本發(fā)明涉及一種水工模型試驗(yàn)水面線自動(dòng)測量裝置及方法。

背景技術(shù)：

在水工建筑物的設(shè)計(jì)中，為檢驗(yàn)所設(shè)計(jì)的建筑物參數(shù)能否滿足設(shè)計(jì)過流要求，或者擋水墻等高度是否滿足泄流要求，會(huì)采用以一定比例尺縮小的模型來進(jìn)行水工模型試驗(yàn)，為設(shè)計(jì)提供參考和校驗(yàn)。在進(jìn)行模型試驗(yàn)時(shí)，需要對不同泄流流量時(shí)的模型建筑物控制點(diǎn)的水面線高程進(jìn)行測量?，F(xiàn)在的方式采用往往采用水準(zhǔn)儀進(jìn)行測量，首先以模型已知的基準(zhǔn)點(diǎn)為參照，選用測量尺測量并計(jì)算出水準(zhǔn)儀中心線的高程，進(jìn)而將測量尺末端放到與控制點(diǎn)垂直上方，水表面齊平并讀數(shù)，通過與基準(zhǔn)點(diǎn)的讀數(shù)差來計(jì)算得到控制點(diǎn)的水面線高程。

這種由人為的去讀數(shù)和判斷測量尺末端與水面線齊平的測量方法，不僅測量誤差大、費(fèi)時(shí)長，而且需要在水工模型上架設(shè)交通行走的通行設(shè)施以便與測量?，F(xiàn)有的測量方法精度差、耗時(shí)長、不方便的問題，因此需要一種精度高、快捷便利的測量水面線的設(shè)備。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種水工模型試驗(yàn)水面線自動(dòng)測量裝置及方法，本發(fā)明在輸入需要測量控制點(diǎn)的坐標(biāo)之后，裝置可自動(dòng)測量目標(biāo)點(diǎn)的水面線高程，并存儲相關(guān)數(shù)據(jù)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種水工模型試驗(yàn)水面線自動(dòng)測量裝置，包括平行布置于所需測量水工模型左右岸兩側(cè)的固定導(dǎo)軌，所述固定導(dǎo)軌上設(shè)置有沿其活動(dòng)可調(diào)的移動(dòng)導(dǎo)軌，所述移動(dòng)導(dǎo)軌的兩端分別設(shè)置有一控制盒，所述移動(dòng)導(dǎo)軌上活動(dòng)設(shè)置有移動(dòng)測量裝置，所述控制盒控制移動(dòng)導(dǎo)軌在兩固定導(dǎo)軌上的同步運(yùn)動(dòng)，同時(shí)控制盒內(nèi)設(shè)置有接收移動(dòng)測量裝置發(fā)射來的位移信號的信號接收器和單片機(jī)，單片機(jī)接收到運(yùn)動(dòng)信號，帶動(dòng)移動(dòng)導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)；

所述移動(dòng)測量裝置包括水準(zhǔn)儀和激光測距儀，通過觀察水準(zhǔn)儀氣泡在圓圈中心來判別整個(gè)裝置架設(shè)水平，激光測距儀測量距離基準(zhǔn)點(diǎn)或控制點(diǎn)水面線的距離。

進(jìn)一步的，所述固定導(dǎo)軌底部兩端設(shè)置有調(diào)平腳螺絲，用來調(diào)節(jié)整個(gè)裝置的高程和起水平支撐的作用；固定導(dǎo)軌兩端設(shè)置有水準(zhǔn)儀，通過觀察水準(zhǔn)儀氣泡在圓圈中心來判別固定導(dǎo)軌架設(shè)水平。

所述固定導(dǎo)軌中心設(shè)置有凹槽，以確定移動(dòng)導(dǎo)軌測量時(shí)的運(yùn)動(dòng)位移方向。

所述移動(dòng)導(dǎo)軌首末兩端各設(shè)置有滾輪且嵌套在固定導(dǎo)軌內(nèi)部，控制移動(dòng)導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)；所述移動(dòng)導(dǎo)軌首末兩端各固定設(shè)置有控制盒。

