CN112082535A - 基于智慧水尺的水利监测*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于智慧水尺的水利监测***，包括若干智慧水尺、通过无线通讯模块与每个智慧水尺通信的云服务器，以及与云服务器通信连接的终端监管平台；智慧水尺用于实时采集水中的所需参数，并发送至云服务器存储；云服务器用于接收、存储实时每个智慧水尺采集的数据，并转发实时采集数据和预警信息至终端监管平台。根据需要，长江、黄河、湖泊等多个流域的监测点都可以布置该智慧水尺，所有的智慧水尺与云端无服务无线通信，智慧水尺中的传感器就能够检测水域中的所需参数，并传递给控制模块，然后通过无线传送模块传送给云端服务器，在通过云端服务器处理后，再传送给用户终端进行监控、查看、记录等，非常方便，效率高，节省人力成本。

Description

基于智慧水尺的水利监测***

技术领域

本发明属于水域监测设备技术领域，具体涉及一种基于智慧水尺的水利监测***。

背景技术

在长江、湖泊等水域，常常需要监测水的流速、液位、浊度传感器、含氧量、氨氮含量和PH值等参数。现有技术中对应的传感器很多，但是往往是通过操作人员手持检测设备对待测点水的数据进行测试，然后进行人工记录，且每次只能测试某一深度处对应的参数，费事费力，效率低，如今年夏季长时间下雨，导致长江发大水，长江流域沿岸受灾严重，房屋浸水、农田淹没、工厂停产等等，严重影响了人们的正常生活、甚至威胁到生命安全，因此需要及时了解到长江中的水位、流速、浊度，以及水中含氧量、氨氮含量和PH值等参数，以便及时做出应对措施。但是由于智能检测设备的匮乏，出现了几千人手持检测设备对不同监测点进行检测的状况，效率低，成本搞，且危机操作人员的安全。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于智慧水尺的水利监测***，解决现有技术中通过操作人员手持检测设备对待测点水的数据进行测试，然后进行人工记录，且每次只能测试某一深度处对应的参数，费事费力，效率低的技术问题。

为了实现以上目的，本发明采取的具体技术方案是：

基于智慧水尺的水利监测***，包括若干智慧水尺、通过无线通讯模块与每个智慧水尺通信的云服务器，以及与云服务器通信连接的终端监管平台；

所述智慧水尺用于实时采集水中的所需参数，并发送至云服务器存储；

所述云服务器用于接收、存储实时每个智慧水尺采集的数据，并基于预先设定的预警策略对接收的实时采集数据进行预警判断和处理生成预警信息并存储，并转发实时采集数据和预警信息至终端监管平台；

所述终端监管平台显示从云服务器获取的实时采集数据和预警信息；

所述智慧水尺包括控制盒和至少两个水尺单元，以及多个传感器；控制盒中设置有电路板、电池，以及设置在电路板上控制模块、GPS定位模块和无线通信模块；电池为控制模块、无线通信模块、GPS定位模块和传感器供电。

根据需要，长江、黄河、湖泊等多个流域的监测点都可以布置该智慧水尺，所有的智慧水尺与云端无服务无线通信，智慧水尺中的传感器就能够检测水域中的所需参数，并传递给控制模块，然后通过无线传送模块传送给云端服务器，在通过云端服务器处理后，再传送给用户终端进行监控、查看、记录等。每个智慧水尺具有位于的编码信息，每个水尺单元也具有位唯一的编码信息。同时，通过将多个水尺单元依次连接，形成长度较长的智慧水尺，并悬挂于浮球的底部，每个水尺单元中设置有一个角度传感器，由于水流对水尺有冲击，使得水尺在水中发生倾斜，而不同深度处的流速不同，则每个水尺单元受到的水的冲力不同，导致不同水尺单元的倾斜角度不同，每个角度传感器将所测角度至传递给控制模块，然后通过无线传送模块传送给云端服务器进行数据处理，得出不同水尺单元对应的具体深度，以及不同深度处的流速，最后通过云端服务器再传送给用户终端进行监控、查看、记录等，非常方便，效率高，节省人力成本。

进一步改进，所述控制盒底部设置的传感器包括浊度传感器、含氧量检测传感器、硫磷传感器、重金属传感器、氨氮传感器和PH值检测传感器中的一种或多种，用于采集水中的透明度、溶解氧、氨氮、硫磷、重金属和PH值；

