一种带有报警结构的水文监控装置的制作方法

1.本发明涉及监测设备技术领域，特别是涉及一种带有报警结构的水文监控装置。


背景技术：

2.水文监测装置适用于水文部门、地方保障部门对江、河、湖泊、水库、渠道和地下水等水文参数进行实时监测，监测内容包括：水位、流量、流速、降雨(雪)、蒸发、泥沙、冰凌、墒情、水质等。
3.根据监测结果做出的响应包括本地响应和数据远传。所述本地响应一般设置为：采集终端采集到监测值后，根据监测值判定是否输出本地报警，当判定为需要执行本地报警时，通过本地设置的声/光报警装置执行报警动作。所述数据远传一般为：为将监测结果及时反馈给数据接收端，一般采用将采集终端设置在无线信号覆盖区域，通过如gprs基站将数据进行无线传输。
4.针对以上提出的响应，现有技术中，对城市周围各位置进行水文监测以及河流主干道进行必要的水文监测，利用基站覆盖全面、遮挡较少的特点，一般都能够通过已有的网络覆盖完成远程通讯，在一些无信号或者信号较弱的地区，也能够通过信号增强的方式达到数据远传目的。但在具体实施时，根据采用的信号增强方式不同，存在信号增强有限、投入较大、对能量需求较大、后期维护要求较高等问题；在一些偏远山区的溪流支流，当采用如光纤直放站设备进行数据传递时因为架设成本因素、配电电源因素、系统保护因素，均不适合在这些地区架设水文监控时，将极大的制约水文监控在比如山洪监控中发挥的作用：现有本地响应方式具有覆盖范围窄的局限性。


技术实现要素：

5.关于水文监控在运用中，对于数据远传不便的区域，仅采用本地报警存在覆盖范围局限的问题，本发明提供一种带有报警结构的水文监控装置，该结构在不依赖于数据无线传递的情况下，可有效扩大报警覆盖范围。
6.针对上述问题，本发明提供的一种带有报警结构的水文监控装置通过以下技术要点来解决问题：一种带有报警结构的水文监控装置，包括装置架以及安装在装置架上的报警结构，所述报警结构包括导筒、设置在导筒内的第二浮球，在导筒的一对相对侧上，其中一侧上设置有透水孔，另一侧上设置有透过孔，所述透过孔的尺寸使得第二浮球能够穿过透过孔；所述第二浮球中封装有控制模块以及第二报警装置，当控制模块判定为第二浮球由导筒中脱离时，控制第二报警装置发出声报警或光报警。
7.更优的，所述控制模块包括加速度传感器，所述加速度传感器用于获得第二浮球的运动情况，控制模块通过所述运动情况判定第二浮球是否由导筒中脱离。
8.更优的，所述透过孔的数量为多个并沿着导筒的长度方向排列，由导筒的上端至下端，透过孔的尺寸依次减小，所述第二浮球的数量为多个并堆叠于导筒内，由导筒的下端至上端，第二浮球的尺寸依次增大，所述透过孔与第二浮球的关系为：任意透过孔均具有能
够穿过该透过孔的第二浮球，尺寸最大的第二浮球仅能由尺寸最大的透过孔脱离至导筒的外部。
9.更优的，所述装置架为包括两根立杆以及一根横杆的门型架，所述导筒作为其中一根立杆的组成部分。
10.更优的，各立杆的底部均设置有相对于立杆可拆卸的框体，所述导筒通过连杆与横杆相连，所述连杆与横杆的装配关系为：横杆上设置有沿竖直方向延伸的通孔，所述连杆通过所述通孔穿过横杆并可相对于横杆沿着所述通孔的长度方向滑动，横杆上还设置有锁紧件，所述锁紧件用于将连杆固定于横杆上，连杆的下端与导筒相连接。
11.更优的，所述连杆的下端设置有下端开口的罩壳，所述罩壳倒扣于导筒的上端，所述锁紧件为锁紧螺栓。
12.更优的，还包括安装在装置架上的水文模块，所述水文模块作为水文数据的采集终端，所述水文模块包括摆轴、摆杆及第一浮球，所述摆轴固定于装置架上，摆杆的上端通过摆轴与装置架铰接连接，第一浮球固定于摆杆的下端，所述摆轴的轴线方向满足：使得第一浮球能够由透水孔所在侧向透过孔所在侧摆动，所述水文模块通过监测摆杆的摆动角度判定液位水文数据。
13.更优的，所述第二浮球中还设置有为第二报警装置以及控制模块供电的供电模块，所述供电模块包括蓄电池，所述蓄电池通过盖板封装在第二浮球内，所述盖板可拆卸装配在第二浮球上。与之并列的，所述第二浮球中还设置有为第二报警装置以及控制模块供电的供电模块，所述供电模块包括蓄电池，所述蓄电池封装在第二浮球内，第二浮球上还通过透光材料封装有光伏板，所述光伏板与蓄电池电连接并用于蓄电池充电。