所述移動(dòng)導(dǎo)軌中心設(shè)置有凹槽，以確定移動(dòng)測量裝置測量時(shí)的運(yùn)動(dòng)位移方向。

所述控制盒內(nèi)部設(shè)置有伺服電機(jī)，用來控制滾輪的運(yùn)動(dòng),左右兩側(cè)滾輪為同步運(yùn)動(dòng)；所述控制盒內(nèi)部還設(shè)置有信號接收器和單片機(jī)，信號接收器用來接收移動(dòng)測量裝置發(fā)射來的位移信號，傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)接收到運(yùn)動(dòng)信號，控制伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)滾輪進(jìn)而帶動(dòng)移動(dòng)導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)；所述控制盒內(nèi)部還設(shè)置有電源，為伺服電機(jī)、信號接收器和單片機(jī)供電。

所述移動(dòng)測量裝置內(nèi)部設(shè)置有伺服電機(jī)和單片機(jī)，伺服電機(jī)在單片機(jī)的信號輸入下進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，為移動(dòng)測量裝置提供動(dòng)力，所述距離激光測距儀，與單片機(jī)連接實(shí)現(xiàn)測量信號的輸入和輸出，所述移動(dòng)裝置內(nèi)部還設(shè)置有信號發(fā)射器，在移動(dòng)測量裝置內(nèi)部的單片機(jī)的信號輸出下，通過向控制盒內(nèi)部的信號接收器發(fā)送運(yùn)動(dòng)的信號信息，進(jìn)而控制移動(dòng)導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)；所述移動(dòng)測量裝置內(nèi)部還設(shè)置有電源，為伺服電機(jī)、信號發(fā)射器、單片機(jī)、激光測距儀供電。

所述移動(dòng)測量裝置上表面還設(shè)置有顯示屏和鍵盤區(qū)，通過鍵盤區(qū)的按鍵操作，顯示屏顯示輸入與輸出的數(shù)據(jù)，鍵盤區(qū)實(shí)現(xiàn)測量裝置的開啟與測量。

進(jìn)一步的，所述移動(dòng)測量裝置下表面設(shè)置有滾輪，滾輪嵌套在移動(dòng)導(dǎo)軌的凹槽中，滾輪在伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)測量裝置的運(yùn)動(dòng)，所述滾輪采用四驅(qū)驅(qū)動(dòng)，通過齒輪的咬合轉(zhuǎn)承到軸承上進(jìn)行動(dòng)力傳輸，實(shí)現(xiàn)四輪同步運(yùn)轉(zhuǎn)。

所述移動(dòng)測量裝置下表面還設(shè)置有激光測距儀的測頭，該測頭豎直向下，用來測量激光測距儀至基準(zhǔn)點(diǎn)或控制點(diǎn)水面線的距離。

進(jìn)一步的，所述移動(dòng)測量裝置側(cè)表面設(shè)置有SSD卡槽，用來插入SSD卡，將測量的數(shù)據(jù)參數(shù)處理后存入SSD卡中。

基于上述裝置的工作方法，將固定導(dǎo)軌平行布置于所需測量水工模型左右岸兩側(cè)，架設(shè)移動(dòng)導(dǎo)軌，將移動(dòng)測量裝置放置在移動(dòng)導(dǎo)軌上方，調(diào)節(jié)固定導(dǎo)軌，使整個(gè)裝置架設(shè)水平，輸入所需要測量的控制點(diǎn)、包括基準(zhǔn)點(diǎn)O在模型中的水平面上的二維(x，y)坐標(biāo)參數(shù)，將移動(dòng)測量裝置水平放置到基準(zhǔn)點(diǎn)O上方，測量出激光測距儀至基準(zhǔn)點(diǎn)O的垂直距離，得到激光測距儀的高程，結(jié)合之前輸入的二維(x，y)參數(shù)，得到激光測距儀位于基準(zhǔn)點(diǎn)時(shí)垂直上方的三維(x，y，z)參數(shù)，在水工模型內(nèi)部通水之后，根據(jù)已有輸入的水平面上的二維坐標(biāo)點(diǎn)，依次實(shí)現(xiàn)其他所有控制點(diǎn)水面線的自動(dòng)測量。

