一种智慧水文移动观测平台的制作方法

本发明属于水文测量设备领域，具体涉及一种智慧水文移动观测平台。

背景技术：

1、水文是水资源的“体检”和“天气预报”没有水文数据，水利、农业、城市、生态等领域将缺失重要基础数据。水文监测主要涉及水量与流动类、泥沙与河床类、降水与蒸发类、水质与环境类等。目前水文监测已经形成固定自动监测为主、移动巡测为辅、遥感卫星为补充的体系，但仍保留人工校测，减少因设备故障导致的数据不准确的问题。其中移动监测主要采用水文数据采集专用船获取数据，水文数据采集专用船实际是在普通船体上搭载水文专用设备改造而成，以前大部分水文专用船是人工驾驶，人工驾驶具备良好的机动性、现场应变能性以及在恶劣海况下的稳定性。

2、但随着无线网络技术高速发展，可远程控制的无人船技术越来越成熟，在机动性、稳定性等方面并不逊色于人工驾驶，同时借助ai预警，在复杂水域、海域等抗风险能力更强。但无人驾驶的最大优点在于：无人化操作避免了人员伤亡风险，特别适用于高风险环境、突发水质事故等情形。另外，无需支付船员费用，运营成本显著降低。因此，无人水文专用船逐渐称为水文领域重要的水文数据采集设备。依靠无线通讯技术，无人水文专用船特别适用于大范围、远距离、长时间的数据采集监控，虽水文专用设备可连续在线工作数天或数月，现有的无人水文专用船的续航能力是限制水文专用设备在线时长的主要因素之一。为了解决该问题，无人水文专用船主要以内燃发动机作为动力，既能满足行驶动力要求，又可以满足水文设备耗电需求。无人水文专用船多以小型船为主，内燃发动机优选质量轻便的汽油立轴式舷外机，其结构轻巧、体积小、启动容易、传动效率高，燃油利用率高，特别适合远航数据采集任务。

3、虽汽油立轴式舷外机能解决上述无人水文专用船的续航、用电等问题，但在以下特殊水域仍存在急需解决的问题：

4、立轴式舷外机与常规内燃机不同，其冷却方式式采用强制水冷系统，直接利用海水或河水冷却，尾气与冷却后的水混合，并从传动轴所在位置一起排出，即尾气和冷却水并非独立排放，这种结构设计注重防腐，适应常规水域。但在含沙量较高的水域使用极易出现冷却通道堵塞问题，水中泥沙等颗粒杂质进入冷却通道，慢慢累积增多，直至堵塞。冷却通道堵塞后，发动机继续运行，缸内热量不能及时排出，最终导致发动机出现过热拉缸故障，整个无人水文专用船失去动力。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种智慧水文移动观测平台，包括船体以及安装于船尾的立轴式舷外机；包括安装于船体的远程通信定位模块、摄像组件、雷达组件、水文监测系统和控制器，所述控制器通过远程通信定位模块与服务器连接，以及控制器分别与立轴式舷外机、摄像组件、雷达组件和水文监测系统电连接；所述立轴式舷外机的水下壳体的两侧分别设有冷却软管和烟水软管，且烟水软管与水下壳体内部的烟水排放口连通，以及冷却软管与水下壳体内部的水冷进水口连通；还包括烟水分离器和热交换组件，所述烟水软管、烟水分离器、热交换组件和冷却软管依次连通，进而形成冷却液循环管路；所述热交换组件包括连接于船体下方的前汇总管和后汇总管，前汇总管和后汇总管之间连接多行纵向分布的换热管组，所有的换热管组的两端分别与前汇总管和后汇总管连通；每组换热管组均包括多个依次连通的流线型换热单体，每个前后相邻两个流线型换热单体之间、每个流线型换热单体与前汇总管之间，以及每个流线型换热单体与汇总管之间均采用可弹性形变的导管连接；每个流线型换热单体的内部均设有多条流道，每条流道的两端均与对应的导管连通，通过流线型换热单体与外部水热交换，进而将冷却液循环管路中冷却液的热量传递至水域。

2、本发明中的智慧水文移动观测平台的优选方案为：所有的流线型换热单体的形状和尺寸均相同，每个流线型换热单体的形状为前端钝圆、后端渐尖且横断面形状为椭圆形；每个流线型换热单体的横断面最大直径为d，总长度均为l，细长比λ=l/d，5≤λ≤6。所有的流线型换热单体以多行多列分布于前汇总管和后汇总管之间，每上下两个流线型换热单体之间的距离h≥5d，每前后两个流线型换热单体之间的距离s≥2d，且每上下相邻两个流线型换热单体通过柔性线连接。流线型换热单体的形状、尺寸以及分布均是为了降低水阻，减少热交换组件在水下随船移动所需要的能耗，从而降低立轴式舷外机的油耗，提高整船的续航能力。

