本发明涉及渠道断面水文测量，具体涉及一种基于大跨度刚性载体的高精度自动测流系统。
背景技术：
1、流量是水文测验和水利测量的核心要素之一，对于水文水资源监测、防洪与调度管理、用水计量收费等具有重要意义，其测验数据的及时性、准确性十分重要。
2、渠道管理部门对流量测量精度认可的方法是转子流速仪法，运用转子式流速仪实现渠道流量测验自动化一直是水文测验的一个目标，目前灌溉渠道上使用转子式流速仪实现在线自动测流的装置已经出现。但现有的产品还不能完全满足渠道流量的自动测量需要，存在的主要问题是测流车运行可靠性、供电系统的持久性和较大流速（流速大于2米时）转子流速仪测点定位的准确性不能满足要求，尤其是大跨度断面的测流要求。当渠道跨度超过20米时，轨道的结构强度下降，为了实现精准定位，测流车只能以低速缓慢行驶，测流稳定性和及时性差，采集得到的有效数据量急剧减少。即使如此，当轨道长时间使用后，仍不可避免地会出现结构误差。因此，目前对于大跨度渠道的自动测流设备的研发仍属于行业痛点之一。急需一种续航时间长、流速仪测点定位精度高、整体可靠性好、野外防护效果好的基于大跨度刚性载体的高精度自动测流系统。
技术实现思路
1、本发明的目的是为了提出一种基于大跨度刚性载体的高精度自动测流系统，能够适应断面宽度大于50米的大跨度渠道，测桥建设难度大的应用场景；并且在矩形轨道上仍然能够保持较高的移动精度和稳定的移动速度，最大行车速度可达2m/s，确保了多点测量时流量数据稳定性和及时性。
2、为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：
3、一种基于大跨度刚性载体的高精度自动测流系统，所述高精度自动测流系统包括刚性轨道、轨道式行车运行系统和上位机；
4、所述刚性轨道包括若干根焊接在一起的方形钢管，以简支梁形式架设于渠道断面上方；所述渠道断面的长度不小于50米；所述刚性轨道上均匀分布有定位板；所述轨道式行车运行系统安装在刚性轨道上，沿刚性轨道移动；
5、所述轨道式行车运行系统包括车体、主动轮、驱动部件、从动轮、升降部件、测流组件和控制器；
6、所述上位机对外部输入的测流任务进行解析，将解析得到的多个目标垂线位置发送给轨道式行车运行系统；
7、所述控制器包括行驶驱动模块、第一位置获取模块、第二位置获取模块、位置修正模块、行车速度调整模块、测流模块和目标更新模块；
8、所述行驶驱动模块通过驱动部件与主动轮连接，驱动主动轮转动以使车体在刚性轨道上移动；所述第一位置获取模块与驱动部件连接，根据驱动部件反馈数据获取车体所在的第一轨道位置信息；所述第二位置获取模块根据行经的定位板的反馈信息获取车体所在的第二轨道位置信息；所述位置修正模块采用第二轨道位置信息对第一轨道位置信息进行修正；所述行车速度调整模块结合当前位置和与目标垂线位置最近的定位板的间距以及与目标垂线位置最近的定位板和目标垂线位置之间的距离，实时调整行车速度，将调整后的行车速度发送至行驶驱动模块，使车体在与目标垂线位置最近的定位板处以预设行驶速度接近目标垂线位置，并在达到预设距离后启动第一降速程序，使车体停留在目标垂线位置处，发送测流信号给测流模块；
9、所述测流模块响应于测流信号，启动升降部件，释放测流组件采集目标垂线位置处的流速数据，并在测流完成后收回测流组件；所述目标更新模块用于在当前垂线位置测流数据采集完成后，根据上位机的解析结果将下一个垂线位置设置为目标垂线位置，将更新后的目标垂线位置发送至行车速度调整模块，直至所有垂线位置测流完成。
10、进一步地，相邻两个垂线之间设置有至少一个定位板。
11、进一步地，所述目标更新模块更新目标垂线位置时，发送第一回收信号至测流模块，使测流模块控制升降部件回收测流组件至水面上方；所述目标更新模块响应于所有垂线位置测流完成，发送第二回收信号至测流模块，使测流模块控制升降部件完全回收测流组件至车体内。
12、进一步地，所述测流组件包括计数轮、限位器、河底信号发生器、铅鱼和流速仪；
13、所述计数轮和限位器安装在车体前部上方横梁上，钢丝绳一端固定在升降部件上并紧密缠绕，绕过计数轮后，另一端通过河底信号发生器与铅鱼连接。
14、进一步地，所述刚性轨道一侧设置有测流房，测流房内设置有充电桩；
15、所述车体上与充电桩对应的位置安装有电极，刚性轨道起点和终点处设置有反射板，车体上与反射板对应的位置安装有激光测距传感器；所述控制器采集激光测距传感器返回的车体与反射板的实际距离，在到达预设距离时，启动第一降速程序，驱动车体以固定加速度减速并停止在充电桩处，使车体上的电极与充电桩接触。