所述水尺单元包括绝缘壳体和设置在壳体中的角度传感器；相邻智慧水尺单元依次连接后，最上端的智慧水尺单元与控制盒连接，角度传感器通过导线与电路板电连接；

智慧水尺置于待检测水域中，水流对水尺有冲击，使水尺在水中发生倾斜，而不同深度处的流速不同，则每个水尺单元受到的水的冲力不同，使不同水尺单元的倾斜角度不同，每个角度传感器将所测角度至传递给控制模块，然后通过无线传送模块传送给云端服务器进行数据处理，得出不同水尺单元对应的具体深度，以及不同深度处的流速，再通过云端服务器再传送给用终端监管平台。

进一步改进，所述控制盒的下端设置有第一连接头；

所述水尺单元的壳体两端的设置有第一连接头和第二连接头；

将相邻两个智慧水尺单元分别记作第一水尺单元和第二水尺单元，第一水尺单元的第一连接头和第二水尺单元的第二连接头；

最上端水尺单元的第二连接头与控制盒的下端的第一连接头连接；位于智慧水尺尾部的水尺单元底部没有设置有第一连接头，只设置有第二连接头；

所述第一连接头包括插接头和设置在插接头上的锁紧件；所述设置在插接头端部的多个插针；

所述第二连接头包括固定座和设置在固定座上的插座，插座上开设有与插针数量相同的插孔；

相邻两个智慧水尺单元连接时，第一水尺单元插接头的插针***对应第二水尺单元插座的插孔中，同时锁紧件与固定座密封连接。

进一步改进，每个智慧水尺对应一个第一编号N_M，k，每个智慧水尺的每个水尺单元对应一个第二编号N_M，k，i，且智慧水尺对应的第一编号和第一编号N_M，k和每个水尺单元对应的第二编号N_M，k，i均存储于云端服务器终，其中，i和k均为正整数，M为城市代码；

所述智慧水尺通过无线通信模块发送的云端服务器的数据包中包括传感器检测的数据信息，以及对应的第一编号和第二编号信息。

进一步改进，所述终端监管平台能够多屏显示，可以同时显示基于地理信息***的监测区域的地图，以及以图表形式显示的所有智慧水尺的编码信息以及对应的实时采集数据；

地图中每个监测点通过一个标识进行标记，通过点击该标识可以显示对应智慧水尺的编码信息以及对应的实时采数据。

进一步改进，所述控制盒为浮球，智慧水尺上端设置有0刻度线，浮球漂浮在水面上，且0刻度线与水面齐平。

进一步改进，所述控制盒上设置有太阳能电池***，太阳能电池板设置在浮球的顶部，太阳能电池板、太阳能充电器、充电电池组和DC-DC降压模块位于浮球的腔体中。

进一步改进，每个监测点，半径为50米的圆形区域内，至少布置三个智慧水尺；当某个智慧水尺或某个水尺单元的检测数据出现突变时，则删除该数据，将该区域内其余对应的数据求平均值作为该监测点某个参数的检测值，提高检测精准度。

进一步改进，所述智慧水尺采用锚固或者通过绳索、链条与固定物体连接；

1)、通过连接浮球固定智慧水尺，如锚固或者高于水面的支架、建筑物连接等；

或者，2)、通过与最下端的水尺单元连接固定智慧水尺，如锚固或者与水域底部的固定建筑物连接等。

进一步改进，设定每个智慧水尺包括n个水尺单元，整个智慧水尺的总长度为L，每个水尺单元的长度为l，则L＝n l；每个水尺单元设置一个角度传感器 C_i，自上而下依次记为C₁，C₂，……，C_n，n为正整数，n≥2；

利用该智慧水尺***中水尺单元的角度传感器获取监测点对应深度处流速的方法如下：

1)、通过实验获取修正系数：

1.1)、采用流速仪对同一水域的同一测试点不同深度处的流速进行测定，获得准确值V_0i，分别记为V₀₁，V₀₂，……，V_0n；

1.2)、采用权利要求1-8中所述的智慧水尺对步骤1)中所述同一水域的同一测试点不同深度处的流速分别进行测定，获得角度传感器C_i测量的角度初始值，重复测定m次求平均值，得出初始角度平均值W_0i'，n个角度传感器测得的初始角度平均值分别记为W₀₁'，W₀₂'，……，W_0n'，m为正整数，m≥3；

1.3)、将角度值W_0i'换算为流速初始值V_0i'，

根据水尺单元的受力情况：

T·cosW_0i'＝mg； (1)

T·sinW_0i'＝p·ΔS； (2)

ΔS＝l·2r (3)

其中，mg为水尺单元的重量，已知；T为水尺单元受的拉力；f＝p·ΔS，f 为水尺单元受到流水的冲击力，p为不同深度处流水作用于对应水尺单元的压强，ΔS为水尺单元迎水面的面积，r为水尺单元的外径，已知；

