[发明专利]一种河工模型涉水结构物周围冲淤地形实时测绘系统及其测绘方法

说明书

本发明提供了一种河工模型涉水结构物周围冲淤地形实时测绘系统，将承重平台固定在自由水面以上的涉水结构物周围，依据涉水结构物平面形状组装测绘平台，并将其安装于承重平台之上，测绘装置通过螺纹丝扣安装在测绘平台外侧，基于上述链接，终端计算机发出指令，让步进电机正传，带动超声换能器向远离涉水结构物方向运动，当超声换能器到达远端处的限位开关时，令步进电机反转，带动超声换能器向靠近涉水结构物方向运动，超声换能器在运动过程中能够完成三维水下地形数据的实时扫描，并将采集到的冲刷地形数据实时无线传输给终端计算机，超声换能器如此往复运动，直至河工模型实验结束，绘制系统完成了涉水结构物周围动态冲淤地形的全过程绘制。

技术领域

本发明属于水利自动化量测技术领域，尤其涉及一种河工模型涉水结构物周围冲淤地形实时测绘系统，本发明还涉及一种采用上述河工模型涉水结构物周围冲淤地形实时测绘系统的测绘方法。

背景技术

河工模型是按适当比尺缩小原型河道后的实体结构，可通过监测其模拟试验过程中水下地形的冲淤变化来复演原型河流的演变规律。目前国内外可用于河工模型三维水下地形量测的装备和方法有很多，光电反射式、电阻式、超声式、激光扫描式、图像识别式等地形仪均有过实际应用，但关于河工模型实验中涉水结构物周围冲淤地形测绘的装备和方法鲜见报道。监测涉水结构物周围的局部地形，研究结构物作用下的河床变形规律，以及由河床变形引起的水流结构变化，均是河工模型实验开展过程中必须要完成的重要工作。由于受到河工模型中涉水结构物的阻挡，上述常规的三维地形量测装备无法完成局部地形的精细测绘，会对分析河流原型中涉水结构物附近的水沙运动规律造成极大影响。而且河工模型的三维尺度通常都比较大，利用常规测量装备测绘的效率较低，也不能够获取局部冲刷动态过程中任一瞬时的地形数据。河工模型的比尺都比较大，模型沙一般都采用易变形的轻质沙，使得河工模型中涉水结构物附近的局部冲刷地形的冲淤变化数据均为毫米级，常规测量测装备的测量精度和分辨率几乎达不到要求。

发明内容

本发明的目的是为河工模型涉水结构物提供一种结构简单、操作方便、高精高效的冲淤地形实时测绘系统及方法，解决现有测绘系统及方法的弊端。

为实现上述目的，本发明提供的一种河工模型涉水结构物周围冲淤地形实时测绘系统，包括承重平台、测绘平台、测绘装置、自动控制装置、数据传输装置，所述承重平台固定在涉水结构物周围，所述测绘平台安装于所述承重平台上方，并包覆于涉水结构物周围，所述测绘装置沿周向安装于所述测绘平台外侧，所述自动控制装置和数据传输装置安装于涉水结构物上方的桥梁柱一侧，所述测绘装置和数据传输装置与所述自动控制装置电性连接。

进一步的，所述承重平台为对拉结构，包括两根矩形空心型钢，螺栓和螺母，所述矩形空心型钢上开设有圆形通孔，所述螺栓穿过两根所述矩形空心型钢上相对应的圆形通孔，所述螺栓伸出所述圆形通孔的端部连接有螺母，所述螺母拧紧将所述矩形空心型钢固定于涉水结构物外壁上，且承重平台的位置要高于自由水面。

进一步的，所述测绘平台包括若干圆形截面空心钢管和空心弯管，所述空心钢管和空心弯管两端均为螺纹丝扣，空心钢管之间及空心钢管与空心弯管之间均通过连接螺母相连，空心钢管水平外侧面等间距开设圆形螺丝孔，测绘装置通过所述圆形螺丝孔安装在测绘平台上。

进一步的，所述的测绘装置包括不锈钢管，所述不锈钢管侧壁开设贯通状矩形槽孔，靠近不锈钢管两端管头处分别内衬安装有同心轴承，所述同心轴承上安装固定一丝杆，所述丝杆在靠近两个同心轴承处分别设置限位开关，所述不锈钢管一端用圆形封堵盖板封闭，所述封堵盖板中心处开设圆孔，所述封堵盖板上安装有小型步进电机，所述步进电机转动轴可穿过所述封堵盖板上的圆孔，再通过联轴器与所述丝杆相连，所述丝杆上安装有一个丝杆套，所述丝杆套下方固定有测绘源，所述不锈钢管的另一端设有螺纹丝扣，可拧接在测绘平台中各圆形截面空心钢管水平外侧面等间距开设的圆形螺丝孔中。

进一步的，所述丝杆套通过圆管状滑块与所述测绘源连接，所述圆管状滑块直径略小于所述贯通状矩形槽孔宽度。