14.更优的，还包括安装在装置架上的水文模块，所述水文模块作为水文数据的采集终端，所述装置架上还固定有第一报警装置，第一报警装置与水文模块数据连接，第一报警装置根据水文模块的监测结果发出声报警或光报警。
15.本发明具有以下有益效果：
16.采用本方案提供的结构设计，控制模块控制第二报警装置工作并不依赖于监控点周围通信建设，故第二浮球发出报警信号可靠，可灵活选择本水文监控装置布设点位。
17.第二浮球在漂浮过程中可对沿途周围发出报警，从而有效扩大报警覆盖范围或作为报警发布的补充。
18.随着溪流中液位升高，由于包括透水孔，透水孔与透过孔的相对位置使得第二浮球由导筒中逃逸容易，使得本水文监控装置本身可靠性高。
附图说明
19.图1为本方案所述的一种带有报警结构的水文监控装置一个具体实施例的结构示意图，该示意图为主视图，视口位置位于水文监控装置安装点的下游；
20.图2为反映本方案中导筒与第二浮球的结构以及位置关系的示意图；
21.图3为图2所示结构的剖视图；
22.图4为展示本装置在溪流中的安装方式以及摆杆的摆动方式的示意图，其中，左侧箭头为水流方向，右侧箭头为摆动方向；
23.图5用于展示具体实施例中所提及的球4能够由孔1中脱离导筒的状态；
24.图6用于展示具体实施例中所提及的球3能够由孔2中脱离导筒的状态；
25.图7用于展示具体实施例中所提及的球2能够由孔3中脱离导筒的状态；
26.图8用于展示具体实施例中所提及的球1能够由孔4中脱离导筒的状态。其中的附图标记分别为：1、装置架，2、第一报警装置，3、第一框体，4、第二框体，5、第一浮球，6、透过孔，7、摆轴，8、导筒，9、罩壳，10、锁紧件，11、连杆，12、透水孔，13、第二浮球，14、摆杆。
具体实施方式
27.下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但是本发明不仅限于以下实施例：
28.实施例1：
29.如图1至图8所示，一种带有报警结构的水文监控装置，包括装置架1以及安装在装置架1上的报警结构，所述报警结构包括导筒8、设置在导筒8内的第二浮球13，在导筒8的一对相对侧上，其中一侧上设置有透水孔12，另一侧上设置有透过孔6，所述透过孔6的尺寸使得第二浮球13能够穿过透过孔6；所述第二浮球13中封装有控制模块以及第二报警装置，当控制模块判定为第二浮球13由导筒8中脱离时，控制第二报警装置发出声报警或光报警。
30.现有山区水文监控运用中，在进行溪流山洪监测时，由于溪流多位于山谷沟壑区域，一些溪流的监控点位并不能为基站信号所有效覆盖。而采用装置迁移法、光纤直放站达到无线数据连接存在设备投资大、设计和建设周期长、后期维护要求高、监控点布设灵活性差的问题；采用相对容易的信号反射以及天线延长技术实施简单，但是效果非常有限，并不适合所有监控点；有源信号放大技术也存在设备多、对配电功率要求高的问题。同时，在监控点无信号或信号质量差的区域，即使通过各种手段完成了监控信号无线外传，但当山洪发生时，一般具有爆发迅猛的特点，当这些信号传递给地方管理部门或水文部门后，如采用手机通讯发出警报的预警方式对沿溪流区域的覆盖不一定全面，同时收到者滞后阅读、侥幸心理均可能造成警报无效。传统水文监控装置本身具有的报警装置能够根据监控结果进行及时响应，但具有仅能覆盖监控点周围的问题。综上，本方案提出了一种具有移动式报警结构的水文监控方案。
31.本方案的工作原理为：在山洪未发生之前，通过装置架1，将导筒8安装为设置有透水孔12的一侧面向溪流的上游，设置有透过孔6的一侧面向溪流的下游，透过孔6的高度为溪流水面的预警高度。当发生山洪溪流液位上涨时，水体经过透水孔12等进入到导筒8内侧，第二浮球13在导筒8中随着液面上浮，当上浮至透过孔6位置时，在水流的作用下穿过透过孔6由导筒8中所逃逸，而后第二浮球13漂浮于水面并随水流向溪流的下游移动，并在控制模块的作用下通过第二报警装置发出声报警或光报警，以提醒溪流周围居民、游客等。
