本發(fā)明涉及一種復合式水文監(jiān)測系統(tǒng)，特別涉及一種可偵測沖刷深度和水位高度和/或流速的復合式水文監(jiān)測系統(tǒng)。

背景技術：

傳統(tǒng)的沖刷深度和水位高度測量主要是依靠人工檢測，但人工檢測的準確性卻必須依賴檢測人員的操作經(jīng)驗，且水上作業(yè)也威脅著檢測人員的生命安全。

近年來，已陸續(xù)發(fā)展多種監(jiān)測沖刷和水位狀況的技術，例如現(xiàn)已發(fā)展的時域反射法，其可配合不同的導波器設計，以監(jiān)測水位、沖刷等物理參數(shù)，其中還有人提出可采用結(jié)合類似地錨鋼索的導波器設計，以解決安裝實務和信號信號衰減等問題，但卻仍有結(jié)構(gòu)復雜且經(jīng)濟成本過高的缺點。另外，也有發(fā)展一種可監(jiān)測河床沖刷深度和水流流速泥砂濃度的系統(tǒng)，其包含多個感測球、一中間設備和一運算裝置，其中各感測球分別對應砂土層的不同深度，當被沖刷浮起時，內(nèi)建的加速度計、水深壓力計和定位單元分別可測得感測球的移動加速度、水深和位置，計算辨識量得的沖刷深度、水深、位置和在水深方向的流速分布，但此系統(tǒng)卻有電路結(jié)構(gòu)復雜、施工不易、經(jīng)濟成本過高、生存時數(shù)低等問題。

有鑒于上述缺失，目前亟需發(fā)展一種結(jié)構(gòu)簡單、低成本、施工容易且生存時數(shù)高的水文監(jiān)測系統(tǒng)，以實時掌握洪水沖刷河床深度和洪水水位與流速。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一目的在于提供一種復合式水文監(jiān)測系統(tǒng)，其可用于監(jiān)測沖刷深度、水位高度、流速等，且結(jié)構(gòu)簡單、低成本、施工容易、生存時數(shù)高，有利于實時掌握防洪安全，并確保河流工程和海洋工程構(gòu)造物的安全性。

為達上述目的，本發(fā)明提供一種復合式水文監(jiān)測系統(tǒng)，其包括：一第一中空座體，其內(nèi)部呈一第一容置空間，且側(cè)壁上設有與該第一容置空間相連通的多個第一穿孔；一第二中空座體，設置于該第一容置空間中，其內(nèi)部呈一第二容置空間，且側(cè)壁上設有與該第一容置空間和該第二容置空間相連通的多個第二穿孔；一配重件，容設于該第二中空座體的該第二容置空間內(nèi)，該配重件在重力作用下可在一垂直方向上移動；一受測單元，其隨著該配重件在該垂直方向上移動而產(chǎn)生一力學能變化；一繩體，其連接該配重件和該受測單元，且該配重件在該垂直方向上移動時，通過該繩體而帶動該受測單元產(chǎn)生該力學能變化；一第一感測單元，用以偵測該受測單元的該力學能變化，以產(chǎn)生一第一信號；一浮體，其可移動地套設于該繩體上；一第二感測單元，其包含多個感應組件，且所述感應組件在該垂直方向上以一預定間隔設置于該第一中空座體與該第二中空座體之間，其中該浮體可觸動其對應位置上的該感應組件，使該第二感測單元產(chǎn)生一第二信號；和一信號處理單元，用以接收該第一信號和該第二信號，并將該第一信號轉(zhuǎn)換成一沖刷深度數(shù)據(jù)值，且將該第二信號轉(zhuǎn)換成一水流速數(shù)據(jù)值和一水位高度數(shù)據(jù)值中的至少一者。

此外，本發(fā)明更提供另一種復合式水文監(jiān)測系統(tǒng)，其包括：一第一中空座體，其內(nèi)部呈一第一容置空間，且側(cè)壁上設有與該第一容置空間相連通的多個第一穿孔；一配重件，容設于該第一中空座體的該第一容置空間內(nèi)，該配重件在重力作用下可在一垂直方向上移動；一受測單元，其隨著該配重件在該垂直方向上移動而產(chǎn)生一力學能變化；一繩體，其連接該配重件和該受測單元，且該配重件在該垂直方向上移動時，通過該繩體而帶動該受測單元產(chǎn)生該力學能變化；一第一感測單元，用以偵測該受測單元的該力學能變化，以產(chǎn)生一第一信號；一第二感測單元，其包含多個感應組件，且所述感應組件以一預定間隔排列在該垂直方向上，其中所述感應組件用以偵測其對應位置處環(huán)境狀態(tài)以產(chǎn)生一第二信號；以及一信號處理單元，用以接收該第一信號和該第二信號，并將該第一信號轉(zhuǎn)換成一沖刷深度數(shù)據(jù)值，且將該第二信號轉(zhuǎn)換成一水位高度數(shù)據(jù)值和一水流速數(shù)據(jù)值中的至少一個。