以及，流体的伯努利方程：

其中，Q为常量，ρ为水的密度；

第i个角度传感器对应的深度h_i＝l(cosW₀₁'+cosW₀₂'+……+cosW_0i')；(5)

由公式(1)-(5)得出：

1.4)、对1.3)中的V_0i'和步骤一中的V_0i进行比较，得出：

V_0i＝k_i·V_0i'+d_i； (7)

即求得修正系数，其中，i为正整数，1≤i≤n，k_i为第一修正系数，d_i为第二修正系数；

2)、利用智慧水尺的测量监测点水的流速：

2.1)、将智慧水尺置于待检测水域的监测点处，智慧水尺的0刻度线与水平面齐平；

2.2)、开启电源，由于不同深度h_i处水的流速不同，则同一智慧水尺的不同水尺单元的倾斜角度不同，每个角度传感器测得对应水尺单元的倾斜角度W_i，并传递给控制模块和云端服务器，云端服务器将W_i计算换算成计算值V_i'，套用公式(6)，得出：

再根据步骤1)中已求解的第一修正系数k_i和d_i第二修正系数，套用公式(7) 计算处不同深度处的实际流速V_i，

V_i＝k_i·V_i'+d_i， (9)

并将计算值V_i和对应的第一编号、第二编号信息在终端监管平台上显示。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、根据需要，长江、黄河、湖泊等多个流域的监测点都可以布置该智慧水尺，所有的智慧水尺与云端无服务无线通信，智慧水尺中的传感器就能够检测水域中的所需参数，并传递给控制模块，然后通过无线传送模块传送给云端服务器，在通过云端服务器处理后，再传送给用户终端进行监控、查看、记录等。每个智慧水尺具有位于的编码信息，每个水尺单元也具有位唯一的编码信息，检测方便，同时可以测试不同深度处的参数，效率高，节省人力成本，特别是对于放生洪涝灾情的地方。

2、通过设置太阳能组件，充分利用太阳能，解决了频繁更换电池的问题；因为该水尺的功耗不是特别大，因此通过设置在浮球顶部的太阳能电池板接受的太阳能足以使其正常持续工作。

3、通过设置水尺单元，可以根须需要，选择水尺单元的数量可拆卸式组装为不同的长度，拆装方便，便于携带。

附图说明

图1为本发明基于智慧水尺的水利监测***示意图。

图2为本发明基于智慧水尺的水利监测***的框图。

图3为浮球式智慧水尺俯视图。

图4为图3的B-B剖视图，其中水尺部分未剖视。

图5为浮球的结果示意图。

图6为本发明水尺单元的示意图。

图7为图6的A-A剖视图。

图8为相邻两个智慧水尺单元连接处的结构示意图。

图9为第二连接头的结构示意图。

图10为通过连接浮球固定智慧水尺的示意图。

图11为通过与最下端的水尺单元连接固定智慧水尺的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1、2所示，基于智慧水尺的水利监测***，包括若干智慧水尺600、通过无线通讯模块与每个智慧水尺通信的云服务器700，以及与云服务器通信连接的终端监管平台800。

所述智慧水尺600用于实时采集水中的所需参数，并发送至云服务器存储 700。

所述云服务器700用于接收、存储实时每个智慧水尺采集的数据，并基于预先设定的预警策略对接收的实时采集数据进行预警判断和处理生成预警信息并存储，并转发实时采集数据和预警信息至终端监管平台800。

所述终端监管平台显示从云服务器获取的实时采集数据和预警信息；

所述智慧水尺600包括控制盒300和三两个水尺单元100，以及多个传感器 400；控制盒中设置有电路板、电池，以及设置在电路板上控制模块、GPS定位模块和无线通信模块；电池为控制模块、无线通信模块、GPS定位模块和传感器供电。

在本实施例中，所述控制盒底部设置的传感器包括浊度传感器、含氧量检测传感器、硫磷传感器、重金属传感器、氨氮传感器和PH值检测传感器中的一种或多种，用于采集水中的透明度、溶解氧、氨氮、硫磷、重金属和PH值；

所述水尺单元包括绝缘壳体和设置在壳体中的角度传感器；相邻智慧水尺单元依次连接后，最上端的智慧水尺单元与控制盒连接，角度传感器通过导线与电路板电连接；

智慧水尺置于待检测水域中，水流对水尺有冲击，使水尺在水中发生倾斜，而不同深度处的流速不同，则每个水尺单元受到的水的冲力不同，使不同水尺单元的倾斜角度不同，每个角度传感器将所测角度至传递给控制模块，然后通过无线传送模块传送给云端服务器进行数据处理，得出不同水尺单元对应的具体深度，以及不同深度处的流速，再通过云端服务器再传送给用终端监管平台。

