基于升船机水工结构和工作门结构的门槛水深预警方法及系统

技术领域

本发明涉及升船机运行维护领域，具体涉及一种基于升船机水工结构和工作门结构的门槛水深预警方法及系统。

背景技术

在升船机设备结构中，闸首工作大门是引航道挡水的重要设备，也是船舶由航道进入升船机船厢的重要通道，工作大门门槛水深是判断船舶能否安全通行的重要依据，也是判定工作大门能否安全挡水的重要依据。门槛水深太低，船舶通过闸首门区域时易发生触底；门槛水深过高，航道水易漫过工作大门门顶。因此将门槛水深控制在合适范围是升船机适应不同通航水位应解决的问题。

目前预警门槛水深的方法主要为：通过观察门槛水位计值判断船舶能否通行及工作门是否挡水安全。在此过程中需要门槛水位计和航道水位计，以此水位计来测量水深，可以自动测定并记录河流、湖泊和灌渠等水体水位，以确定水位深度，并结合船舶吃水量等具体情况，以保证航道水位保持在合理范围内，防止影响船舶的通行安全。

此种方法存在以下问题：门槛水位计和航道水位计不在同一水域，测量基准面不一样，无法直接判断门槛水深与航道水位是否标对或门槛水位计本身偏差是否在正常范围，导致人工无法识别读值是否有误，这些都导致无法准确判断门槛水深是否影响船舶通航和挡水安全。本发明提供一种门槛水深预警方法用于减少门槛水深判断不准造成的船舶通航风险和水漫门风险。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种基于升船机水工结构和工作门结构的门槛水深预警方法及系统，在考虑工程投入的前提下，实现对门槛水深准确预警的目标。该应对方法通过对程序的优化，提高了升船机闸首工作门槛水深应对准确性。

为了实现上述目的，按照本发明的第一方面，提供一种基于升船机水工结构和工作门结构的门槛水深预警方法，包括以下步骤：

步骤S100，获取升船机设备结构数据与设备安装高程数据，包括闸首工作门布置在航槽底板高程值H、门位在最低位时门槛水深零点位置距离航道底坎高度h0；

步骤S200，根据测量所得水位数据，获得门槛水深点对应的引航道水位平均值S1；

步骤S300，根据所述步骤S1与步骤S2中所获得数据，结合n节高度为△S的闸首叠梁门的实际参与工作情况，计算该航道水位下对应的门槛水深值S0；

步骤S400，利用门槛水深水位计测量所得门槛水深的测量值S0'，将所述S0'与所述门槛水深计算值S0比对校验，如果偏差在规定范围，则允许测量值参与运行控制；如果偏差超过规定范围，则对门槛水位计进行校准或者对超过偏差的水位计进行切除；

步骤S500，比较所述步骤S400测量的门槛水深平均值和可通航门槛维护水深，判定船舶通过闸首门区域时，门槛水深是否满足条件，即判断所述测量值S0'是否在通航维护水深(S

步骤S600，根据所述步骤S500的判定结果，结合升船机闸首工作门结构、调整方式和预警信息调整工作门位；当门槛水深小于维护水深时，向下调整闸首工作门位或减少工作叠梁门，当门槛水深大于维护水深时，向上调整闸首工作门位或增加叠梁门。

具体的，步骤S200中，

闸首航道水位测量井c设置有多支水位计，将各支水位计测量所得的引航道水位值上传至水位信息系统处理，据此获得多支水位计测量的平均值S1，以此计算值S1代表引航道水位。

具体的，在步骤S300中，

结合所述升船机设备结构数据与设备安装高程值、引航道水位平均值数据，在叠梁门工作中每变化一个门位或增减一节叠梁门时可以适应航道水位变幅为△S，可以调整的门位或可增减的叠梁门数量为n，实际参与工作的n节高度为△S的闸首叠梁门的总体高度为n·△S，由此计算该航道水位下对应的门槛水深值S0的公式为：

S0＝S1-H-(h0+n·△S)。

进一步地，当门位在最低位时，门槛水深零点位置距离航槽底板为特定高度h0，此时闸首叠梁门工作的节数n＝0，闸首工作叠梁门的高度n·△S＝0，则此时门槛水深值S0＝S1-H-h0；

进一步地，由于升船机闸首工作门可以通过调整门位或者增减工作叠梁门的方式适应引航道水位变化，每变化一个门位或者增减一节叠梁门时可以适应航道水位变幅为△S，可以调整的门位或可增减的叠梁门数量为n(n≠0时)，在门位调整时，可航水深S0＝S1-H-(h0+n·△S)。

所述门槛水深值S0必须控制处于特定的范围(S

其中，S

具体的，步骤S400中具体过程为：

将所述门槛水深水位计测量值S0′输送至可编程逻辑控制器，在控制器中判断测量值S0′与计算值S0的差值的绝对值，当该绝对值处于0.1m以内，门槛水位计所测数据则被允许参与到后续的控制；如果门槛水深水位计测量值S0′与理论计算值相差大于0.1m，则提示必须校准，若不校准就进行提示必须切除，然后再允许门槛水位计参与到后续控制。