據(jù)此，本發(fā)明的復合式水文監(jiān)測系統(tǒng)可用于監(jiān)測沖刷深度和水位高度/流速，以掌握防洪安全，確保河流工程和海洋工程構(gòu)造物(如橋墩、堤防、鉆油平臺、離岸風力發(fā)電設施等)的安全性。例如，該第一和第二中空座體可直立插設于河床地上，其側(cè)壁上的第一和第二穿孔可供水、沙泥等進出第一和第二中空座體的內(nèi)部，當洪水沖刷河床時，該配重件在重力作用下會隨河床遭沖刷掏空而下陷，并將繩體往下拉，導致該受測單元因繩體拉力作用而產(chǎn)生力學能變化，藉此即可通過第一感測單元以偵測該力學能變化，進而從繩體移動的長度而測得配重件的垂直位置，俾可得知河床沖刷深度。同時，由于浮體在浮力作用下將浮于水面上，故當水位改變時，浮體也隨著水位改變而在垂直方向上移動，而浮體會觸動第二感測單元中相應位置高度上的感應組件，藉此便可通過第二感測單元以測得浮體的垂直位置，進而可得知水位高度。此外，由于浮體在水的紊流作用下會因震動而觸動感應組件產(chǎn)生信號變化，故也可藉此測得不規(guī)則信號變化程度而得知水流流速。或者，設置于不同垂直位置處的感應組件也可直接偵測其對應位置處的水理參數(shù)(如水溫、水壓、流速等)，進而得知水位高度、水流流速等。

在本發(fā)明中，上述的復合式水文監(jiān)測系統(tǒng)更可包括一第三感測單元，其設置于該配重件處，用以偵測該配重件的移動，以產(chǎn)生一第三信號，其中該信號處理單元可將該第三信號轉(zhuǎn)換成一參考數(shù)據(jù)值，且該參考數(shù)據(jù)值與沖刷深度、水流速和水位高度的至少一者相關。

在本發(fā)明中，該浮體并無特殊限制，只要其可觸動對應位置處的感應組件即可，例如，若欲利用磁電原理以觸動感應組件，則該浮體的側(cè)面可設有磁性組件，但此僅為一舉例說明，本發(fā)明并不限于利用磁電原理以觸動感應組件。

在本發(fā)明中，該受測單元并無特殊限制，只要其可隨該配重件在垂直方向上移動而產(chǎn)生力學能變化即可，例如，可利用該受測單元所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動變化而得知配重件位置改變，也就是說，該受測組件可相對一中心軸旋轉(zhuǎn)，且繩體相對于該中心軸而卷繞于該受測組件上，當該配重件向下移動時，該繩體因受該配重件的拉力而拉長，并帶動該受測組件順向轉(zhuǎn)動。此外，為避免配重件下陷時過度拉扯繩體而導致繩體被拉長的長度大于配重件的移動量，該受測組件較佳借由一彈性回復機制，以提供回復彈力。舉例說明，該受測單元可具有一殼體、一力學轉(zhuǎn)盤、一渦形彈簧和一三爪內(nèi)傾式機械耦合件，該力學轉(zhuǎn)盤套設于該殼體的一軸心外，該渦形彈簧卷繞于該軸心外，并設于該力學轉(zhuǎn)盤的一內(nèi)側(cè)，而該繩體則纏繞于該力學轉(zhuǎn)盤的一外側(cè)上，并且該三爪內(nèi)傾式機械耦合件連接該力學轉(zhuǎn)盤與該第一感測單元，三爪內(nèi)傾式機械耦合件提供第一感測單元緊扣力學轉(zhuǎn)盤，維護時可輕易拆卸與組裝。藉此，該渦形彈簧可構(gòu)成彈性回復機制，當該繩體被拉長的長度大于配重件向下移動的移動量時，該渦形彈簧可借由提供回復彈力，使力學轉(zhuǎn)盤反向轉(zhuǎn)動，以使繩體回卷至緊繃狀態(tài)，以確保繩體被拉長的長度等于配重件的移動量，便可準確測得配重件的垂直位置。

在本發(fā)明中，該第一感測單元并無特殊限制，只要其可偵測受測單元所產(chǎn)生的力學能變化即可，例如，當受測單元所產(chǎn)生的力學能變化為轉(zhuǎn)動變化時，則可使用旋轉(zhuǎn)編碼器作為該第一感測單元，且該旋轉(zhuǎn)編碼器可與該受測單元同步轉(zhuǎn)動，藉此以偵測受測單元的轉(zhuǎn)動情形。例如，本發(fā)明一具體實施方案所使用的旋轉(zhuǎn)編碼器為光學編碼器，其具有一編碼轉(zhuǎn)盤、一光發(fā)射組件和一光接收組件，該編碼轉(zhuǎn)盤與該受測單元連接并同步旋轉(zhuǎn)，而該光發(fā)射組件和該光接收組件則分別設置于編碼轉(zhuǎn)盤的相對兩側(cè)上。藉此，由于編碼轉(zhuǎn)盤上設有黑白相間的一個或多個碼道，因此當該編碼轉(zhuǎn)盤隨該力學轉(zhuǎn)盤同步旋轉(zhuǎn)時，該光發(fā)射組件所發(fā)出的光會因所述碼道而產(chǎn)生“不透光”和“透光”狀態(tài)，而光接收組件便可依此“不透光”和“透光”狀態(tài)而產(chǎn)生脈沖信號，以作為第一信號，以將轉(zhuǎn)動脈沖數(shù)輸出，以供信號處理單元對該脈沖信號計數(shù)，進而得知轉(zhuǎn)動情形。例如，在本發(fā)明一具體實施方案中，該第一感測單元可產(chǎn)生包含a相脈沖信號、b相脈沖信號、z相脈沖信號的第一信號，藉此即可測得該受測單元的轉(zhuǎn)動角度、轉(zhuǎn)動方向(即順向或反向轉(zhuǎn)動)等。

