CN221976108U - 一种基于无人机定位的河流水面比降测量系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于无人机定位的河流水面比降测量系统，无人机、连接杆和摄像装置；所述连接杆的一端固定在无人机上，另一端设置有连接螺柱；摄像装置上设置有与连接螺柱对应的支撑杆；支撑杆的一端固定在摄像装置上，另一端设置有固定块；连接杆的连接螺柱穿过固定块与螺母连接。本实用新型在测量时不对水体产生扰动，施测成本低且易于操作，保障了测量人员安全且可测量河流任意两点间比降的河流水面比降测量系统，极大提高了河流水面比降测量精度和测量效率，同时还会对河流水力特征研究起到极大的促进作用。

Description

一种基于无人机定位的河流水面比降测量系统

技术领域

本实用新型涉及水利和航道工程测量领域，具体涉及一种基于无人机定位的河流水面比降测量系统。

背景技术

河流水面比降是沿水流方向的水面两点之间水位差值与距离差值的比值，水面比降是推算流量、水位流量关系和航道尺度潜力的重要资料，为了获取水面比降数据进而对河流水力特征进行更深入分析，通常需要对河流水面比降进行实地测量。

目前，测量河流水面比降通常采用如下两种方法：方法一是由测量人员乘船前往河道中心线由自记水位计记录上游测点的水位值，再前往下游测点由相同方法记录下游测点的水位值，同时需记录下两点间距离，由两点之间的水位差值与距离差值推求河流水面比降；方法二是基于架设在河中的上下游固定水尺的水位读数，由于位置、距离固定，根据水位差值与固定距离推求河流水面比降。

但上述两种河流水面比降测量各自存在较为明显的不足，方法一存在以下三方面的问题：一是乘船前往河流中测量水位，船体本身及其晃动可能对船体附近水位值产生扰动，造成测量水位值较真实水位值有所偏差，进而使得水面比降的推算也产生相应误差；二是当前方法测量效率较低，测量成本较高，由一观测点行至下一观测点时，由于行船速度较慢、船舶开行耗油较大、需要对水位计进行重新校准等，易造成测量效率低且同时测量成本高的问题；三是测量例如山区河流等大流速河道水面比降时，由于流速较大，水流的紊动较强，测量人员乘坐测量船下河测量时将面临较大的安全风险，存在较大的人员安全隐患。方法二的不足之处在于水尺无法挪动，水尺之间的距离固定，因此只能得到固定两点间的河流水面比降，无法得到任意两点间的河流水面比降。

实用新型内容

为了解决现有测量方法中的测量效率和测量精度低、测量成本高及存在安全风险的问题，本实用新型提供一种基于无人机定位的河流水面比降测量系统，包括：无人机、连接杆和摄像装置；所述连接杆的一端固定在无人机上，另一端设置有连接螺柱；摄像装置上设置有与连接螺柱对应的支撑杆；支撑杆的一端固定在摄像装置上，另一端设置有固定块；连接杆的连接螺柱穿过固定块与螺母连接。

进一步地，所述连接杆下部轴向中空，所述摄像装置设置在所述中空结构内；技术效果是：使摄像装置包裹在连接杆内。

更进一步地，所述摄像装置的下部与连接杆底部齐平；技术效果是：连接杆碰到水的时候摄像装置同时碰到水，进而更精确的对水位进行测量。

进一步地，所述连接杆的底端内部设置有连接块，所述连接块上固定有连接螺栓；技术效果是：使连接杆包裹住摄像装置。

进一步地，所述连接杆位于摄像装置的周缘，所述连接块延伸出摄像头的周缘；技术效果是：使得摄像装置上的连接块可通过底部的连接装置与连接杆固定。

进一步地，所述连接块与所述连接杆的端口间隔设置，所述间隔的距离大于连接螺柱的长度；技术效果是：使连接螺柱被包裹在连接杆内。

进一步地，所述连接块采用不锈钢圆片，通过焊接与连接杆固定连接。

进一步地，所述固定块采用圆形垫片。

进一步地，所述无人机机身下方设置有连接螺帽。

进一步地，所述连接杆的顶部设置有连接螺纹，所述连接螺纹与无人机机身下方的连接螺帽连接。

进一步地，还包括显示终端，所述显示终端与摄像装置或无人机进行网络通讯；所述显示终端包括无线通讯模块，显示终端用于显示摄像装置的画面。

显示终端与摄像装置的通讯方法包括：所述摄像装置与无人机电线连接，所述显示终端通过无人机的无线通讯模块与摄像装置连接。

显示终端与摄像装置的通讯方法还包括：所述摄像装置还包括一个无线通讯模块，摄像装置通过所述无线通讯模块与显示终端连接。

本实用新型的有益效果包括：

本实用新型在测量时不对水体产生扰动，施测成本低且易于操作，保障了测量人员安全且可测量河流任意两点间比降的河流水面比降测量系统，极大提高了河流水面比降测量精度和测量效率，同时还会对河流水力特征研究起到极大的促进作用。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型的可拆卸式辅助圆管的结构示意图；

