用“m”形路线过河可满足测流需要，避免了船只因受水流冲击无法直线过河的难题。
53.根据无人船的行驶方式，每次测流前先在操作终端8上设定三维坐标系，其中平面坐标系可以是常用的地理坐标系，也可以是水文测站根据本站情况自行设定的坐标系，还可以是以水边为原点的临时坐标系。具体使用哪种坐标系由测流人员根据现场情况自行设定。基面高程也由测流人员自行设定，可以是国家认定的各个基面，也可以是假定基面，还可以是以水边水平面为原点的临时基面。然后设定a、b、c等各点坐标，以使无人船沿设定坐标行驶。断面上b1、b2、b3等各点的间距根据具体情况和需要设定，以能控制断面形状变化为宜。在不熟悉的河道测流时各坐标点的布设可密集设置，以使能最大限度的控制断面转折点。无人船在过河过程中无需掉头，只需前进或后退即可。返回时可依原路线返回，也可沿任意路线返回。
54.超声波测深仪的作用为测量水深，安装于船架1底部，能够实时测量无人船所处位置处的水深。超声波测深仪只能在清水或者水中泥沙含量较小的情况下使用。
55.测深绳的作用同样为测量水深。当水中泥沙含量较大，超声波测深仪不能使用的情况下可以使用测绳进行测深。测深绳为钢芯电线，底部吊有铅鱼，可确保测绳触底，铅鱼下有触底感应器，触底后测深绳电路会自动计算水深。
56.本实施例中的动力浮筒2外壁设置有螺旋纹，优选的，螺旋纹高度1.5-4厘米，间距4-8厘米。在浅水区域或陆地行驶时螺旋纹会嵌入泥土砂石中使得动力浮筒2带动船架1行进，在水中行驶时螺旋纹会像螺旋桨一样驱动船架1行进。现有技术中的普通无人船大多采用螺旋桨推进或喷水式推进，容易被水草缠绕，或被水中的各种堆积垃圾阻塞。本实施例中，通过在动力浮筒2外壁设置螺旋纹，避免了水草垃圾对动力浮筒2的影响，保证了船体的行驶安全性。
57.优选的，本实施例中的定位设备5可以但不限于为rtk(real-time kinematic，实时差分定位)测量仪，其精度可达厘米，能实时提供无人船的三维坐标。
58.优选的，本实施例中动力浮筒式水陆两栖水文测验无人船的电力供给为可充电锂电池。
59.本实施例中的动力浮筒式水陆两栖水文测验无人船，包括：船架1、动力浮筒2、浮筒轴3、驱动电机4、定位设备5、水文测验设备6、控制器7和操作终端8。动力浮筒2为两个，两个动力浮筒2分别设置在船架1两侧；动力浮筒2内部中空，浮筒轴3纵向贯穿并延伸出动力浮筒2两端；驱动电机4设置在浮筒轴3上，且通过齿轮连接动力浮筒2；船架1设置在浮筒轴3延伸出动力浮筒2的部分；定位设备5、水文测验设备6和控制器7均设置在船架1上，控制器7分别连接定位设备5、水文测验设备6、驱动电机4和操作终端8。由于本实施例中的动力浮筒2内部中空，可以在水中向船架1提供浮力，驱动电机4可以带动动力浮筒2转动，使得动力浮筒2可以带动船架1在水中或者陆地中行进，使得本技术中的动力浮筒式水陆两栖水文测验无人船不仅可以应用在深水河流，还可以应用在浅水河流。实施时，控制器7通过定位设备5获取当前定位数据，并根据当前定位数据，按照预设行进路线控制驱动电机4带动动力浮筒2转动，使动力浮筒2带动船架1按照预设行进路线行进，通过定位模块辅助船架1按照预设行进路线行进，解决了现有技术中的过河难题。由于本实施例中的水文测验设备至少包括
超声波测深仪和测深绳，超声波测深仪能够实时测量无人船所处位置处的水深，测深绳可以在超声波测深仪不能使用的情况下使用测绳进行测深，二者相辅相成，可以应对各种条件下的测深工作，解决了现有技术中的测深难题。
60.本实施例中的动力浮筒式水陆两栖水文测验无人船可用于任何大小的水文测站和临时测流点的水文测验作业，适用于任何地形和任何畅流期水况，可独立完成测流所需的流速、水深和间距测量并输出成果。使用时只需一名操作人员在控制器7上设置好运行参数，动力浮筒式水陆两栖水文测验无人船即可自行驶向河道完成工作并自行返回，不仅消除了安全隐患，还极大降低劳动强度。
61.一些实施例中的动力浮筒式水陆两栖水文测验无人船，水文测验设备6至少还包括：
62.超声波测速仪、水质采样器和泥沙采样器。
63.超声波测速仪的作用是在无人船行驶过程中实时测定所在位置的流速。
64.优选的，动力浮筒式水陆两栖水文测验无人船还包括：立杆；
65.超声波测速仪通过立杆固定在船架1上；
66.立杆垂直穿过船架1伸入水中，立杆伸入水中的一端设置有尾翼，用于使所述超声波测速仪始终正对水流方向。
67.水质采样器的作用是采取水样以供水质化验使用。工作时可在指定地点向水中指定水深处释放采样容器采取水样。