在本發(fā)明中，該第二感測單元在不同垂直位置上設置感應組件，以進行多點測量，其中所述感應組件可設置于第一中空座體與第二中空座體之間，以偵測浮體狀態(tài)，或者其可設置于繩體處，以偵測對應位置處的水理參數(shù)。例如，在本發(fā)明的一實施方案中，該浮體的側(cè)面上可設有一具有高導磁率的磁性組件，以與感應組件發(fā)生磁電感應，進而產(chǎn)生第二信號。藉此，當水位改變時，浮體可在浮力作用下沿著繩體在垂直方向上移動，此時可通過第二信號判斷該浮體是觸動哪個位置上的感應組件，以確認該浮體移動后的所在位置，進而得知水位高度。舉例來說，可將所述感應組件對稱設置于該第二中空座體的至少兩相對外側(cè)上，以構(gòu)成多個感應部，其中每一感應部具有排列成一垂直列的多個感應組件，以在不同垂直位置上與浮體側(cè)面上具有高導磁率的磁性組件發(fā)生磁電感應。在此，所述感應組件可為磁力開關，且每一感應部的感應組件可并聯(lián)在兩條導線上，當浮體對應到相應位置上的磁力開關時，浮體上具有高導磁率的磁性組件會導致該對應的磁力開關閉合，進而使導線在該對應位置上導通，形成一導通回路。由于導線在不同位置導通會有不同電阻，故可從導通回路的兩端測得不同電壓值，藉此，通過所測得的電壓信號即可確認浮體的所在位置。在此，為準確量得電壓值，該第二感測單元較佳利用四線式量測法，以產(chǎn)生第二信號?；蛘?，所述感應組件也可借由感應線圈，以與浮體上具有高導磁率的磁性組件產(chǎn)生磁電感應，也就是說，每一感應組件可具有一感應線圈圍繞于第二中空座體，當浮體穿過該感應線圈時，浮體上具有高導磁率的磁性組件會對該感應線圈發(fā)生作用，使第二感測單元產(chǎn)生該第二信號。藉此，可通過偵測浮體穿過某個感應線圈時所引起的電性或磁性(如電感、電動勢、磁力等)變化，以判定浮體的所在位置，進而得知水位高度。例如，該第二感測單元更可包含多個電感解算數(shù)位模塊，以感測感應線圈的電感變化。同樣地，由于浮體在水的紊流作用下也會因震動而導致電性或/和磁性變化，因此也可通過偵測電性或/和磁性變化情形以得知流速。此外，本發(fā)明的另一實施方案則在繩體的不同垂直位置處設置感應組件，以偵測各垂直位置所對應的物理參數(shù)(如溫度、壓力、流速等)。由于水面下與水面上會有不同的物理參數(shù)，甚至水面下各深度也會有不同的水溫、水壓、流速等，因此可借由感應組件(如溫度計、壓力計等)所測得的物理參數(shù)，以判斷哪個位置上的感應組件位于水面處，進而可得知水位高度。

