[发明专利]基于水位工况识别的船闸变形自动监测系统及其测量、气象修正方法

权利要求书

1.一种基于水位工况识别的船闸变形自动监测系统，其特征在于：包括船闸超声波水位监测子系统、全站仪变形测量子系统、气象监测子系统和主控子系统；

所述船闸超声波水位监测子系统包括船闸水位测管、超声波水位计、第一数字信号处理模块；所述超声波水位计固定于船闸水位测管管口，并与第一数字信号处理模块连接；所述船闸超声波水位监测子系统通过光纤电缆与所述主控子系统进行数据及命令的传输；

所述全站仪变形测量子系统包括高精度全站仪、圆棱镜组、测点测墩和测站测墩；所述高精度全站仪固定于测站测墩上并强制对中；所述全站仪变形测量子系统的圆棱镜组固定于测点测墩上并强制对中；所述全站仪变形测量子系统通过光纤电缆与所述主控子系统进行数据及命令的传输；

所述气象监测子系统包括温度传感器、湿度传感器、气压传感器、第二数字信号处理模块；所述温度传感器、湿度传感器、气压传感器均固定于测站测墩处墙面，并与第二数字信号处理模块连接；所述气象监测子系统通过光纤电缆与所述主控子系统进行数据及命令的传输；

所述主控子系统包括主控计算机；所述主控计算机上运行船闸变形自动监测系统显控软件；

所述船闸变形自动监测系统显控软件分为五个部分：（1）、向第一数字信号处理模块发送信号采集命令，并接收第一数字信号处理模块采集回来的水位信号，根据水位信号的测值不同，对其进行阈值判断，把其映射为高水位、低水位、其他水位在主控计算机的程序上显示出来，显示出测量目标闸室所处的水位工况，并进行自动触发全站仪进行变形测量；（2）、向高精度全站仪发送测量命令，并接收高精度全站仪测量数据，同时自动触发气象监测子系统进行气象信息监测；（3）、向第二数字信号处理模块发送信号采集命令，并接收第二数字信号处理模块采集回来的气象信号，将气象信号所映射的气温、气压、湿度赋予全站仪测值气象修正计算程序，提高变形测量精度；（4）、对气象修正后的测点变形测值进行系统差分计算，进一步提高变形监测精度；（5）、对船闸测点测值进行整编分析，绘制不同闸室不同工况下的变形测值过程线图。

2.根据权利要求1所述的基于水位工况识别的船闸变形自动监测系统，其特征在于：所述超声波水位计为超声波换能器，所述超声波换能器采用收发合置形式，波形发送停止后，开始接收数据，接收信号是经过检波的回波包络信号；所述超声波换能器的扫描测量范围限定在0-60m。

3.根据权利要求1所述的基于水位工况识别的船闸变形自动监测系统，其特征在于：所述第一数字信号处理模块对各个超声波换能器的超声波回波到达时间进行采集、放大、滤波、模数转换和DSP处理，将整理而成的预定格式的数字信号通过485协议及光纤网络实时传输至主控计算机。

4.根据权利要求1所述的基于水位工况识别的船闸变形自动监测系统，其特征在于：所述第二数字信号处理模块对各个气象传感器信号进行采集、放大、滤波、模数转换和DSP处理，将整理而成的预定格式的数字信号通过485协议及光纤网络实时传输至主控计算机。

5.一种基于权利要求1所述的基于水位工况识别的船闸变形自动监测系统的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S01：启动系统电源，设置参数：参与监测的闸室、参与监测的测点、各闸室高低水位阈值、各闸室测量优先级、各闸室测量次数上限、测量后视点定向、误差限差；

步骤S02：开始监测：每1分钟自动发送各闸室超声波水位计采集信号，返回水位测值；

步骤S03：判断各闸室水位测值是否超过设定阈值，若不超过，继续监测水位测值；若超过，进行下一步；

步骤S04：判断超过水位阈值的各闸室是否达到测量次数上限，若达到，执行步骤S02；若未达到，进行下一步；

步骤S05：对超过水位阈值的各闸室按照设定测量优先级进行排序；

步骤S06：启动测量：按测量顺序对超过水位阈值的各闸室测点进行自动变形监测1个测回；

步骤S07：测量完成，执行步骤S02。

6.一种基于权利要求1所述的基于水位工况识别的船闸变形自动监测系统的气象修正方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S01：启动气象监测子系统电源，设置参数：自动气象监测触发条件、监测频次；

步骤S02：开始监测：每1分钟自动对船闸变形自动监测系统是否处于测量状态进行判断；

步骤S03：判断船闸变形自动监测系统是否处于测量状态，若否，执行步骤S02；若是，进行下一步；

步骤S04：每1分钟自动发送气温、气压、湿度采集信号，返回气象测值；

步骤S05：将气象测值赋予船闸变形自动监测系统显控软件中全站仪测值气象修正计算程序，进行气象修正。