32.以上结构设计中，控制模块控制第二报警装置工作并不依赖于监控点周围通信建设，故第二浮球13发出报警信号可靠，可灵活选择本水文监控装置布设点位。
33.第二浮球13在漂浮过程中可对沿途周围发出报警，从而有效扩大报警覆盖范围或作为报警发布的补充。
34.随着溪流中液位升高，由于包括透水孔12，透水孔12与透过孔6的相对位置使得第二浮球13由导筒8中逃逸容易，使得本水文监控装置本身可靠性高。
35.本领域技术人员在实施该方案时，第二浮球13中封装有控制模块可以是对第二报
警装置执行控制的模块的全部也可为部分模块。如，第二浮球13被约束在导筒8中时，在水流作用下，即翻滚状态、移动状态与在没有导筒8约束的状态下是完全不同的，故控制模块通过监测第二浮球13的位移状态，即可判定第二浮球13是否由导筒8中脱离，此时，控制模块是对第二报警装置执行控制的模块的全部。也可设置为采用电磁感应，电磁感应的信号接收端、发射端分别位于第二浮球13上以及导筒8上，随着溪流中液面的升高，第二浮球13通过透过孔6由导筒8中脱离后，接收端采集的信号发生改变，此时根据设定，即可控制第二报警装置发出报警。
36.如上设计的透过孔6与透水孔12的相对位置的目的为：水流经过透水孔12进入导筒8，并通过透过孔6流出导筒8，这样，可更快的引导第二浮球13由导筒8中脱离，保障本装置的灵敏度。作为优化方案，设置透水孔12为条形，并平行于导筒8的高度方向，在导筒8上，透过孔6朝向其所在侧对侧的投影与透水孔12相交。并且，为避免通过透水孔12大量进入的泥沙掩埋第二浮球13，设置为第二浮球13仅在重力作用下堆叠于导筒8底部后，第二浮球13位于透水孔12的下方。并且，为避免第二浮球13非必要由导筒8中脱离，设置为第二浮球13仅在重力作用下堆叠于导筒8底部后，第二浮球13位于透过孔6下方。
37.针对监控结果无线远传目的，可在第二浮球13中封装通信模块，当第二浮球13漂浮至能够被基站信号覆盖区域后，利用通信模块向水文部门或地方监管部门发出报警信号。更为全面的，可设置为第二浮球13中具有定位模块，用于第二浮球13找回、通过监测到的移动速度，并将实时移动速度通过通信模块进行信号远传后，远程判定山洪剧烈情况。
38.进一步的：
39.所述控制模块包括加速度传感器，所述加速度传感器用于获得第二浮球13的运动情况，控制模块通过所述运动情况判定第二浮球13是否由导筒8中脱离。
40.以上优化方案提供了一种第二浮球13本身具有脱离状态判断能力的技术方案，控制模块可完全封装在第二浮球13中，这样可简化装置的安装以及调试，同时为一种功耗损耗低、实施成本低的技术方案。
41.所述透过孔6的数量为多个并沿着导筒8的长度方向排列，由导筒8的上端至下端，透过孔6的尺寸依次减小，所述第二浮球13的数量为多个并堆叠于导筒8内，由导筒8的下端至上端，第二浮球13的尺寸依次增大，所述透过孔6与第二浮球13的关系为：任意透过孔6均具有能够穿过该透过孔6的第二浮球13，尺寸最大的第二浮球13仅能由尺寸最大的透过孔6脱离至导筒8的外部。
42.以上优化方案提供了一种在水位持续上涨时具有分级报警的方案、能够在水位上涨过程中多次释放出第二浮球13以进行多次沿途报警的方案。以上方案的工作原理为：随着水位上涨，当水位上涨至由下至上的第一个透过孔6时，导筒8中漂浮的能够穿过第一个透过孔6的第二浮球13由导筒8中脱离，随着水位继续上涨，尺寸更大的第二浮球13通过第一个透过孔6上方的透过孔6由导筒8中脱离。在具体实施时，可设置为不同尺寸的第二浮球13携带能够输出不同声、光报警的第二报警装置，以提示事态升级。采用“由导筒8的下端至上端，第二浮球13的尺寸依次增大”而不是将第二浮球13设置得较小多个第二浮球13能够在导筒8内平铺的方式，目的在于避免第二浮球13之间产生横向挤压而卡塞在导筒8内，导致第二浮球13不能顺利通过透过孔6导出。同时，第二浮球13为多个并堆叠于导筒8中的设置方式存在下侧第二浮球13顶升上侧第二浮球13的可能，但这样的情况也可以使得被顶升
