[发明专利]一种自稳式高精度泥沙推移质测量系统及测量方法

权利要求书

1.一种自稳式高精度泥沙推移质测量系统，其特征在于：包括测深船，在测深船上安装定位装置、通信装置、测量装置以及主控芯片，

前述的主控芯片包括数据采集单元、数据处理单元、数据输出单元、仪器位移跟踪单元以及仪器位移补偿单元，

测量装置包括旋杯式流速仪、超声波水深仪、加速度传感器、稳定装置以及垂直位移补偿装置，其中旋杯式流速仪、超声波水深仪以及加速度传感器安装在稳定装置上；垂直位移补偿装置包括安装在测深船上的绞车、主动液压缸、被动液压缸以及液压泵，

主动液压缸与液压泵连接，主动液压缸与被动液压缸之间通过平衡结构连接，钢索穿过平衡结构，钢索的一端与绞车连接，钢索的另一端与稳定装置连接，测深船相对稳定装置发生加速时，钢索上产生牵引力，被动液压缸的液压轴上产生第一拉伸力，主动液压缸的液压轴上产生第二拉伸力，牵引力、第一拉伸力以及第二拉伸力的合力为0N；

在河段内选定一段纵向固定距离，将超声波水深仪放置在纵向固定距离的两端点位置处，当超声波水深仪初次置入河段时进行第一次测量获取河段深度，将测量获取的数据输送至主控芯片；缓慢向下放置超声波水深仪，待超声波水深仪位于河段深度的二分之一水深处，对河段进行第二次测量，获取的二次数据同样输送至主控芯片；

利用加速度传感器对超声波水深仪获取的实时数据进行跟踪，同时通过垂直位移补偿装置对获取的实时数据进行跟踪补偿。

2.一种基于权利要求1所述的自稳式高精度泥沙推移质测量系统的测量方法，其特征在于：包括以下步骤：

第一步：根据实际工程工况，选择需要测量的河段；

第二步：在选定需要测量的河段内设定待测量断面以及测深船的位置；

第三步：测深船利用定位装置行驶至选定的河段内，同时保证测深船的船头方向与水流方向一致，将测深船上的尾锚、左边锚以及右边锚嵌入河段内，固定测深船的位置；

第四步：在河段内选定一段纵向固定距离，将超声波水深仪放置在纵向固定距离的两端点位置处，当超声波水深仪初次置入河段时进行第一次测量获取河段深度，将测量获取的数据输送至主控芯片；

缓慢向下放置超声波水深仪，待超声波水深仪位于河段深度的二分之一水深处，对河段进行第二次测量，获取的二次数据同样输送至主控芯片；

利用加速度传感器对超声波水深仪获取的实时数据进行跟踪，同时通过垂直位移补偿装置对获取的实时数据进行跟踪补偿；

当位于纵向固定距离处的两个超声波水深仪获取的位移变化范围达到测量作业要求值时，数据采集单元向超声波水深仪发出指令进行数据的连续采集；

第五步：将超声波水深仪测量得到的数据通过水下电缆传送至测深船主控芯片，经过主控芯片的数据处理分析得出沙波的实时形态特征图、沙波移动速度、沙波平均高度以及沙波运动时间；

第六步：将第五步中获取的沙波平均高度、沙波移动距离以及沙波运动时间进行计算，获取泥沙推移质单宽输沙率，计算公式为

(1)

式中，为推移质单宽输沙率，α为泥沙形状系数，可按公式计算，其中a、b、c为泥沙长、中、短三轴长度，h为沙波平均波高度，L为沙波移动距离，T为沙波运动时间，为河段内河床底泥沙密度；

第七步：通过旋杯式流速仪测得实时流速，传送至主控芯片后进行数据处理，获取在纵向固定距离上两个端点处的流速分布；

第四步中的垂直位移补偿装置的具体补偿步骤包括：

当测深船相对于稳定装置进行向上加速时，垂直位移补偿装置的钢索受到的张拉力增大，压迫被动液压缸向主动液压缸处收缩，主控芯片根据仪器位移跟踪单元获取的位移数据计算主动液压缸需要伸缩的长度，调节液压泵的流量，主动液压缸在液压泵的驱动下拉动被动液压缸，从而收起钢索；

当测深船相对于稳定装置进行向下加速时，操作方法与向上加速方法相反；

第五步中得出沙波的实时形态特征图、沙波移动速度、沙波平均高度以及沙波运动时间的具体步骤为：

51将超声波水深仪测量获取数据中的河床纵向剖面沙波特征数据消除测量噪点；

52将去噪后的河床纵向剖面沙波特征数据作出位于纵向固定距离两个端点的沙波形态图；

53由互相关函数对两个端点的沙波形态分析得到沙波从一个测量端点至另一个测量端点的沙波运动时间；

54将两个端点的距离除以沙波运动时间，得到沙波的移动速度；

55通过对沙波形态的分析，获取指定河段内河床的平均基准面；

56通过各沙波波高与河床平均基准面求绝对差值，得到沙波的平均高度。