本發(fā)明的有益效果為：

1、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，能夠自動(dòng)測量控制點(diǎn)水面線。

2、本發(fā)明測量精確、操作簡便、花費(fèi)時(shí)間短。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的控制盒內(nèi)部單片機(jī)控制連接示意圖；

圖3為本發(fā)明的移動(dòng)測量裝置整體示意圖；

圖4為本發(fā)明的移動(dòng)測量裝置上表面示意圖；

圖5為本發(fā)明的移動(dòng)測量裝置下表面示意圖；

圖6為本發(fā)明的移動(dòng)測量裝置單片機(jī)控制連接示意圖；

圖7為本發(fā)明的移動(dòng)測量裝置滾輪四驅(qū)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本發(fā)明的模型控制點(diǎn)坐標(biāo)示意圖。

其中：1固定導(dǎo)軌，11水準(zhǔn)儀，12調(diào)平腳螺絲；2移動(dòng)導(dǎo)軌，21滾輪，22控制盒，23信號接收器，24單片機(jī)，25伺服電機(jī)，26電源；3移動(dòng)測量裝置，4水準(zhǔn)儀，5顯示屏；6按鍵區(qū)，61方向鍵，62開始/關(guān)閉鍵，63功能鍵，64確認(rèn)鍵，65數(shù)字鍵區(qū)；7滾輪，8激光測距儀，9SSD卡槽，10單片機(jī)，13伺服電機(jī)，14信號發(fā)射器，15電源，16軸承；a、b、c、d、e、f齒輪；O基準(zhǔn)點(diǎn)，A控制點(diǎn)。

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

如圖1所示，一種水工模型試驗(yàn)水面線自動(dòng)測量裝置包括：固定導(dǎo)軌1，移動(dòng)導(dǎo)軌2，裝22配盒，移動(dòng)測量裝置3。所述控制盒內(nèi)設(shè)置有信號接收器、單片機(jī)、伺服電機(jī)、電源；所述移動(dòng)測量裝置內(nèi)設(shè)置有激光測距儀、單片機(jī)、信號發(fā)射器、齒輪、電源，外部設(shè)置有顯示屏、按鍵區(qū)、滾輪、SSD卡槽。

進(jìn)一步的，所述固定導(dǎo)軌底部兩端設(shè)置有調(diào)平腳螺絲，用來調(diào)節(jié)整個(gè)裝置的高程和起水平支撐的作用；固定導(dǎo)軌兩端設(shè)置有水準(zhǔn)儀，通過觀察水準(zhǔn)儀氣泡在圓圈中心來判別固定導(dǎo)軌架設(shè)水平；固定導(dǎo)軌中心設(shè)置有“凹”槽，以確定移動(dòng)導(dǎo)軌測量時(shí)的運(yùn)動(dòng)位移方向。

進(jìn)一步的，所述移動(dòng)導(dǎo)軌首末兩端各設(shè)置有滾輪且嵌套在固定導(dǎo)軌內(nèi)部，控制移動(dòng)導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)；所述移動(dòng)導(dǎo)軌首末兩端各固定設(shè)置有控制盒；所述移動(dòng)導(dǎo)軌中心設(shè)置有“凹”槽，以確定移動(dòng)測量裝置測量時(shí)的運(yùn)動(dòng)位移方向。

進(jìn)一步的，所述控制盒內(nèi)部設(shè)置有伺服電機(jī)，用來控制滾輪的運(yùn)動(dòng),左右兩側(cè)滾輪為同步運(yùn)動(dòng)；所述控制盒內(nèi)部還設(shè)置有信號接收器和單片機(jī)，信號接收器用來接收移動(dòng)測量裝置發(fā)射來的位移信號，傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)接收到運(yùn)動(dòng)信號，控制伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)滾輪進(jìn)而帶動(dòng)移動(dòng)導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)；所述控制盒內(nèi)部還設(shè)置有電源，為伺服電機(jī)、信號接收器和單片機(jī)供電。