68.泥沙采样器的作用是采取水样以供泥沙分析。工作时可在指定地点向水中指定水深处释放采样容器采取水样。
69.本实施例中，上述水文测验设备6可选择安装或全部安装。
70.由于无人船在水中时会随着波浪起伏，船载超声波测深仪也随之起伏，当无人船处于波浪峰顶或者谷底时所测水深不能代表水面平静状态下的水深，亦即不能作为此刻水位下的水深来使用。同理，使用测深绳也存在同样的问题。对于这一问题处理器在处理时先以此刻水面高程减去此刻所测水深求得该处河底高程，然后以水位减去河底高程求得该处水深。如果施测断面处不能观读水位，则以无人船在水边所测水平面原点为水位或者以无人船在行驶过程中所测得所有水面高程的平均值为水位值。具体使用哪个水位值由操作人员自行选定。
71.在定位设备5与水文测验设备6的配合下，控制器7可绘制出测流时的断面图，然后根据测时水位可在断面图上查得断面上任意一点的水深。当河道中水流很小不足以使无人船漂浮起来的时候，无人船可沿断面方向直线行驶过河，定位设备5会实时记录行驶中各点的河底高程，再与水位配合可绘制出断面图并查得各点水深。
72.船载超声波测速仪在无人船入水后即开始工作，测速仪在尾翼的作用下始终指向来水方向，实时测得断面上各点处的流速。根据测流规范，测流位置必须选在河道顺直且水流平稳的河段，因此测流断面上下各5米的范围内流速与流向基本不会有变化。在此情况下，不论无人船处于什么位置，测速仪在该点所测流速，都可代表该点与断面垂直相交线上的点的流速。由于无人船是处于运动状态，控制器7会实时记录其运行轨迹并据此计算出船体在水流方向上的速度，逆水为负值，顺水为正值，最终水的流速值为实测流速与船速之和。流速值确定后控制器7会根据所测数值绘制流速分布曲线图，计算流量需要的流速值采
取在流速分布曲线图上所查得的数值。
73.本实施例中，以超声波测深仪和测深绳解决测深问题，以超声波测速仪测量流速，以定位设备5精准定位测量测深垂线间距和测速垂线间距，可一次获得流量测量所需的水深、流速和间距数据并输出成果。
74.一些实施例中的动力浮筒式水陆两栖水文测验无人船，还包括：
75.水体感应器；
76.水体感应器为多个，多个水体感应器分别设置在浮筒轴3两端；
77.水体感应器连接控制器7，用于在感应到水体时获取水位数据，并向控制器7发送入水信号和水位数据。
78.本实施例中的水感应器可以设置为4个，分别安装于两个浮筒轴3的两端，当水体感应器接触到水体时，水感应器会向控制器7发送入水信号提示无人船已经进入水中，并获取水位数据向控制器7发送水位数据。
79.一些实施例中的动力浮筒式水陆两栖水文测验无人船，还包括：图像采集设备；
80.图像采集设备设置在船架1上；
81.图像采集设备连接控制器7，用于采集船架1周围的图像信息并将图像信息发送到操作终端8。
82.进一步的，动力浮筒式水陆两栖水文测验无人船，还包括：
83.遥控器；
84.遥控器无线连接控制器7，用于向控制器7发送遥控信号。
85.优选的，遥控信号可以包括控制驱动电机4的信号。控制器7可以根据遥控信号控制驱动电机4带动动力浮筒2进行不同方向、速度的转动，进而调整船体的行进方向和行进速率。
86.本实施例中，行进过程中如果控制器7发现无人船没有通过预设坐标，或者临时需要在断面上增加测点，或者通过图像采集设备采集的图像信息发现有可能撞上水面漂浮物，工作人员可通过遥控器修正无人船行驶路线，无人船在执行完遥控器的临时指令后依然执行未完成的预设指令。最终间距值以无人船通过断面时的坐标为准。
87.可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
88.需要说明的是，在本技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
89.流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本技术的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本技术的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
90.应当理解，本技术的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下