每个智慧水尺对应一个第一编号N_M，k，每个智慧水尺的每个水尺单元对应一个第二编号N_M，k，i，且智慧水尺对应的第一编号和第一编号N_M，k和每个水尺单元对应的第二编号N_M，k，i均存储于云端服务器终，其中，i和k均为正整数，M为城市代码；

所述智慧水尺600通过无线通信模块发送的云端服务器700的数据包中包括传感器检测的数据信息，以及对应的第一编号和第二编号信息。

在本实施例中，所述终端监管平台能够多屏显示，可以同时显示基于地理信息***的监测区域的地图，以及以图表形式显示的所有智慧水尺的编码信息以及对应的实时采集数据；

地图中每个监测点通过一个标识进行标记，通过点击该标识可以显示对应智慧水尺的编码信息以及对应的实时采数据。

所述控制盒300为浮球，智慧水尺上端设置有0刻度线，浮球漂浮在水面上，且0刻度线与水面齐平。

在本实施例中，每个监测点，半径为50米的圆形区域内，布置三个智慧水尺；当某个智慧水尺或某个水尺单元的检测数据出现突变时，则删除该数据，将该区域内其余对应的数据求平均值作为该监测点某个参数的检测值，提高检测精准度。

在本实施例中，通过连接浮球固定智慧水尺，如锚固，如图10所示。

在其他实施例中，可以通过与最下端的水尺单元连接固定智慧水尺，如与水域底部的固定建筑物连接等，如图11所示。

如图3-9所示，在本实施例中，所述智慧水尺包括绝缘浮球、设置在浮球底部的传感器400，以及三个依次连接的水尺单元100；

所述浮球的顶部设置有太阳能电池板301，浮球的腔体中设置有太阳能电池模块305、控制模块304、GPS定位模块和无线通信模块；每个水尺单元中设置有一个角度传感器；所述太阳能电池板接受太阳能通过太阳能电池模块为控制模块、无线通信模块、GPS定位模块和所有的传感器供电。

将该浮球式智慧水尺置于待测流域中，由于浮球体积相对较大，浮力大较，使得浮球处于漂浮状态，便于直观的察看该水尺的具***置；同时，浮球随着水位的涨落而升降，带动水尺移动，使得测量数据更精准。

通过设置太阳能组件，充分利用太阳能，解决了频繁更换电池的问题；因为该水尺的功耗不是特别大，因此通过设置在浮球顶部的太阳能电池板接受的太阳能足以使其正常持续工作。

通过浮球底部设置的传感器，检测水域中所需参数，并传递给控制模块，然后通过无线传送模块传送给云端服务器，在通过云端服务器再传送给用户终端进行监控、查看、记录等。同时，通过将多个水尺单元依次连接，形成长度较长的智慧水尺，并悬挂于浮球的底部，每个水尺单元中设置有一个角度传感器，由于水流对水尺有冲击，使得水尺在水中发生倾斜，而不同深度处的流速不同，则每个水尺单元受到的水的冲力不同，导致不同水尺单元的倾斜角度不同，每个角度传感器将所测角度至传递给控制模块，然后通过无线传送模块传送给云端服务器进行数据处理，得出不同水尺单元对应的具体深度，以及不同深度处的流速，最后通过云端服务器再传送给用户终端进行监控、查看、记录等，非常方便，效率高，节省人力成本。所述终端为电脑、手机或者/和平板电脑等。

通过设置水尺单元，可以根须需要，选择水尺单元的数量可拆卸式组装为不同的长度，拆装方便，便于携带。

GPS定位模块将浮球位置信息通过无线通信模块发给云端服务器，再通过云端服务器发送给用户终端，在用户终端的地图上标记出该浮球水尺的准确位置，便于查看。

在本实施例中，所述浮球的底部固定设置有筒状防护罩200，防护罩上开设有若干小孔；所述传感器400包括浊度传感器、含氧量检测传感器、氨氮传感器和 PH值检测传感器中，传感器和依次连接的水尺单元为悬挂于主体的底部，且传感器位于防护罩中。