16、进一步地，所述车轮组件包括两个主动轮和两个从动轮，主动轮和从动轮的轮周一圈包裹有聚氨酯包裹层，聚氨酯包裹层表面宽度大于方钢宽度，与方钢轨道上部平面接触，主动轮和从动轮的内侧安装有导向滑板，导向滑板设置在方钢轨道内侧并设置有偏移余量，导向滑板与主动轮和从动轮同轴且其半径大于主动轮和从动轮的半径；两个主动轮和两个从动轮分别安装在车体的前端和后端，两个主动轮与驱动电机连接，在驱动电机的作用下与从动轮一起携带车体在刚性轨道上移动。
17、进一步地，所述主动轮和从动轮的轮周包裹有10mm厚的聚氨酯包裹层；所述主动轮和从动轮的内侧安装有聚四氟乙烯导向滑板。
18、进一步地，所述行车速度调整模块结合当前位置和与目标垂线位置最近的定位板的间距以及与目标垂线位置最近的定位板和目标垂线位置之间的距离，实时调整行车速度的过程包括以下步骤：
19、在相邻定位板之间等间距设置多个垂线位置，计算前一个定位板与垂线位置之间的距离值；
20、针对每个垂线位置，令车体在不同行驶速度下通过前一个定位板后启动第一降速程序，使车体以固定的加速度减速并停止，获取车体实际停留位置和目标垂线位置的误差值；筛选误差值小于允许误差阈值的最大行驶速度和其所对应的误差值，生成一组样本数据；
21、针对每个定位板，拟合得到定位板与垂线位置之间的距离值与筛选得到的最大行驶速度之间的关系函数；
22、读取与目标垂线位置最近的定位板和目标垂线位置之间的距离值，结合拟合得到的关系函数计算得到途径定位板的最大行驶速度；并且计算不同等级行驶车速与最大行驶速度之间所需减速距离；
23、根据第一轨道位置信息获取车体所在位置，计算得到与目标垂线位置最近的定位板的间距，将其与计算得到的减速距离进行比较，根据允许的最大减速距离判断当前允许的最高行驶车速，对行车速度进行调整；并在车体位于允许的最大减速距离时，启动第二降速程序控制车体减速，使车体在位于与目标垂线位置最近的定位板时，行车速度低于计算得到的途径定位板的最大行驶速度。
24、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
25、本发明的基于大跨度刚性载体的高精度自动测流系统，能够适应断面宽度大于50米的大跨度渠道，测桥建设难度大的应用场景；并且在矩形轨道上仍然能够保持较高的移动精度和稳定的移动速度，最大行车速度可达2m/s，确保了多点测量时流量数据稳定性和及时性。
1.一种基于大跨度刚性载体的高精度自动测流系统，其特征在于，所述高精度自动测流系统包括刚性轨道、轨道式行车运行系统和上位机；
2.根据权利要求1所述的基于大跨度刚性载体的高精度自动测流系统，其特征在于，相邻两个垂线之间设置有至少一个定位板。
3.根据权利要求1所述的基于大跨度刚性载体的高精度自动测流系统，其特征在于，所述目标更新模块更新目标垂线位置时，发送第一回收信号至测流模块，使测流模块控制升降部件回收测流组件至水面上方；所述目标更新模块响应于所有垂线位置测流完成，发送第二回收信号至测流模块，使测流模块控制升降部件完全回收测流组件至车体内。
4.根据权利要求1所述的基于大跨度刚性载体的高精度自动测流系统，其特征在于，所述测流组件包括计数轮、限位器、河底信号发生器、铅鱼和流速仪；
5.根据权利要求1所述的基于大跨度刚性载体的高精度自动测流系统，其特征在于，所述刚性轨道一侧设置有测流房，测流房内设置有充电桩；
6.根据权利要求1所述的基于大跨度刚性载体的高精度自动测流系统，其特征在于，所述车轮组件包括两个主动轮和两个从动轮，主动轮和从动轮的轮周一圈包裹有聚氨酯包裹层，聚氨酯包裹层表面宽度大于方钢宽度，与方钢轨道上部平面接触，主动轮和从动轮的内侧安装有导向滑板，导向滑板设置在方钢轨道内侧并设置有偏移余量，导向滑板与主动轮和从动轮同轴且其半径大于主动轮和从动轮的半径；两个主动轮和两个从动轮分别安装在车体的前端和后端，两个主动轮与驱动电机连接，在驱动电机的作用下与从动轮一起携带车体在刚性轨道上移动。
7.根据权利要求6所述的基于大跨度刚性载体的高精度自动测流系统，其特征在于，所述主动轮和从动轮的轮周包裹有10mm厚的聚氨酯包裹层；所述主动轮和从动轮的内侧安装有聚四氟乙烯导向滑板。
8.根据权利要求1所述的基于大跨度刚性载体的高精度自动测流系统，其特征在于，所述行车速度调整模块结合当前位置和与目标垂线位置最近的定位板的间距以及与目标垂线位置最近的定位板和目标垂线位置之间的距离，实时调整行车速度的过程包括以下步骤：