的第二浮球13顺利到达能够导出该第二浮球13的高度，在下方第二浮球13的晃动下，也能够顺利导出第二浮球13。此种运用下，本领域技术人员仅需要根据第二浮球13的重力以及浮力等，计算出透过孔6相对于实际液面的有效高度即可：此种情况下，被下方第二浮球13顶升的第二浮球13由导筒8中脱离时，溪流中的液面并未到达能够导出该第二浮球13的透过孔6的位置，但可通过计算确定导筒8的安装高度，即使不进行计算，当第二浮球13被导出后也能够表征发生了实际的溪流液位上涨，发挥水文监控作用。
43.如图5至图8，图5中，第二浮球13由下至上分别为球1、球2、球3以及球4，由球1至球4，第二浮球13的直径依次减小；透过孔6由下至上分别为孔1、孔2、孔3和孔4，由孔1至孔4，透过孔6的直径依次增大；第二浮球13与透过孔6的关系为，孔1仅能透过球4，孔2的直径大于球3的直径并小于球2和球1的直径，孔3的直径大于球2的直径并小于和球1的直径，孔4的直径大于球1的直径。这样，第二浮球13随着液位上升，处于图5状态时，导筒8排出球4；剩余的第二浮球13随着液位继续上升，处于图6状态时，导筒8排出球3；剩余的第二浮球13随着液位继续上升，处于图7状态时，导筒8排出球2；剩余的第二浮球13随着液位继续上升，处于图8状态时，导筒8排出球1。即在液位上升过程中，实现了四次第二浮球13释放，这样的释放方式可提高人员获取报警的概率，通过设置不同的报警方式，可有效提高人员的警惕性。
44.所述装置架1为包括两根立杆以及一根横杆的门型架，所述导筒8作为其中一根立杆的组成部分。
45.以上优化方案提供了一种不仅结构简单、同时方便将本装置可靠安装在监控点的技术方案：利用导筒8适合设置为长杆的方式，使得导筒8本身作为结构件，为本装置提供门型支撑，使得本装置具有两个固定点位，提高抗倒伏能力。
46.各立杆的底部均设置有相对于立杆可拆卸的框体，所述导筒8通过连杆11与横杆相连，所述连杆11与横杆的装配关系为：横杆上设置有沿竖直方向延伸的通孔，所述连杆11通过所述通孔穿过横杆并可相对于横杆沿着所述通孔的长度方向滑动，横杆上还设置有锁紧件10，所述锁紧件10用于将连杆11固定于横杆上，连杆11的下端与导筒8相连接。
47.以上优化方案提供了一种可利用山区溪流周围存在的碎石块，将碎石块填充于框体中后使得框体作为立杆底部的配重块，以方便本装置安装的技术方案。设置为可拆卸方式，用于提升本装置运输便捷性；设置为还包括连杆11，方便本装置安装选址以及提高安装便捷性：如图1，在完成第一框体3所在侧的立杆安装后，由于第一框体3底部支撑面、第二框体4底部支撑面的相对高度并不可控，这样，为利用导筒8支撑横杆，可通过连杆11在通孔中滑移使得第二框体4、导筒8、连杆11能够形成第二框体4所在侧的立杆，而后通过所述锁紧件10，即可将第二框体4所在侧的立杆与横杆固定连接，形成结构稳定的门型装置架1。故：连杆11的长度决定了对所述高度的适应性，使得本装置在安装时并不需要对支撑基础进行过多的处理。
48.所述连杆11的下端设置有下端开口的罩壳9，所述罩壳9倒扣于导筒8的上端，所述锁紧件10为锁紧螺栓。
49.以上优化方案提供了一种装置架1安装非常便捷的技术方案：在图1所述的导筒8底部支撑完成后，释放嵌入在通孔中的连杆11，连杆11至上而下运动，使得罩壳9倒扣于导杆顶部，而后通过缩紧螺栓将连杆11锁固在横杆上后，即可得到稳固的装置架1，以上结构决定的安装中，穿设连杆11、安装导筒8相互独立并且不受已经安装好的横杆阻碍，在连杆
11与通孔配合后，罩壳9位置可用于导筒8位置纠正，且在纠正导筒8位置过程中，移除罩壳9对导筒8的作用后可非常方便的对导筒8进行位置调整。