在本發(fā)明中，該信號處理單元可對接收到的第一信號和第二信號進行處理和轉(zhuǎn)換，以借由配重件的垂直位置而獲得沖刷信息(如沖刷深度)，同時可通過浮體在水流作用下所發(fā)生的垂直位置改變或/和震動情況，或者通過不同垂直位置處所測得的水理參數(shù)，以獲得水流信息(如水位高度、流速等)。在此，本發(fā)明可采用磁力開關作為偵測浮體的感應組件，據(jù)此，該信號處理單元可包含一譯碼模塊、一第一轉(zhuǎn)換模塊、一信號放大模塊、一第二轉(zhuǎn)換模塊和一演算分析模塊；或者，本發(fā)明也可采用感應線圈作為偵測浮體的感應組件，據(jù)此，該信號處理單元則可包含一譯碼模塊、一第一轉(zhuǎn)換模塊、一解算傳輸模塊、一第二轉(zhuǎn)換模塊和一演算分析模塊。其中，該譯碼模塊用以接收該第一信號，并將該第一信號處理成一譯碼信號；該第一轉(zhuǎn)換模塊用以接收該譯碼信號，并將該譯碼信號轉(zhuǎn)變成該沖刷深度數(shù)據(jù)值；該信號放大模塊/解算傳輸模塊用以接收該第二信號，并將該第二信號處理成一放大信號/解算信號；該第二轉(zhuǎn)換模塊用以接收該放大信號/解算信號，并將該放大信號/解算信號轉(zhuǎn)變成該水流速數(shù)據(jù)值和該水位高度數(shù)據(jù)值中的至少一者；該演算分析模塊可對該沖刷深度數(shù)據(jù)值與該水位高度數(shù)據(jù)值作整合分析，以提出警報信號。在此，該譯碼模塊可通過ab相譯碼電路，以讀取第一感測單元所輸出的脈沖信號，并對脈沖信號進行計數(shù)加以譯碼；該第一轉(zhuǎn)換模塊則可通過脈沖轉(zhuǎn)換電路，將譯碼信號轉(zhuǎn)換成沖刷深度；該信號放大模塊可通過鎖相放大技術，過濾掉噪聲，以獲得準確的電壓值，而該解算傳輸模塊則可采用分時多任務存取(tdma)方式，使第二感測單元中的多個電感解算數(shù)位模塊可共享傳輸介質(zhì)，并各自在所屬的指定時段內(nèi)回傳數(shù)據(jù)至該解算傳輸模塊，以判斷哪個感應線圈產(chǎn)生電感值變化并得知其電感變化值；該第二轉(zhuǎn)換模塊則可借由線電阻轉(zhuǎn)換成位置，或者借由某個感應線圈電感值變化，以獲得水位高度，而線電阻或感應線圈電感值變化頻繁，則得水流速度；該演算分析模塊將讀進沖刷深度數(shù)據(jù)值與水位高度數(shù)據(jù)值作一綜合分析，并可在下述3種狀況下發(fā)出警報信號：(1)當沖刷深度數(shù)據(jù)值大于第一警戒閥值時，演算分析模塊會發(fā)出警報信號，反之，當沖刷深度數(shù)據(jù)值小于第一警戒閥值時，則演算分析模塊不會發(fā)出警報信號；(2)當水位高度數(shù)據(jù)值大于第二警戒閥值時，演算分析模塊會發(fā)出警報信號，反之，當水位高度數(shù)據(jù)值小于第二警戒閥值時，演算分析模塊不會發(fā)出警報信號；(3)若沖刷深度數(shù)據(jù)值小于第一警戒閥值時，且水位高度數(shù)據(jù)值小于第二警戒閥值時，但是沖刷深度數(shù)據(jù)值與水位高度數(shù)據(jù)值的總和值大于第三警戒閥值，則演算分析模塊會發(fā)出警報信號；反之，若沖刷深度數(shù)據(jù)值小于第一警戒閥值時，且水位高度數(shù)據(jù)值小于第二警戒閥值時，但是沖刷深度數(shù)據(jù)值與水位高度數(shù)據(jù)值的總和值小于第三警戒閥值，則演算分析模塊不會發(fā)出警報信號，其中第一警戒閥值、第二警戒閥值和第三警戒閥值分別為一設定參數(shù)。

在本發(fā)明中，該信號處理單元還可借由無線或有線傳輸方式，將上述的沖刷深度數(shù)據(jù)值、水位高度數(shù)據(jù)值、水流速數(shù)據(jù)值和警報信號傳輸至一接收端，更詳細地說，該信號處理單元更可包含一通信模塊，其用以接收該沖刷深度數(shù)據(jù)值、該水流速數(shù)據(jù)值、該水位高度數(shù)據(jù)值和該警報信號，并將該沖刷深度數(shù)據(jù)值、該水流速數(shù)據(jù)值、該水位高度數(shù)據(jù)值和該警報信號傳輸至一接收端。在此，該通信模塊可每隔一預定時間讀取沖刷深度數(shù)據(jù)值、水流速數(shù)據(jù)值和水位高度數(shù)據(jù)值，且當演算分析模塊發(fā)出警報信號時，該通信模塊可借由如簡訊、電子郵件、音信息等方式，實時提醒管理人員。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一具體實施例的復合式水文監(jiān)測系統(tǒng)示意圖；