图3为本实用新型的防水摄像头结构的侧视示意图；

图4为本实用新型的防水摄像头固定在可拆卸式辅助圆管内的结构的仰视示意图；

图5为实用新型的防水摄像头固定在可拆卸式辅助圆管内的结构的侧视示意图；

图中标记为：1-无人机，2-可拆卸式辅助圆管，3-防水摄像头，4-水面线，5-水下地形纵剖面线，6-摄像头画面显示终端，20-连接螺纹，21-不锈钢固定圆片，22-连接螺栓，23-连接螺帽，30-垫片连接杆，31-连接垫片。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定，基于该实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

一种基于无人机定位的河流水面比降测量系统，包括无人机、连接杆和摄像装置；所述连接杆的一端固定在无人机上，另一端设置有连接螺柱；摄像装置上设置有与连接螺柱对应的支撑杆；支撑杆的一端固定在摄像装置上，另一端设置有固定块；连接杆的连接螺柱穿过固定块与螺母连接。

所述连接杆下部轴向中空，所述摄像装置设置在所述中空结构内。

本实施例中所述基于无人机定位的河流水面比降测量系统如图1所示，所述无人机为无人机1；所述连接杆为可拆卸式辅助圆管2，可拆卸式辅助圆管2采用不锈钢制成，具有不锈性和较高的抗拉强度，该圆管长度固定为50cm，直径为8cm；所述摄像装置为防水摄像头3。

所述可拆卸式辅助圆管2的底端内部设置有连接块，所述可拆卸式辅助圆管2上固定有连接螺柱(如图2中的连接螺栓22)。所述可拆卸式辅助圆管2位于防水摄像头3的周缘，所述连接块延伸出防水摄像头3的周缘。所述连接块与所述可拆卸式辅助圆管2的端口间隔设置，所述间隔的距离大于连接螺栓的长度。所述连接块通过焊接与可拆卸式辅助圆管2固定连接。本实施例中所述连接块为图2所示的不锈钢固定圆片21，具体地，所述可拆卸式辅助圆管2的底端内部设置有不锈钢固定圆片21，所述不锈钢固定圆片21上固定有连接螺栓22；所述不锈钢固定圆片21采用不锈钢固定圆片21，通过焊接与可拆卸式辅助圆管2固定连接。

上述系统中，所述固定块采用圆形的连接垫片31。具体如图2所示，所述可拆卸式辅助圆管2上端为连接螺纹20，下端靠近可拆卸式辅助圆管2出口处焊有不锈钢固定圆片21，用于固定连接螺栓22，可拆卸式辅助圆管2下端与防水摄像头3通过连接螺栓22、连接垫片31和连接螺帽23连接。

在使用时先将可防水摄像头3通过连接垫片31、连接螺栓22和连接螺帽23固定在可拆卸式辅助圆管2下端，再将拆卸式辅助圆管2通过连接螺纹20旋入无人机1机身下方的连接螺帽中。

上述系统中，所述无人机1机身下方设置有连接螺帽；可拆卸式辅助圆管2的顶部设置有连接螺纹20，所述连接螺纹20与无人机1机身下方的连接螺帽连接。

具体地，所述无人机1上安装有GPS模块，可记录并显示两测点间的距离和每一测点的高程数据，无人机1机身下方装有一连接螺帽，用于连接可拆卸式辅助圆管2；连接螺帽与无人机1机身平面保持平行，以确保可拆卸式辅助圆管2与无人机1连接时，可拆卸式辅助圆管2与无人机1机身平面保持垂直。

如图3和图4所示，所述防水摄像头3机身上焊有两根垫片连接杆30，每根垫片连接杆30上均焊有连接垫片31，通过将连接垫片31穿过可拆卸式辅助圆管2下方的连接螺栓22中，下方再用连接螺帽23拧紧，即可将防水摄像头3固定在可拆卸式辅助圆管2下方，防水摄像头3最下方与可拆卸式辅助圆管2最底部保持齐平，具体连接如图5所示。

上述系统中，还包括显示终端(图1中的摄像头画面显示终端6)，所述摄像头画面显示终端6与防水摄像头3通过无线网络相连；无线通讯方式之一为：所述摄像头画面显示终端6可通过无人机1的无线通讯模块与防水摄像头3连接，所述防水摄像头3与无人机1电线连接；无线通讯方式之二为：采用防水摄像头3自带无线通讯模块，直接与摄像头画面显示终端6进行无线通讯。防水摄像头3可实时拍摄其正下方场景，并可通过无线网络信号将画面回传至摄像头画面显示终端6。所述摄像头画面显示终端6可与防水摄像头3建立网络信号连接，实时显示防水摄像头3所拍摄场景画面，以便判断是否接近或触及到水面。