具体的，在步骤S500中，

在可编程逻辑控制器中，对门槛水深测量值S0′与计算值S0进行比较，计算两者的差值的绝对值，在偏差允许范围内，门槛水位计所测数据则被允许参与到后续的预警程序控制；在偏差超过允许范围时，则提示必须校准，若不校准就进行提示必须切除，然后才允许相对应的门槛水位计参与到后续控制过程中。

具体的，在步骤S600中，

根据所述步骤S500的判定结果，生成门槛水深预警信息，门槛水深测量值S0′参与调整预警程序，根据S0′及其与通航维护水深(S

当S0′＜S

当S0′＞S

按照本发明的第二方面，提供一种基于升船机水工结构和工作门结构的门槛水深预警系统，包括：

数据获取单元，用于获取升船机设备结构数据与设备安装高程数据，包括闸首工作门布置在航槽底板高程值H、门位在最低位时门槛水深零点位置距离航道底坎高度h0；

平均水位计算单元，用于根据航道水位计测量所得水位数据，获得门槛水深点对应的引航道水位平均值S1；

门槛水深计算单元，用于根据所述步骤S100与步骤S200中所获得数据，结合n节高度为△S的闸首叠梁门的实际参与工作情况，计算该航道水位下对应的门槛水深值S0；

测量校验机构，利用门槛水深水位计测量所得门槛水深的测量值S0'，将所述S0'与所述门槛水深计算值S0比对校验，如果偏差在规定范围，则允许测量值S0'参与运行控制；如果偏差超过规定范围，则对门槛水位计进行校准或者对超过偏差的水位计进行切除；

通航维护水深判断单元，用于比较所述步骤S400测量的门槛水深平均值和可通航门槛维护水深，判定船舶通过闸首门区域时，门槛水深是否满足条件，即判断所述测量值S0'是否在通航维护水深(SL，SH)范围内；

门位调整机构，用于根据所述步骤S500的判定结果，结合升船机闸首工作门结构、调整方式和预警信息，调整工作门位；当门槛水深小于维护水深时，向下调整闸首工作门位或减少工作叠梁门，当门槛水深大于维护水深时，向上调整闸首工作门位或增加叠梁门。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1.本发明的方法，利用门槛水深与升船机水工结构、工作门结构、航道水位之间的数学关系，进行门槛水深与水深点航道水位的自动标对，辅助运维人员进行该水位下门槛水深快速判断。

2.本发明的方法，将门槛水深计算值设定在可编程逻辑控制器，与实测值进行比较，预警提示运维人员对不满足要求的门槛水位计进行整定；预警提示运维人员进行相应的工作门调整操作。

3.本发明通过优化门槛水深预警程序，用一种投入较小的方式，减小门槛水深数值不准造成的船舶通行和工作门挡水的风险。

4.本发明适用于自然河流上建设的升船机，能通过门槛水深预警控制程序优化，增加航道水位与门槛水深标对方法，并与可航水深进行比较，减小因门槛水深判断不准造成的船舶通行和工作门挡水的风险。

附图说明

图1为本发明的升船机水工结构与闸首设备布置示意图；

图2为本发明的基于升船机水工结构和工作门结构的门槛水深预警方法；

图3为本发明的门槛水深预警方法的流程图；

图4为本发明的门槛水深水位计校准判断方法；

图5为本发明的根据门槛水深预警信息进行工作门调整图。

在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：a-闸首工作大门、b-闸首工作叠梁门、c-闸首航道水位测量井、d-门槛水深水位计测量井。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1-5所示，本发明实施例提供一种基于升船机水工结构和工作门结构的门槛水深预警方法，利用门槛水深与升船机水工结构、工作门结构、航道水位之间的数学关系，进行门槛水深与水深点航道水位的自动标对，将门槛水深计算值设定在可编程逻辑控制器，与实测值进行比较，预警提示运维人员对不满足要求的门槛水位计进行校准；经过判断后可参与控制的门槛水深测量值与通航维护水深进行比较，预警提示运维人员进行相应的工作门调整操作，减小因门槛水深判断不准造成的船舶通行和工作门挡水的风险。

升船机的上下闸首设置工作门，在上游工作门以上和下游工作门以下设置有航道水位测量装置，且距离闸首工作门一段安全距离，在工作门上设置有门槛水位计；

具体而言，升船机水工结构及闸首设备布置，如图1所示；

其中，a为闸首工作大门，闸首工作大门高度不能低于水面高度，闸首工作大门的下方与闸首工作叠梁门b相连；

b为闸首工作叠梁门，每一节门位的高度值为△S，当门位在最低位时，没有叠梁门参与工作，n表示参与工作的叠梁门的数目，此时n＝0，则参与工作的叠梁门的总体高度n·△S＝0；

c为闸首航道水位测量井，在水面上设置多支闸首航道水位测量计，用以测量引航道水位值；

d为门槛水深水位计测量井，其布设位置在可航水深S0处，用以测量门槛水深测量值S0′；当船舶通过升船机闸首工作门区域时，可航水域为工作门开到位后，闸首工作门的上表面距离水面的高度即为门槛水深。