圖2為本發(fā)明一具體實施例的受測單元和第一感測單元示意圖；

圖3為本發(fā)明一具體實施例的受測單元分解示意圖；

圖4為本發(fā)明一具體實施例的第二感測單元用以偵測浮體的示意圖；

圖5為本發(fā)明一具體實施例的信號處理單元方塊圖；

圖6為本發(fā)明一具體實施例的演算分析流程圖；

圖7為本發(fā)明另一具體實施例的第二感測單元示意圖；

圖8為本發(fā)明另一具體實施例的感應組件用以偵測浮體的示意圖；

圖9為本發(fā)明另一具體實施例的信號處理單元方塊圖；

圖10為本發(fā)明一具體實施例的電感解算數(shù)位模塊與解算傳輸模塊的連接架構(gòu)示意圖；

圖11為本發(fā)明另一具體實施例的配重件內(nèi)設有第三感測單元的示意圖；以及

圖12為本發(fā)明另一具體實施例的復合式水文監(jiān)測系統(tǒng)示意圖。

符號說明

復合式水文監(jiān)測系統(tǒng)100

第一中空座體10

第一容置空間11

側(cè)壁13、23

第一穿孔131

第二中空座體20

第二容置空間21

第二穿孔231

配重件31

第三感測單元33

繩體40

受測單元50

殼體51

軸心511

力學轉(zhuǎn)盤53

卡孔531

渦形彈簧55

三爪內(nèi)傾式機械耦合件57

卡爪571

端部5711

連接軸573

第一感測單元60

編碼轉(zhuǎn)盤61

透光狹縫611

光發(fā)射組件63

光接收組件65

浮體70

通孔701

磁性組件71

第二感測單元80

第一感應部801

第二感應部803

感應組件81

導線83

電感解算數(shù)位模塊85

信號處理單元90

譯碼模塊91

第一轉(zhuǎn)換模塊92

信號放大模塊93

解算傳輸模塊94

第二轉(zhuǎn)換模塊95

演算分析模塊96

通信模塊97

中心軸c

第一信號s1

第二信號s2

第三信號s3

位置y1、y2、y3、y10

垂直方向d1

河床地g

水面w

箭頭a、b

接收端u

具體實施方式

以下借由特定的具體實施例說明本發(fā)明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭示的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。只是需要注意的是，以下附圖均為簡化的示意圖，附圖中的組件數(shù)目、形狀和尺寸可依實際實施狀況而隨意變更，且組件布局狀態(tài)可更為復雜。本發(fā)明也可借由其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節(jié)也可基于不同觀點與應用，在不悖離本發(fā)明的精神下進行各種修飾與變更。

請參見圖1，其為本發(fā)明一具體實施例的復合式水文監(jiān)測系統(tǒng)100示意圖。如圖1所示，本發(fā)明的復合式水文監(jiān)測系統(tǒng)100包括一第一中空座體10、一第二中空座體20、一配重件31、一繩體40、一受測單元50、一第一感測單元60、一浮體70、一第二感測單元80和一信號處理單元90。該第一中空座體10可為一中空鋼柱，其內(nèi)部呈一第一容置空間11，且側(cè)壁13上設有與該第一容置空間11相連通的多個第一穿孔131。該第二中空座體20可為一中空塑料管，設置于第一容置空間11中，其內(nèi)部呈一第二容置空間21，且側(cè)壁23上設有與第一容置空間11和第二容置空間21相連通的多個第二穿孔231。該配重件31可為一鉛錘，其容設于該第二中空座體20的該第二容置空間21內(nèi)，并可在一垂直方向d1上移動；該繩體40可為約30米長的鋼線，其相對兩端分別連接該配重件31和該受測單元50，當該配重件31因重力而在垂直方向d1上移動時，其可通過該繩體40而帶動該受測單元50產(chǎn)生力學能變化。該第一感測單元60可偵測該受測單元50的力學能變化，以產(chǎn)生第一信號s1。該浮體70可為保麗龍，其中心處開設有通孔701，且側(cè)面可設有磁鐵片和高導磁性材質(zhì)作為磁性組件71，該繩體40穿過該浮體70的通孔701，使浮體70包覆且可移動地套設于繩體40上，在浮力作用下，浮體70可沿著繩體40在垂直方向d1上移動，此外，浮體70也可在水的紊流作用下震動。該第二感測單元80包含多個感應組件81，且所述感應組件81在垂直方向d1上以一預定間隔設置于第一中空座體10與第二中空座體20之間，并固定在第二中空座體20的外側(cè)上，其中第二中空座體20內(nèi)的浮體70可通過其磁性組件71以觸動其相對位置上的感應組件81，使第二感測單元80產(chǎn)生第二信號s2。該信號處理單元90可接收第一信號s1和第二信號s2，并將第一信號s1和第二信號s2分別轉(zhuǎn)換成沖刷深度數(shù)據(jù)值和水位高度與流速數(shù)據(jù)值。

據(jù)此，本發(fā)明的復合式水文監(jiān)測系統(tǒng)100可用于實時偵測洪水沖刷河床深度和洪水水位。當洪水沖刷淘空河床地g時，配重件31會往淘空處下沉，而繩體40被配重件31往下拉，進而帶動受測單元50產(chǎn)生力學能變化，通過第一感測單元60測得力學能變化后，便可進一步得知配重件31的垂直位置，藉此測得河床沖刷深度。同時，浮體70在浮力作用下可浮在水面w上，當水面w高度改變時，浮體70的垂直位置也隨水面w高度改變，且浮體70上的磁性組件71將觸動第二感測單元80中相應位置高度上的感應組件81，藉此即可得知浮體70的垂直位置，進而測得水位高度，同時更可借由不規(guī)則信號變化的程度而得知水流流速。