所述基于无人机定位的河流水面比降测量系统的具体工作方式为：将测量装置放置于所需观测河流水面点附近岸边，测量人员在岸边操纵该测量系统，具体操作流程如下：

①试验开始前，测量人员将防水摄像头3上的两个连接垫片31穿过可拆卸式辅助圆管2下方的两个连接螺栓22中，再用连接螺帽23将其拧紧，将防水摄像头3固定在可拆卸式辅助圆管2下方，再将可拆卸式辅助圆管2通过连接螺纹20旋入无人机1机身下方的螺帽中，起飞前检查防水摄像头6拍摄画面是否可由摄像头画面显示终端6实时显示，以及无人机锂电池、遥控器等各项指标是否正常；

②试验开始后，测量人员利用无人机1的GPS定位功能遥控引导无人机1并悬停至下游第一测点正上方，并保持无人机1机身所在平面垂直于铅垂面，此时下降无人机1高度并同步观察摄像头画面显示终端6，当摄像头画面显示终端6的画面显示防水摄像头6已接触到水面的同一时间，停止下降无人机1的高度，保持该高度并由GPS模块功能记录下此时无人机1所在高程h₁。控制无人机1沿河道中心线飞行至上游第二测点正上方，记录无人机1在两测点间的飞行距离Δl'，仍保持无人机1机身所在平面垂直于铅垂面，再次下降无人机1高度，并同步观察摄像头画面显示终端6，当摄像头画面显示终端6的画面显示防水摄像头6已接触到水面的同一时间，停止下降无人机1的高度，记录此时无人机1所在高程h₂；

③计算河流水面比降J：因可拆卸式辅助圆管2与无人机1机身平面始终保持垂直，故两测点间可拆卸式辅助圆管2始终保持平行，加之可拆卸式辅助圆管2为固定长度，则两测间点的无人机1高程差Δh'(即h₂-h₁)与两测点的水面高程差Δh、两测点间的无人机1沿河道中心线飞行距离Δl'与两测点的水面距离Δl也是相等的，可计算得河流水面比降J＝两测点间的无人机1高程差Δh'/两测点间的无人机1沿河道中心线飞行距离Δl'。

无人机1在整个河流水面比降测量过程中工作原理如下：

无人机1机身所在平面始终与铅垂面相垂直且始终位于测点正上方，是为了确保无人机1在上下游两测点测量时，可拆卸式辅助圆管2是相互平行的；

可拆卸式辅助圆管2在整个河流水面比降测量过程中工作原理如下：

两测次中可拆卸式辅助圆管2为定长，是为了保证上下游两测次间无人机1下方到水面的距离为定值，进而为高程差关系、距离关系的推算建立条件；

摄像头画面显示终端6在整个河流水面比降测量过程中工作原理如下：

防水摄像头3最下方与可拆卸式辅助圆管2最底部基本保持齐平，当摄像头画面显示终端6的画面显示防水摄像头6已接触到水面的同一时间，停止下降无人机1的高度，是为了在可拆卸式辅助圆管2在即将进入水中的临界状态时，即可拆卸式辅助圆管2伸入水中的长度＝距离水面的距离＝0时，记录下此时无人机1的高程，进而使得两测间点的无人机1高程差Δh'与两测点的水面高程差Δh相等的关系成立。

Claims (10)

1.一种基于无人机定位的河流水面比降测量系统，其特征在于，包括：无人机、连接杆和摄像装置；所述连接杆的一端固定在无人机上，另一端设置有连接螺柱；摄像装置上设置有与连接螺柱对应的支撑杆；支撑杆的一端固定在摄像装置上，另一端设置有固定块；连接杆的连接螺柱穿过固定块与螺母连接。

2.如权利要求1所述的基于无人机定位的河流水面比降测量系统，其特征在于，所述连接杆下部轴向中空，所述摄像装置设置在所述中空结构内。

3.如权利要求1或2所述的基于无人机定位的河流水面比降测量系统，其特征在于，所述连接杆的底端内部设置有连接块，所述连接块上固定有所述连接螺柱。

4.如权利要求3所述的基于无人机定位的河流水面比降测量系统，其特征在于，所述连接杆位于摄像装置的周缘，所述连接块延伸出摄像头的周缘。

5.如权利要求3所述的基于无人机定位的河流水面比降测量系统，其特征在于，所述连接块与所述连接杆的端口间隔设置，所述间隔的距离大于连接螺柱的长度。

6.如权利要求3所述的基于无人机定位的河流水面比降测量系统，其特征在于，所述连接块通过焊接与连接杆固定连接。

7.如权利要求1所述的基于无人机定位的河流水面比降测量系统，其特征在于，所述固定块采用圆形垫片。

8.如权利要求1所述的基于无人机定位的河流水面比降测量系统，其特征在于，所述无人机机身下方设置有连接螺帽。

9.如权利要求8所述的基于无人机定位的河流水面比降测量系统，其特征在于，所述连接杆的顶部设置有连接螺纹，所述连接螺纹与无人机机身下方的连接螺帽连接。

10.如权利要求1所述的基于无人机定位的河流水面比降测量系统，其特征在于，还包括显示终端，所述显示终端与摄像装置或无人机进行网络通讯。