進(jìn)一步的，所述移動(dòng)測量裝置內(nèi)部設(shè)置有伺服電機(jī)和單片機(jī)，伺服電機(jī)在單片機(jī)的信號輸入下進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，為移動(dòng)測量裝置提供動(dòng)力；所述移動(dòng)裝置內(nèi)還設(shè)置有激光測距儀，與單片機(jī)連接實(shí)現(xiàn)測量信號的輸入和輸出，用來測量激光測距儀至基準(zhǔn)點(diǎn)或控制點(diǎn)水面線的距離；所述移動(dòng)裝置內(nèi)部還設(shè)置有信號發(fā)射器，在移動(dòng)測量裝置內(nèi)部的單片機(jī)的信號輸出下，通過向控制盒內(nèi)部的信號接收器發(fā)送運(yùn)動(dòng)的信號信息，進(jìn)而控制移動(dòng)導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)；所述移動(dòng)測量裝置內(nèi)部還設(shè)置有電源，為伺服電機(jī)、信號發(fā)射器、單片機(jī)、激光測距儀供電。

進(jìn)一步的，所述移動(dòng)測量裝置上表面設(shè)置有水準(zhǔn)儀，通過觀察水準(zhǔn)儀氣泡在圓圈中心來判別整個(gè)裝置架設(shè)水平；所述移動(dòng)測量裝置上表面還設(shè)置有顯示屏和鍵盤區(qū)，通過鍵盤區(qū)的按鍵操作，顯示屏顯示輸入與輸出的數(shù)據(jù)；同時(shí)，鍵盤區(qū)還實(shí)現(xiàn)測量裝置的開啟與測量。

進(jìn)一步的，所述移動(dòng)測量裝置下表面設(shè)置有滾輪，滾輪嵌套在移動(dòng)導(dǎo)軌的“凹”槽中，滾輪在伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)測量裝置的運(yùn)動(dòng)；所述滾輪的運(yùn)動(dòng)采用四驅(qū)驅(qū)動(dòng)，通過齒輪的咬合轉(zhuǎn)承到軸承上進(jìn)行動(dòng)力傳輸，實(shí)現(xiàn)四輪同步運(yùn)轉(zhuǎn)。

所述移動(dòng)測量裝置下表面還設(shè)置有激光測距儀的測頭，該測頭豎直向下，用來測量激光測距儀至基準(zhǔn)點(diǎn)或控制點(diǎn)水面線的距離。

進(jìn)一步的，所述移動(dòng)測量裝置側(cè)表面設(shè)置有SSD卡槽，用來插入SSD卡，單片機(jī)將測量的數(shù)據(jù)參數(shù)處理后存入SSD卡中。

進(jìn)一步的，在移動(dòng)導(dǎo)軌、移動(dòng)測量裝置的配合運(yùn)動(dòng)作用下，移動(dòng)測量裝置可以移動(dòng)到任意的控制點(diǎn)垂直線上方。

在測量開始前，將固定導(dǎo)軌1平行布置于所需測量水工模型左右岸兩側(cè)，接著將移動(dòng)導(dǎo)軌2架設(shè)在固定導(dǎo)軌1上方，且滾輪21位于固定導(dǎo)軌1“凹”槽內(nèi)，然后將移動(dòng)測量裝置3放置在移動(dòng)導(dǎo)軌2上方，調(diào)節(jié)調(diào)平腳螺絲12，使得水準(zhǔn)儀11、水準(zhǔn)儀4圓氣泡都在中間，表明整個(gè)裝置架設(shè)水平。

在水工模型內(nèi)部還沒有通水時(shí)，先通過開始/關(guān)閉鍵62打開移動(dòng)測量裝置3。利用數(shù)字鍵區(qū)65、方向鍵61、確認(rèn)鍵64、功能鍵63聯(lián)合作用，輸入所需要測量的控制點(diǎn)、包括基準(zhǔn)點(diǎn)O在模型中水平面上的二維(x，y)坐標(biāo)參數(shù)，然后將移動(dòng)測量裝置3水平放置到基準(zhǔn)點(diǎn)O上方，通過功能鍵63、確認(rèn)鍵64測量出激光測距儀8至基準(zhǔn)點(diǎn)O的垂直距離。由于基準(zhǔn)點(diǎn)高程已知，加上測量激光測距儀至基準(zhǔn)點(diǎn)的距離，即可得到激光測距儀8的高程H，單片機(jī)通過處理，結(jié)合之前輸入的水平面上的二維(x，y)參數(shù)，得到激光測距儀8位于基準(zhǔn)點(diǎn)時(shí)垂直上方的三維(x，y，z)參數(shù)。