下文將逐一詳細說明該復合式水文監(jiān)測系統(tǒng)100的各構(gòu)件結(jié)構(gòu)及其作用。

請參見圖2和3，以進一步說明受測單元50與第一感測單元60的結(jié)構(gòu)和作用。在此，本具體實施例以旋轉(zhuǎn)式的受測單元50和第一感測單元60作進一步示例性說明。如圖2所示的受測單元50與第一感測單元60示意圖，該受測單元50與該第一感測單元60相互軸接，且繩體40相對于一中心軸c而卷繞于該受測單元50上，當受測單元50相對中心軸c旋轉(zhuǎn)時，第一感測單元60也隨該受測單元50同步旋轉(zhuǎn)。更詳細地說，如圖3所示的受測單元50分解示意圖，該受測單元50具有一殼體51、一力學轉(zhuǎn)盤53、一渦形彈簧55和一三爪內(nèi)傾式機械耦合件57，該殼體51的內(nèi)部中心處設有一軸心511，該力學轉(zhuǎn)盤53容置于殼體51內(nèi)部，并套設于該殼體51的軸心511外，渦形彈簧55設于該力學轉(zhuǎn)盤53的內(nèi)側(cè)，并卷繞于該軸心511外，以構(gòu)成彈力回復機制，而繩體40則纏繞于力學轉(zhuǎn)盤53的外側(cè)上，且三爪內(nèi)傾式機械耦合件57的一端借由三個卡爪571而嵌固于力學轉(zhuǎn)盤53的卡孔531內(nèi)，另一端則借由一連接軸573連接第一感測單元60(見圖2)。在此，如圖3所示，該三爪內(nèi)傾式機械耦合件57的三個卡爪571都具有向內(nèi)傾折的端部5711，藉此卡爪571的端部5711可垂直嵌入力學轉(zhuǎn)盤53的卡孔531內(nèi)，以利于拆卸與組裝。此外，如圖2所示，本具體實施例采用屬于旋轉(zhuǎn)編碼器類型的光學編碼器作為第一感測單元60，其具有一編碼轉(zhuǎn)盤61、一光發(fā)射組件63和一光接收組件65，其中編碼轉(zhuǎn)盤61與受測單元50的三爪內(nèi)傾式機械耦合件57連接，而光發(fā)射組件63和光接收組件65分別設置于編碼轉(zhuǎn)盤61的相對兩側(cè)上。該編碼轉(zhuǎn)盤61上設有多個透光狹縫611，其可借由“透光”和“不透光”兩種狀態(tài)分別代表“1”和“0”的二進制代碼。當光發(fā)射組件63所發(fā)射的光穿過透光狹縫611到達光接收組件65時，即產(chǎn)生代表“1”的信號；反之，當光發(fā)射組件63所發(fā)射的光未對應到透光狹縫611，導致光接收組件65未接收到光時，即產(chǎn)生代表“0”的信號。據(jù)此，借由對光接收組件65產(chǎn)生的101010…信號計數(shù)，即可得知轉(zhuǎn)動情形。

此外，該編碼轉(zhuǎn)盤61可設有多個碼道(圓周上黑白相間的一圈稱為一碼道，而圖2僅繪示一圈透光狹縫作簡單示意)，以產(chǎn)生包含a相脈沖信號、b相脈沖信號、z相脈沖信號的第一信號，其中a相與b相的相位差為90度，通過比較a相在前或b相在前，得以判別編碼轉(zhuǎn)盤61為正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，而z相脈沖信號由只有一條透光狹縫的第三碼道(z)所產(chǎn)生，其為零位參考位。

藉此，當河床因沖刷而下陷時，配重件31(見圖1)在重力作用下也隨河床下陷，而繩體40則因受該配重件31的拉力而卷出拉長，進而帶動受測單元50的力學轉(zhuǎn)盤53順向轉(zhuǎn)動(如箭頭a所示)，同時第一感測單元60的編碼轉(zhuǎn)盤61也隨之同步順向轉(zhuǎn)動；為確保繩體40被拉出的長度等于下陷深度，受測單元50的渦形彈簧55(見圖3)可提供回復彈力，當配重件31所拉出的繩體40長度大于下陷深度時，該力學轉(zhuǎn)盤53在渦形彈簧55的彈性作用下可反向轉(zhuǎn)動(如箭頭b所示)，以將繩體40回卷至緊繃狀態(tài)，而第一感測單元60的編碼轉(zhuǎn)盤61也隨之同步反向轉(zhuǎn)動。最后，經(jīng)由對a相、b相和z相脈沖信號計數(shù)，即可得知繩體40移動長度。

接著，請參見圖4，以進一步說明浮體70與第二感測單元80間的作用關系。如圖4所示，第二感測單元80的感應組件81對稱設置于第一中空座體(圖未示)的兩相對內(nèi)側(cè)與第二中空座體(圖未示)的兩相對外側(cè)之間，以構(gòu)成一第一感應部801和一第二感應部803。在此，本第一個具體實施例采用磁力開關作為感應組件81的示例性說明，其中第一感應部801和第二感應部803的所述感應組件81在y1、y2、y3...位置處分別并聯(lián)在兩條導線83上，且在垂直方向d1以約5公分之間隔距離排列成一垂直列。藉此，如圖4所示，當浮于水面上的浮體70對應到相應垂直位置y3上的感應組件81時，浮體70上的磁性組件71將觸動y3位置處的感應組件81，使第一感應部801和第二感應部803中的兩條導線83分別在y3位置處接通而形成導通回路，進而可由導通回路的兩端測得一電壓值。由于兩條導線83在不同位置處導通會有不同的電阻，因此浮體70對應到不同位置的感應組件81時，即會產(chǎn)生不同的電壓值，藉此即可由測得的電壓值判斷水面高度。在此，較佳是利用四線式量測方式，以測得準確的電壓值。