在其他实施例中，所述传感器包括浊度传感器、含氧量检测传感器、氨氮传感器和PH值检测传感器中的一种或多种

由于环境污染，导致河流、湖泊等流域的水面上漂浮有垃圾，如塑料袋、树枝等，为了防止漂浮垃圾缠绕、挂设在所述传感器上影响其正常工作，则设置了防护罩，使传感器位于防护罩中，起到很好的保护作用。由于该保护罩固定在浮球底部，且保护罩强度较高，不易变形；另外，通过在防护罩上开设若干小孔，保证防护罩内外的压强相同、水质相同，提高检测结果的精准度。

由于多个水尺单元连接后挂设在浮球底部，水尺长度较长，而防护罩的高度大概为30-50cm，因此水尺的下端是伸出保护罩的，而水面以下的垃圾相对较少，因此并不会影响水尺的测量精度。

在本实施例中，所述浮球包括本体302和外盖板303；所述主体302为有底无盖的筒状，记为外筒308，外筒的桶底中心部位向内凹陷并延伸形成内筒309，使得主体的内腔整体为环状，太阳能电池模块、控制模块和无线通信模块布置在环形内墙中；内筒的高度低于外筒，内筒的顶部沿周向设置有环形限位台306，限位台上固定设置有内盖板307，限位台和内盖板之间设置有密封垫，起到良好的密封效果，防止搭接处渗水导致安装太阳能电池模块、控制模块和无线通信模块短路。

所述外盖板303的下端沿周向开设有U形凹槽，外盖板和主体配合设置时，外筒308的上缘***U形槽中，且外筒和外盖板的搭接处通过螺钉固定连接，连接牢靠，提高结果稳定性，凹槽中设置有环形密封垫，起到良好的密封效果，防止搭接处渗水导致安装太阳能电池模块、控制模块和无线通信模块短路。

所述外盖板303的顶板上开设有凹腔，太阳能电池板301嵌设在凹腔中，太阳能电池板通过导线与太阳能电池模块电连接；所述电源模块包括太阳能电池板、太阳能充电器、充电电池组和DC-DC降压模块，所述太阳能电池板的输出端与太阳能充电器的输入端相连接，太阳能充电器的输出端连接充电电池组的输入端，充电电池组的输出端与DC-DC降压模块的输入端相连接，DC-DC降压模块的输出端与主微处理器连接，所述太阳能电池板接收太阳光的照射将太阳能转换为电能，通过太阳能充电器将电能储存于充电电池组，经过DC-DC降压模块将充电电池组输出电压降为控制模块和无线通讯模块的工作电压。

所述防护罩200的上端与限位台306固定连接；传感器和依次连接的水尺单元为悬挂于内盖板的底部。

通过将浮球设置为分体式，包括主体和外盖板，便于在浮球的腔体中安装太阳能电池模块、控制模块和无线通信模块，且三个模块的均匀分布，使得该浮球式水尺的重心与其几何中心重合，保证浮球漂浮在水面上时不会发生倾斜甚至翻倒的现象。正常情况下，水面应该低于主体与外盖板的连接线。

在本实施例中，所述内盖板307的底部设置有第一连接头2；

所述水尺单元100包括绝缘壳体1和设置在壳体中的角度传感器，壳体两端的设置有第一连接头2和第二连接头3；

将相邻两个智慧水尺单元分别记作第一水尺单元和第二水尺单元，第一水尺单元的第一连接头和第二水尺单元的第二连接头；

最上端水尺单元的第二连接头与控制盒的下端的第一连接头连接；

位于智慧水尺尾部的水尺单元底部没有设置有第一连接头，只设置有第二连接头。

通过设置水尺单元，可以根须需要，选择水尺单元的数量组装为不同的长度；将相邻两个水尺单元分别记作第一水尺单元和第二水尺单元，相邻两个智慧水尺单元连接时，第一水尺单元插接头的插针***对应第二水尺单元插座的插孔中，同时锁紧件与固定座密封连接，拆装方便，便于携带。

在本实施例中，所述壳体1整体呈圆柱状，由两个端面呈半圆状的半壳组成。便于生产加工、装配，两个半壳通过螺钉紧固连接，且连接处通过密封胶处理。

在本实施例中，所述第一连接头2包括插接头21和设置在插接头21上的锁紧件22；插接头端部设置有多个插针7；

所述第二连接头3包括固定座31和设置在固定座上的插座32，插座32上开设有与插针7数量相同的插孔321；

将相邻两个水尺单元结构分别记作第一水尺单元和第二水尺单元，相邻两个水尺单元结构连接时，第一水尺单元插接头的插针***对应第二水尺单元插座的插孔中，操作方便，同时锁紧件与固定座密封连接，密封效果好，防止第一连接头和第二连接头的连接处漏水而导致短路。