在水工模型內(nèi)部通水之后，根據(jù)已有的水平面上的二維坐標(biāo)點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)之間的坐標(biāo)差值距離，在單片機(jī)10的處理和控制在對應(yīng)方向上運(yùn)動(dòng)距離的作用之下，依次實(shí)現(xiàn)其他所有控制點(diǎn)水面線的自動(dòng)測量。在移動(dòng)導(dǎo)軌2、移動(dòng)測量裝置3的配合運(yùn)動(dòng)作用下，移動(dòng)測量裝3可以移動(dòng)到任意的控制點(diǎn)(x，y)垂直線上方。其中，x方向上的移動(dòng)依靠移動(dòng)測量裝3左右移動(dòng)實(shí)現(xiàn)，y方向上的移動(dòng)依靠移動(dòng)導(dǎo)軌2前后移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。

自動(dòng)測量控制點(diǎn)水面線的過程如下：模型內(nèi)部開始通水之后，在功能鍵63及確認(rèn)鍵64配合下，在顯示屏5的顯示中找到自動(dòng)測量選項(xiàng)，點(diǎn)擊確認(rèn)鍵64。點(diǎn)擊確認(rèn)64后，移動(dòng)測量裝置3默認(rèn)開始依次對控制點(diǎn)的水面線高程進(jìn)行測量。

首先，單片機(jī)10在接收到確認(rèn)測量的信號后，從基準(zhǔn)點(diǎn)O的垂直上方點(diǎn)出發(fā)，根據(jù)之間輸入的控制點(diǎn)A(a，b)參數(shù)的二維坐標(biāo)，一方面向伺服電機(jī)13傳輸信號，伺服電機(jī)13帶動(dòng)滾輪21運(yùn)動(dòng)，控制移動(dòng)測量裝3向x軸方向坐標(biāo)為a點(diǎn)的方向行進(jìn)，到達(dá)后就停止在該方向的運(yùn)動(dòng)；另一方面，單片機(jī)10通過信號發(fā)射器14向控制盒22內(nèi)部的信號接收器23發(fā)射移動(dòng)信號，信號接收器23接收到信號后，傳輸給控制盒22內(nèi)部的單片機(jī)24，單片機(jī)24接收到移動(dòng)信號后，控制伺服電機(jī)25運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)滾輪21運(yùn)動(dòng)，控制移動(dòng)導(dǎo)軌2向y軸方向坐標(biāo)為b點(diǎn)的方向行進(jìn)，到達(dá)后就停止在該方向的運(yùn)動(dòng)。這樣，在A(a,b)坐標(biāo)的交匯下，移動(dòng)測量裝置3到達(dá)控制點(diǎn)A(a,b)垂直上方點(diǎn)。

然后，激光測距儀8開始測量該點(diǎn)的水面線與激光測距儀的距離L，將測量信號輸入給單片機(jī)10，單片機(jī)10接收到控制點(diǎn)A(a，b)測量的該點(diǎn)的水面線與激光測距儀的距離L后，通過計(jì)算(H-L)即為控制點(diǎn)A(a，b)的水面線高程。那么，控制點(diǎn)A(a，b，H-L)的高程得以測量。由于所需測量的控制點(diǎn)的坐標(biāo)均已以輸入到移動(dòng)測量裝置3中，移動(dòng)測量裝置3按照單片機(jī)10的信號控制之下，依次測量其他輸入坐標(biāo)點(diǎn)的水面線。并將測量后的所有數(shù)據(jù)存儲在SSD卡中，測量完畢后，通過相關(guān)的程序控制，裝置自動(dòng)運(yùn)動(dòng)返回到到基準(zhǔn)點(diǎn)上方，并停止運(yùn)動(dòng)。

上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。