接著，請參見圖5所示的信號處理單元方塊圖，第一感測單元60和第二感測單元80所產(chǎn)生的第一信號s1和第二信號s2將傳送到信號處理單元90，以進行信號處理。如圖5所示，本第一具體實施例所采用的信號處理單元90包含一譯碼模塊91、一第一轉(zhuǎn)換模塊92、一信號放大模塊93、一第二轉(zhuǎn)換模塊95、演算分析模塊96和一通信模塊97。

當譯碼模塊91接收到第一信號s1時，其可利用ab相譯碼電路，以將第一信號s1處理成譯碼信號。接著，第一轉(zhuǎn)換模塊92再利用脈沖轉(zhuǎn)換電路，以將譯碼信號轉(zhuǎn)變成沖刷深度數(shù)據(jù)值。此外，信號放大模塊93在接收到第二信號s2時，則借由鎖相放大技術，將第二信號s2處理成放大信號。更詳細地說，如上所述，圖4所示的感應組件81以約5公分的距離間隔設置，由于此位置變化所產(chǎn)生的電阻變化很小，受噪聲和其他飄移干擾會很大，因此利用鎖相放大技術，可過濾掉噪聲，進而準確量得信號。接著，放大信號再利用第二轉(zhuǎn)換模塊95，借由線電阻轉(zhuǎn)換成位置，以獲得成水位高度和水流速數(shù)據(jù)值。隨后，該演算分析模塊96將對沖刷深度數(shù)據(jù)值和水位高度數(shù)據(jù)值作一綜合分析，以提出警報信號，且演算分析模塊96會將該警報信號和所讀到的沖刷深度數(shù)據(jù)值、水位高度數(shù)據(jù)值和水流速數(shù)據(jù)值傳送至通信模塊97，而該通信模塊97每隔一預定時間將讀取上述數(shù)據(jù)值，并借由無線或有線傳輸方式，將上述數(shù)據(jù)值和警報信號傳至接收端u，據(jù)此，該接收端u便可在屏幕上x軸和y軸上分別表示沖刷深度和水位高度或流速，且當演算分析模塊96發(fā)出警報信號時，該通信模塊97可借由簡訊、電子郵件、音信息等方式，及時提醒管理人員。

下文將進一步說明演算分析模塊96對沖刷深度數(shù)據(jù)值x和水位高度數(shù)據(jù)值y進行整合分析的流程，請參見圖6，首先，演算分析模塊96將判斷沖刷深度數(shù)據(jù)值x是否大于第一警戒閥值hh(步驟s1)；當沖刷深度數(shù)據(jù)值x大于第一警戒閥值hh時，演算分析模塊96會發(fā)出警報信號至通信模塊97(步驟s2)；當沖刷深度數(shù)據(jù)值x小于第一警戒閥值hh時，則演算分析模塊96將接著判斷水位高度數(shù)據(jù)值y是否大于第二警戒閥值yy(步驟s3)；當水位高度數(shù)據(jù)值y大于第二警戒閥值yy時，演算分析模塊96會發(fā)出警報信號至通信模塊(步驟s4)；當水位高度數(shù)據(jù)值y小于第二警戒閥值yy時，演算分析模塊96將接著判斷沖刷深度數(shù)據(jù)值x與水位高度數(shù)據(jù)值y的總和值x+y是否大于第三警戒閥值zz(步驟s5)；當總和值x+y大于第三警戒閥值zz時，則演算分析模塊96會發(fā)出警報信號至通信模塊97(步驟s6)；當總和值x+y小于第三警戒閥值zz，則演算分析模塊96不會發(fā)出警報信號(步驟s7)，其中上述第一、第二和第三警戒閥值(hh，yy，zz)可為設定參數(shù)。

此外，請參見圖7，其為第二感測單元80的另一實施方案示意圖。如圖7所示，可在第二中空座體20外側(cè)的y1、y2、y3...位置處分別纏繞上感應線圈，以作為感應組件81，當浮體70隨著水面升降而穿過相應垂直位置上的感應線圈時，浮體70上具有高導磁率的磁性組件71會對相應的感應線圈發(fā)生作用，進而產(chǎn)生電性或/和磁性(如電感、電動勢、磁力等)上的變化。藉此，可通過偵測浮體70穿過感應線圈時所引起的電性或磁性(如電感、電動勢、磁力等)變化，以判定浮體70的所在位置。同樣地，由于浮體70在水的紊流作用下也會因震動而導致電性或/和磁性變化，因此也可通過偵測電性或/和磁性變化以得知流速。在此，本第二個具體實施例以偵測電感值變化作示例性說明，請一并參見圖8，每一感應組件81(即感應線圈)搭配一電感解算數(shù)位模塊85，以進行感測。如圖8所示，每一感應組件81(即感應線圈)的兩端與電感解算數(shù)位模塊85電性連接，藉此，當浮體70穿過該感應線圈時，感應線圈在浮體70上具有高導磁率的磁性組件71作用下將產(chǎn)生電感變化，而通過該電感解算數(shù)位模塊85，即可解算出電感值，并輸出包含有該感應線圈位置和電感值的第二信號s2。