所述壳体1设置有电路板5，角度传感器与电路板5连接，第一连接头的插针7与电路板电连接，第二连接头上插孔中金属触片与电路板电连接，进行信号传送。水尺单元中角度传感器检测的数据通过插针依次传递给控制模块。

在本实施例中，所述插接头21包括连接件211和插接件212，连接件211 为圆台体，插接件212为圆柱体，且二者相连，并同轴设置，其中连接件211 的直径大于插接件212；

所述连接件211靠近插接件212的一端沿周向向外凸起形成环状第一压环 213。

相邻两个水尺单元结构连接时，第一水尺单元的锁紧件件的一端压紧第一压环，另一端与对应第二水尺单元的固定座，第一水尺单元的第一压环与第二水尺单元的固定座之间设置有第一密封环。所述第一压环与连接件一体成型，通过设置压环，两个水尺单元结构连接，第一压环压紧第一密封环8，起到良好的防水效果。

在本实施例中，所述锁紧件22为有底无盖的筒状结构，锁紧件的底部开设有第一通孔，锁紧件22通过第一通孔活动式套设在连接件211上，且第一通孔的直径小于第一压环213的直径。

所述锁紧件22桶状结构的内壁设置有内螺纹；所述第二连接头的固定座31 为圆柱体，固定座31的外壁上设置有外螺纹；

相邻两个水尺单元结构连接时，第一水尺单元的锁紧件套设在对应第二水尺单元的固定座上，二者螺纹连接；第一水尺单元的第一压环与第二水尺单元的固定座之间设置有第一密封环，同时，第一水尺单元锁紧件的底部与压环之间也设置有第二密封环9。螺纹连接，结构稳定性好，且拆装方便。通过设置第二密封环，进一步提高防水密封性能。

在其他实施例中，锁紧件22可以为其他结构，只要使第一水尺单元的第一连接头和对应第二水尺单元的第二连接头能够牢靠，且密封连接即可。

在本实施例中，所述桶状结构的锁紧件22远离第一压环的一端向外翻折并延伸，形成第二压环，第二压环的外缘向内翻折形成翻边221，即锁紧件的内腔为阶梯孔；

所述第二连接头3的固定座31外壁上设置有阶梯状凸起，包括第一阶梯面 312和第二阶梯面313；

相邻两个水尺单元结构连接时，第一水尺单元的锁紧件的第二压环压在第一阶梯面312上，翻边221压紧第二阶梯面313，且第二压环与第一阶梯面之间设置有第三密封环10。

通过将锁紧件的内腔设置为阶梯孔，将固定座外壁上设置有阶梯状凸起，且在第二压环与第一阶梯面之间设置第三密封环，进一步提高防水、密封性能；翻边起到保护和限位的作用。

在本实施例中，所述第二连接头3的固定座31上开设有第一腔体，插座32 嵌设在第一腔体中；

所述固定座31的内壁上开设有限位槽311，插座的外壁设置有限位块，限位块卡设在限位槽中；

通过设置限位块和限位槽，使固定座与插座牢靠连接，防止二者之间产生晃动、位移等，提高结构稳定性。

在其他实施例中，所述固定座的内壁上设置有限位块，插座的外壁限位槽中，限位块卡设在限位槽中。

在本实施例中，所述主体302的外筒侧壁上设置有挂环3201，挂环用于栓绳索或链条等，浮球可以采用锚固。

在其他实施例中，浮球通过绳索将浮球拴在固定支架上等，防止其随波漂走、丢失。

利用该智慧水尺***中水尺单元的角度传感器获取监测点对应深度处流速的方法如下：

1)、通过实验获取修正系数：

1.1)、采用流速仪对同一水域的同一测试点不同深度处的流速进行测定，获得准确值V_0i，分别记为V₀₁，V₀₂，……，V_0n；

1.2)、采用权利要求1-8中所述的智慧水尺对步骤1)中所述同一水域的同一测试点不同深度处的流速分别进行测定，获得角度传感器C_i测量的角度初始值，重复测定m次求平均值，得出初始角度平均值W_0i'，n个角度传感器测得的初始角度平均值分别记为W₀₁'，W₀₂'，……，W_0n'，m为正整数，m≥3；

1.3)、将角度值W_0i'换算为流速初始值V_0i'，

根据水尺单元的受力情况：

T·cosW_0i'＝mg； (1)

T·sinW_0i'＝p·ΔS； (2)

ΔS＝l·2r (3)

其中，mg为水尺单元的重量，已知；T为水尺单元受的拉力；f＝p·ΔS，f 为水尺单元受到流水的冲击力，p为不同深度处流水作用于对应水尺单元的压强，ΔS为水尺单元迎水面的面积，r为水尺单元的外径，已知；