3、本发明中的智慧水文移动观测平台的优选方案为：所述后汇总管与对应流线型换热单体之间的导管长度不超过5米，且每组换热管组的末端不超过船尾。船体转弯的过程中，每组换热管组跟随转弯，采用柔性结构通过被动顺应流向，而5米的导管是为换热管组顺应流向预留的最大活动距离。

4、本发明中的智慧水文移动观测平台的优选方案为：每个流线型换热单体内部的所有流道沿着流线型换热单体的长度方向均匀分布，且所有流道与流线型换热单体的表面相邻。每个流线型换热单体的每相邻两个流道之间均设有一条过水孔，过水孔直径不超过5mm，因此增加的过水孔造成的水阻并不大，但过水孔可增加流线型换热单体的热交换面积，兼顾水阻和换热效率。

5、本发明中的智慧水文移动观测平台的有益效果在于：

6、1、船体结合了感知（摄像组件、雷达组件）、控制（控制器）、规划路线（远程通信定位模块）和动力驱动（立轴式舷外机）四大模块，用于无人船的航行状态信息采集、航行轨迹控制、周围环境监测和障碍物识别。岸基控制终端用于操控人员对无人船的航行状态进行监控，确保无人船工作状态正常，运行稳定，具有遥控设置、航点设置以及无人船监控三个主要功能。无人船终端和岸基控制终端采用4g和电台双路通信，保证在无论是否有通信信号条件下均能正常工作，在突破信号传输距离限制的同时保证了水文数据采集、通信的可靠性和高性能。

7、2、为了避免在含沙水域发生故障，立轴式舷外机的冷却通道由外循环优化为内循环，具体散热方式是：冷却通道填充冷却液（以水为例），冷却液经过立轴式舷外机的冷却通道吸热后，在经过烟水分离器，将冷却液中的尾气分离并排出，净化后的冷却液进入热交换组件降温，最后再次进入冷却通道吸热，由此循环下去，从而满足立轴式舷外机的散热要求。该散热方式能有效避免因借助外部水导致冷却通道堵塞问题，即使在含沙量很高的水域也能正常行驶，完成水文数据采集与监测。

8、3、热交换组件采用低水阻的流线型换热单体，降低在水中移动的阻力，利于提升整船续航能力。另外，流线型换热单体规避了刚性固定连接在船底，而是通过可形变的导管形成的柔性阵列连接，使得每组换热管组可调整在水中的形状。在船体转弯、掉头等非直线航行的情况下，各流线型换热单体可独立顺应局部水流方向，特别使在转弯时，整个阵列被动弯曲，每个流线型换热单体的轴线基本与所在位置的水流方向一致，攻角始终接近0°，每个流线型换热单体的形状阻力几乎不增加，仅摩擦阻力保持不变。相比刚性连接方式而言，转弯过程的水阻大大降低，更进一步减少水阻，提升整船续航能力。

1.一种智慧水文移动观测平台，包括船体以及安装于船尾的立轴式舷外机，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的一种智慧水文移动观测平台，其特征在于：所有的流线型换热单体的形状和尺寸均相同，每个流线型换热单体的形状为前端钝圆、后端渐尖且横断面形状为椭圆形；每个流线型换热单体的横断面最大直径为d，总长度均为l，细长比λ=l/d，5≤λ≤6。

3.根据权利要求2所述的一种智慧水文移动观测平台，其特征在于：所有的流线型换热单体以多行多列分布于前汇总管和后汇总管之间，每上下两个流线型换热单体之间的距离h≥5d，且每上下相邻两个流线型换热单体通过柔性线连接；每前后两个流线型换热单体之间的距离s≥2d。

4.根据权利要求3所述的一种智慧水文移动观测平台，其特征在于：所述后汇总管与对应流线型换热单体之间的导管长度不超过5米，且每组换热管组的末端不超过船尾。

5.根据权利要求1所述的一种智慧水文移动观测平台，其特征在于：每个流线型换热单体内部的所有流道沿着流线型换热单体的长度方向均匀分布，且所有流道与流线型换热单体的表面相邻。

6.根据权利要求5所述的一种智慧水文移动观测平台，其特征在于：每个流线型换热单体的每相邻两个流道之间均设有一条过水孔。

7.根据权利要求1所述的一种智慧水文移动观测平台，其特征在于：每个流线型换热单体均设有空腔，使每组换热管组在当前水深处的浮力等于重力。

8.根据权利要求1所述的一种智慧水文移动观测平台，其特征在于：所述船体设有循环泵和水箱，所述水箱和循环泵依次连通于烟水分离器和热交换组件之间。