接著，請參見圖9，其為本第二具體實施例所采用的信號處理單元方塊圖。如圖9所示，該信號處理單元90包含一譯碼模塊91、一第一轉(zhuǎn)換模塊92、一解算傳輸模塊94、一第二轉(zhuǎn)換模塊95、演算分析模塊96和一通信模塊97。在此，由于第一信號s1的信號處理程序與第一具體實施例所述相同，故不再贅述，以下僅針對第二信號s2的信號處理程序作進一步的說明。如圖9所示，該解算傳輸模塊94用以接收第二信號s2，并將第二信號s2處理成一解算信號，接著再借由第二轉(zhuǎn)換模塊95，將該解算信號轉(zhuǎn)變成水流速數(shù)據(jù)值和水位高度數(shù)據(jù)值，隨后再利用演算分析模塊96進行第一具體實施例中所述的綜合分析。

更詳細地說，請一并參見圖10，其為電感解算數(shù)位模塊85與解算傳輸模塊94的連接架構(gòu)示意圖。如圖10所示，本第二具體實施例借由多個電感解算數(shù)位模塊85，以感測垂直方向上y1、y2、y3...位置處的電感變化，其中所述電感解算數(shù)位模塊85通過防水接頭87相互串接，并最終連接至解算傳輸模塊94，藉此，所述電感解算數(shù)位模塊85可共享傳輸介質(zhì)，并可通過分時多任務存取(tdma)方式，在各自所屬的指定時段內(nèi)回傳數(shù)據(jù)至解算傳輸模94。由于電感解算數(shù)位模塊85所傳送的第二信號s2包含有所屬感應線圈的定位編號(id)及其測得的電感值，因此，該解算傳輸模94可根據(jù)第二信號s2，判斷哪個感應線圈產(chǎn)生電感值變化，并得知其電感變化值，進而可借由第二轉(zhuǎn)換模塊95，以獲得成水位高度和水流速數(shù)據(jù)值，同樣地，通過偵測電感值變化情形，也可得知水流速。

此外，請參見圖11，本發(fā)明還可在配重件31內(nèi)設置一第三感測單元33，其中該第三感測單元33可根據(jù)該配重件31的移動產(chǎn)生信號變化，而該信號處理單元90可接收該第三感測單元33所產(chǎn)生的第三信號s3，并將該第三信號s3轉(zhuǎn)換成與沖刷深度、水流速和水位高度的至少一者相關的參考數(shù)據(jù)值，以與第一信號s1所獲得的沖刷深度數(shù)據(jù)值或/和第二信號s2所獲得的水位高度/流速數(shù)據(jù)值再次比對，俾可確保數(shù)據(jù)正確性。在此，該第三感測單元33可為任何可用于辨別配重件31是否移動或其運動狀態(tài)等的裝置，如加速度計、影像傳感器、溫度計、陀螺儀等。

接著，請參見圖12，其為本發(fā)明另一具體實施例的復合式水文監(jiān)測系統(tǒng)200示意圖，其包括一第一中空座體10、一配重件31、一繩體40、一受測單元50、一第一感測單元60、一第二感測單元80和一信號處理單元90。如圖12所示，該復合式水文監(jiān)測系統(tǒng)200的第一中空座體10、配重件31、受測單元50和第一感測單元60的配置和作動機制與圖1至圖3所述大致相同，主要不同處在于，該復合式水文監(jiān)測系統(tǒng)200并未設置浮體，其直接利用設置于繩體40處的第二感測單元80，以測得水位高度、水流流速等。更詳細地說，該第二感測單元80包含有多個感應組件81，其在垂直方向d1上以預定間隔設置于繩體40的y1、y2、y3...位置處，由于繩體40的不同垂直位置處所處的周遭環(huán)境狀態(tài)有所差異，故不同位置處的感應組件81可測得不同的物理參數(shù)(如溫度、壓力、流速等)，藉此，當該信號處理單元90接收到該第二感應單元80所產(chǎn)生的第二信號s2后，其可借由測得的參數(shù)值以判斷哪個位置上的感應組件81位于水面w處，進而可得知水位高度。例如，可使用溫度計或壓力計作為感應組件81，以偵測不同垂直位置處的溫度或壓力，進而通過所測得的溫度或壓力值，以判斷水位高度。此外，由于水面下各深度會有不同的流速，故繩體40的不同垂直位置處會受到不同的流速作用，藉此，也可利用感應組件81以偵測不同垂直位置處所對應的流速，甚至可通過流速分布以判斷水位高度。同樣地，該復合式水文監(jiān)測系統(tǒng)200也可如圖11所示更包括一第三感測單元33，以提供與沖刷深度、水流速和水位高度的至少一者相關的參考數(shù)據(jù)值，以與第一信號s1所獲得的沖刷深度數(shù)據(jù)值或/和第二信號s2所獲得的水位高度/流速數(shù)據(jù)值再次比對。

綜上所述，本發(fā)明的復合式水文監(jiān)測系統(tǒng)可借由配重件和浮體，以感測沖刷深度和水位高度/流速，具有結(jié)構(gòu)簡單、低成本、可靠度和穩(wěn)定性高等優(yōu)點，且使用在惡劣洪水期間，其可展現(xiàn)高生存時數(shù)，以確保防洪安全。

以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。