以及，流体的伯努利方程：

其中，Q为常量，ρ为水的密度；

第i个角度传感器对应的深度h_i＝l(cosW₀₁'+cosW₀₂'+……+cosW_0i')；(5)

由公式(1)-(5)得出：

1.4)、对1.3)中的V_0i'和步骤一中的V_0i进行比较，得出：

V_0i＝k_i·V_0i'+d_i； (7)

即求得修正系数，其中，i为正整数，1≤i≤n，k_i为第一修正系数，d_i为第二修正系数；

2)、利用智慧水尺的测量监测点水的流速：

2.1)、将智慧水尺置于待检测水域的监测点处，智慧水尺的0刻度线与水平面齐平；

2.2)、开启电源，由于不同深度h_i处水的流速不同，则同一智慧水尺的不同水尺单元的倾斜角度不同，每个角度传感器测得对应水尺单元的倾斜角度W_i，并传递给控制模块和云端服务器，云端服务器将W_i计算换算成计算值V_i'，套用公式(6)，得出：

再根据步骤1)中已求解的第一修正系数k_i和d_i第二修正系数，套用公式(7) 计算处不同深度处的实际流速V_i，

V_i＝k_i·V_i'+d_i， (9)

并将计算值V_i和对应的第一编号、第二编号信息在终端监管平台上显示。

应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明；凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于智慧水尺的水利监测***，其特征在于，包括若干智慧水尺、通过无线通讯模块与每个智慧水尺通信的云服务器，以及与云服务器通信连接的终端监管平台；

所述智慧水尺用于实时采集水中的所需参数，并发送至云服务器存储；

所述云服务器用于接收、存储实时每个智慧水尺采集的数据，并基于预先设定的预警策略对接收的实时采集数据进行预警判断和处理生成预警信息并存储，并转发实时采集数据和预警信息至终端监管平台；

所述终端监管平台显示从云服务器获取的实时采集数据和预警信息；

所述智慧水尺包括控制盒和至少两个水尺单元，以及多个传感器；控制盒中设置有电路板、电池，以及设置在电路板上控制模块、GPS定位模块和无线通信模块；电池为控制模块、无线通信模块、GPS定位模块和传感器供电。

2.根据权利要求1所述的基于智慧水尺的水利监测***，其特征在于，所述控制盒底部设置的传感器包括浊度传感器、含氧量检测传感器、硫磷传感器、重金属传感器、氨氮传感器和PH值检测传感器中的一种或多种，用于采集水中的透明度、溶解氧、氨氮、硫磷、重金属和PH值；

所述水尺单元包括绝缘壳体和设置在壳体中的角度传感器；相邻智慧水尺单元依次连接后，最上端的智慧水尺单元与控制盒连接，角度传感器通过导线与电路板电连接；

智慧水尺置于待检测水域中，水流对水尺有冲击，使水尺在水中发生倾斜，而不同深度处的流速不同，则每个水尺单元受到的水的冲力不同，使不同水尺单元的倾斜角度不同，每个角度传感器将所测角度至传递给控制模块，然后通过无线传送模块传送给云端服务器进行数据处理，得出不同水尺单元对应的具体深度，以及不同深度处的流速，再通过云端服务器再传送给用终端监管平台。

3.根据权利要求2所述的基于智慧水尺的水利监测***，其特征在于，所述控制盒的下端设置有第一连接头；

所述水尺单元的壳体两端的设置有第一连接头和第二连接头；

将相邻两个智慧水尺单元分别记作第一水尺单元和第二水尺单元，第一水尺单元的第一连接头和第二水尺单元的第二连接头；

最上端水尺单元的第二连接头与控制盒的下端的第一连接头连接；位于智慧水尺尾部的水尺单元底部没有设置有第一连接头，只设置有第二连接头；

所述第一连接头包括插接头和设置在插接头上的锁紧件；所述设置在插接头端部的多个插针；

所述第二连接头包括固定座和设置在固定座上的插座，插座上开设有与插针数量相同的插孔；

相邻两个智慧水尺单元连接时，第一水尺单元插接头的插针***对应第二水尺单元插座的插孔中，同时锁紧件与固定座密封连接。

4.根据权利要求3所述的基于智慧水尺的水利监测***，其特征在于，每个智慧水尺对应一个第一编号N_M，k，每个智慧水尺的每个水尺单元对应一个第二编号N_M，k，i，且智慧水尺对应的第一编号和第一编号N_M，k和每个水尺单元对应的第二编号N_M，k，i均存储于云端服务器终，其中，i和k均为正整数，M为城市代码；