列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
91.本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
92.此外，在本技术各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
93.上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
94.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
95.尽管上面已经示出和描述了本技术的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本技术的限制，本领域的普通技术人员在本技术的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

技术特征：
1.一种动力浮筒式水陆两栖水文测验无人船，其特征在于，包括：船架、动力浮筒、浮筒轴、驱动电机、定位设备、水文测验设备、控制器和操作终端；所述水文测验设备至少包括：超声波测深仪和测深绳；所述动力浮筒为两个，两个动力浮筒分别设置在所述船架两侧；所述动力浮筒内部中空，所述浮筒轴纵向贯穿并延伸出所述动力浮筒两端；所述驱动电机设置在所述浮筒轴上，且通过齿轮连接所述动力浮筒；所述船架设置在所述浮筒轴延伸出所述动力浮筒的部分；所述定位设备、水文测验设备和控制器均设置在所述船架上；所述控制器分别连接所述定位设备、所述水文测验设备、所述驱动电机和所述操作终端；所述控制器用于接收所述操作终端发送的预设行进路线，通过所述定位设备获取当前定位数据，根据所述当前定位数据，按照所述预设行进路线控制所述驱动电机带动所述动力浮筒转动，使所述动力浮筒带动所述船架按照预设行进路线行进；所述控制器还用于控制所述水文测验设备进行水文测验。2.根据权利要求1所述的动力浮筒式水陆两栖水文测验无人船，其特征在于，所述水文测验设备至少还包括：超声波测速仪、水质采样器和泥沙采样器。3.根据权利要求2所述的动力浮筒式水陆两栖水文测验无人船，其特征在于，还包括：立杆；所述超声波测速仪通过立杆固定在所述船架上；所述立杆垂直穿过所述船架伸入水中，所述立杆伸入水中的一端设置有尾翼，用于使所述超声波测速仪始终正对水流方向。4.根据权利要求1所述的动力浮筒式水陆两栖水文测验无人船，其特征在于，还包括：水体感应器；所述水体感应器为多个，多个所述水体感应器分别设置在所述浮筒轴两端；所述水体感应器连接所述控制器，用于在感应到水体时获取水位数据，并向所述控制器发送入水信号和所述水位数据。5.根据权利要求1所述的动力浮筒式水陆两栖水文测验无人船，其特征在于，还包括：图像采集设备；所述图像采集设备设置在所述船架上；所述图像采集设备连接所述控制器，用于采集所述船架周围的图像信息并将所述图像信息发送到所述操作终端。6.根据权利要求1所述的动力浮筒式水陆两栖水文测验无人船，其特征在于，还包括：遥控器；所述遥控器无线连接所述控制器，用于向所述控制器发送遥控信号。7.根据权利要求1所述的动力浮筒式水陆两栖水文测验无人船，其特征在于，所述预设行进路线为m形。8.根据权利要求1所述的动力浮筒式水陆两栖水文测验无人船，其特征在于，所述动力浮筒外壁设置有螺旋纹。9.根据权利要求1所述的动力浮筒式水陆两栖水文测验无人船，其特征在于，还包括：
可充电锂电池；所述可充电锂电池设置在所述船架上，分别连接所述驱动电机、所述定位设备、所述水文测验设备、所述控制器和所述操作终端，用于为所述驱动电机、所述定位设备、所述水文测验设备、所述控制器和所述操作终端进行供电。

技术总结
本申请涉及一种动力浮筒式水陆两栖水文测验无人船，本申请中的动力浮筒式水陆两栖水文测验无人船，包括：船架、动力浮筒、浮筒轴、驱动电机、定位设备、水文测验设备、控制器和操作终端。本申请中的动力浮筒式水陆两栖水文测验无人船不仅可以应用在深水河流，还可以应用在浅水河流，解决了现有技术中的过河难题。本申请中的水文测验设备至少包括超声波测深仪和测深绳，二者相辅相成，可以应对各种条件下的测深工作，解决了现有技术中的测深难题。解决了现有技术中的测深难题。解决了现有技术中的测深难题。


技术研发人员：周进 王辉 周茜 姚亮
受保护的技术使用者：王辉 周茜 姚亮
技术研发日：2022.03.18
技术公布日：2022/5/25