50.还包括安装在装置架1上的水文模块，所述水文模块作为水文数据的采集终端，所述水文模块包括摆轴7、摆杆14及第一浮球5，所述摆轴7固定于装置架1上，摆杆14的上端通过摆轴7与装置架1铰接连接，第一浮球5固定于摆杆14的下端，所述摆轴7的轴线方向满足：使得第一浮球5能够由透水孔12所在侧向透过孔6所在侧摆动，所述水文模块通过监测摆杆14的摆动角度判定液位水文数据。
51.以上方案提供了一种可持续监控装置安装点位置液位的技术方案，同时为一种对监控结果可靠性有利的方案。根据监测手段，与以上方案相近似的，现有技术中，水文监控流速监测可采用沉锤，沉锤通过拉绳与触发装置相连；水文监控流速监测可采用浮球，浮球通过拉绳与测量装置相连，所述测量装置用于测量拉绳上的拉力。而针对液位监测，现有技术中具有采用测量筒以及浮球的方式，测量筒中液位随着周围液面变化，通过测量浮球在测量筒中的位置，达到测量液位的目的。然而，该方案需要将测量筒固定安装在空间中，当运用于山区溪流液位测量时，随山洪的石块、木头、杂草等会与测量筒发生直接冲撞，发生冲撞后某些漂浮物还会黏附在测量筒上，造成测量筒的测量形式并不适合于这些区域。以上优选方案中，第一浮球5随液面的上升而上升，由于摆杆14与摆轴7的约束关系，使得第一浮球5在上升过程中摆杆14绕摆轴7摆动，具体摆动幅度随液面的变化量而定，故本方案可通过摆杆14的摆动角度反映液位水文数据；具体结构设计中，限定了摆轴7的轴线方式，以使得：透水孔12在朝向水流上游安装、透过孔6朝向水流下游安装时，摆轴7的轴线相对于水流方向垂直，这样，水流作用于第一浮球5上后，摆轴7限制了摆杆14的摆动方向，通过合理安装，即可控制摆动灵敏度：安装在溪流宽度方向上一般为中部的流速最大区域，相应作用力可使得摆杆14发生非常灵敏的摆动以提高本装置的可靠性以及灵敏度，同时，由于并不存在设置在水下的结构，且当第一浮球5、摆杆14钩挂漂浮物时，漂浮物对第一浮球5等的推力可使得摆杆14进一步摆动以使得漂浮物由第一浮球5的下侧脱离第一浮球5等的阻挡，漂浮物飘走后第一浮球5自动回落，摆动角度的突变可被判定为在前最大摆角为漂浮物推动所致，这就使得本方案不仅能够准确反映水文数据，同时具有自我保护功能；区别于如采用拉绳替代摆杆14，本方案功能的实现并不受流速、第一浮球5停留位置影响(因为拉绳具有柔性，第一浮球5可能想周围各位置运动，如停留在水流回湾，使得拉绳的角度或其上的拉力并不能用于准确反映测量值)，故可靠性高。在进行装置升级时，可设置为摆杆14为中空结构，第一浮球5通过穿过所述中空结构的拉绳被固定在摆杆14的底端，这样：由于拉绳仅能够从摆杆14的下端穿出，当拉绳自由状态下第一浮球5与摆杆14的底端相贴时，拉绳的柔性并不能使得第一浮球5漂浮至较远的回湾位置，同时，当水流的流速增加后，拉绳上的拉力相应增加，利用所述拉力与流速的正比关系，可以可靠的监测到水流速度，这样，利用所述摆杆14，可避免拉绳配合浮球运用于流速监测时，浮球可能漂浮至不能测量出流速的位置的情况。
52.所述第二浮球13中还设置有为第二报警装置以及控制模块供电的供电模块，所述供电模块包括蓄电池，所述蓄电池通过盖板封装在第二浮球13内，所述盖板可拆卸装配在第二浮球13上。
53.以上方案为一种实施成本低的方案，非常适合于能够对本装置进行方便维护的区
域。
54.所述第二浮球13中还设置有为第二报警装置以及控制模块供电的供电模块，所述供电模块包括蓄电池，所述蓄电池封装在第二浮球13内，第二浮球13上还通过透光材料封装有光伏板，所述光伏板与蓄电池电连接并用于蓄电池充电。
55.以上方案为一种非常适合于对本装置维护不便的区域。
56.还包括安装在装置架1上的水文模块，所述水文模块作为水文数据的采集终端，所述装置架1上还固定有第一报警装置2，第一报警装置2与水文模块数据连接，第一报警装置2根据水文模块的监测结果发出声报警或光报警。
57.以上方案为一种能够在监控设置点完成本地报警的技术方案。
58.以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式，均应包含在本发明的保护范围内。