所述智慧水尺通过无线通信模块发送的云端服务器的数据包中包括传感器检测的数据信息，以及对应的第一编号和第二编号信息。

5.根据权利要求1所述的基于智慧水尺的水利监测***，其特征在于，所述终端监管平台能够多屏显示，可以同时显示基于地理信息***的监测区域的地图，以及以图表形式显示的所有智慧水尺的编码信息以及对应的实时采集数据；

地图中每个监测点通过一个标识进行标记，通过点击该标识可以显示对应智慧水尺的编码信息以及对应的实时采数据。

6.根据权利要求1所述的基于智慧水尺的水利监测***，其特征在于，所述控制盒为浮球，智慧水尺上端设置有0刻度线，浮球漂浮在水面上，且0刻度线与水面齐平。

7.根据权利要求6所述的基于智慧水尺的水利监测***，其特征在于，所述控制盒上设置有太阳能电池***，太阳能电池板设置在浮球的顶部，太阳能电池板、太阳能充电器、充电电池组和DC-DC降压模块位于浮球的腔体中。

8.根据权利要求1所述的基于智慧水尺的水利监测***，其特征在于，每个监测点，半径为50米的圆形区域内，至少布置三个智慧水尺；当某个智慧水尺或某个水尺单元的检测数据出现突变时，则删除该数据，将该区域内其余对应的数据求平均值作为该监测点某个参数的检测值。

9.根据权利要求1所述的基于智慧水尺的水利监测***，其特征在于，所述智慧水尺采用锚固或者通过绳索、链条与固定物体连接；

1)、通过连接浮球固定智慧水尺；

或者，2)、通过与最下端的水尺单元连接固定智慧水尺。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的基于智慧水尺的水利监测***，其特征在于，设定每个智慧水尺包括n个水尺单元，整个智慧水尺的总长度为L，每个水尺单元的长度为l，则L＝nl；每个水尺单元设置一个角度传感器C_i，自上而下依次记为C₁，C₂，……，C_n，n为正整数，n≥2；

利用该智慧水尺***中水尺单元的角度传感器获取监测点对应深度处流速的方法如下：

1)、通过实验获取修正系数：

1.1)、采用流速仪对同一水域的同一测试点不同深度处的流速进行测定，获得准确值V_0i，分别记为V₀₁，V₀₂，……，V_0n；

1.2)、采用权利要求1-8中所述的智慧水尺对步骤1)中所述同一水域的同一测试点不同深度处的流速分别进行测定，获得角度传感器C_i测量的角度初始值，重复测定m次求平均值，得出初始角度平均值W_0i'，n个角度传感器测得的初始角度平均值分别记为W₀₁'，W₀₂'，……，W_0n'，m为正整数，m≥3；

1.3)、将角度值W_0i'换算为流速初始值V_0i'，

根据水尺单元的受力情况：

T·cosW_0i'＝mg； (1)

T·sinW_0i'＝p·ΔS； (2)

ΔS＝l·2r (3)

其中，mg为水尺单元的重量，已知；T为水尺单元受的拉力；f＝p·ΔS，f为水尺单元受到流水的冲击力，p为不同深度处流水作用于对应水尺单元的压强，ΔS为水尺单元迎水面的面积，r为水尺单元的外径，已知；

以及，流体的伯努利方程：

其中，Q为常量，ρ为水的密度；

第i个角度传感器对应的深度h_i＝l(cosW₀₁'+cosW₀₂'+……+cosW_0i')；(5)

由公式(1)-(5)得出：

1.4)、对1.3)中的V_0i'和步骤一中的V_0i进行比较，得出：

V_0i＝k_i·V_0i'+d_i； (7)

即求得修正系数，其中，i为正整数，1≤i≤n，k_i为第一修正系数，d_i为第二修正系数；

2)、利用智慧水尺的测量监测点水的流速：

2.1)、将智慧水尺置于待检测水域的监测点处，智慧水尺的0刻度线与水平面齐平；

2.2)、开启电源，由于不同深度h_i处水的流速不同，则同一智慧水尺的不同水尺单元的倾斜角度不同，每个角度传感器测得对应水尺单元的倾斜角度W_i，并传递给控制模块和云端服务器，云端服务器将W_i计算换算成计算值V_i'，套用公式(6)，得出：

再根据步骤1)中已求解的第一修正系数k_i和d_i第二修正系数，套用公式(7)计算处不同深度处的实际流速V_i，

V_i＝k_i·V_i'+d_i， (9)

并将计算值V_i和对应的第一编号、第二编号信息在终端监管平台上显示。

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