应用本发明的门槛水深预警方法如图2所示，该门槛水深预警工作的流程图如图3所示，具体情况如下：

步骤S100，获取升船机设备结构数据与设备安装高程数据，包括：闸首工作门布置的航槽底板的高程值为H；门位在最低位时，叠梁门不参与工作，此时则计算出门槛水深基准面距离航槽底板高度为h0；

步骤S200，获取引航道水位值S1：

所述闸首航道水位测量井c，设置有多支水位计，将各支水位计测量所得的引航道水位值上传至水位信息系统处理，据此获得多支水位计测量的平均值S1，以此计算值S1代表引航道水位；

步骤S300，计算门槛水深水位点对应的可航水深S0：

工作门所处门位或叠梁门节数为n，每变化一个门位或者增减一节叠梁门时可以适应航道水位变幅为△S，则闸首工作叠梁门的高度为n·△S；

根据所述步骤S200获得的航道水位值S1和上述步骤S100获得的门槛水深基准面距离航槽底板高度h0、航槽底板高程值H，计算该航道水位下对应的门槛水深值S0的公式为：

S0＝S1-H-(h0+n·△S)；

其中，(h0+n·△S)为航槽可航水位最低点至航槽底板的距离；

步骤S400，判断门槛水深测量值S0′与航道水位值S0是否标对：

将所述门槛水深水位计测量值S0′与所述的门槛水深数值的计算值S0进行比较，如果偏差超过规定范围，则对门槛水位计测得数值进行校准或者对超过偏差的水位计测得数值进行切除，以使偏差值处于规定范围内；

具体的，如图4所示，将所述门槛水深水位计测量值S0′输送至可编程逻辑控制器，在控制器中判断其与计算值S0的差值的绝对值，当该绝对值处于0.1m以内，门槛水位计所测数据则被允许参与到后续的控制；

进一步的，如果门槛水深水位计测量值S0′与理论计算值相差大于0.1m，则提示必须校准，若不校准就进行提示必须切除，然后再返回到可编程逻辑控制器，进行判断门槛水深水位计测量值S0′与门槛水深水位计算值S0差值的绝对值是否处于0.1m以内，重复上述操作，直到该差值的绝对值处于0.1m以内，才允许测量该数据的对应的门槛水位计参与到后续控制；

步骤S500，判断门槛水深是否在通航维护水深范围内：

比较所述门槛水深测量值S0′是否在通航维护水深(S

其中，S

进一步的，如果S0′在(S

步骤S600，根据门槛水深预警信息进行工作门调整：

根据所述步骤S500的判定结果，生成门槛水深预警信息，如图5所示，门槛水深测量值S0′参与调整预警程序，根据S0′及其与通航维护水深(S

具体的，当S0′＜S

具体的，当S0′＞S

实施例：

以升船机下闸首工作门为例，实施步骤如下：

步骤S100，获取升船机设备结构数据与设备安装高程数据：

相较于河床底，下闸首工作门布置的航槽底板的高程值为H；

门位在最低位时，下闸首工作叠梁门并不参与工作，不计算下闸首工作叠梁门高度值，此时门槛水深基准面距离航槽底板高度为h0；

步骤S200，获取引航道水位值S1：

所述下闸首航道水位测量井c，设置有多支水位计，将各支水位计测量所得的引航道水位值上传至水位信息系统进行处理，据此获得多支水位计测量值的平均值S1，以此计算值S1代表引航道水位；

步骤S300，计算门槛水深水位点对应的可航水深S0:

工作门所处门位或叠梁门节数为n，每变化一个门位或者增减一节叠梁门时可以适应航道水位变幅为△S，则下闸首工作叠梁门的高度为n·△S；

进一步的，结合所述步骤S200获得的航道水位值S1和所述步骤S100获得的门槛水深基准面距离航槽底板高度h0、航槽底板高程值H，计算该航道水位下对应的门槛水深值S0的公式为：

S0＝S1-H-(h0+n·△S)；

具体的，当门位在最低位时，此时n＝0，则下闸首工作门位或者叠梁门变动的高度n·△S＝0，则此时门槛水深值S0＝S1-H-h0；

具体的，当下闸首工作门位或者叠梁门变动了n节(n≠0)时，下闸首工作叠梁门的高度为n·△S，则此时门槛水深值S0＝S1-H-(h0+n·△S)；

步骤S400，判断门槛水深测量值S0′与航道水位值S0是否标对：

将所述门槛水深水位计测量值S0′与所述计算的门槛水深数值S0进行比较，如果偏差超过规定范围，则对门槛水位计测得数值进行校准或者对超过偏差的水位计测得数值进行切除，以使偏差值处于规定范围内；

具体的，如图4所示，将所述门槛水深水位计测量值S0′输送至可编程逻辑控制器，在控制器中判断其与计算值S0的差值的绝对值，当该绝对值处于0.1m以内，门槛水位计所测数据则被允许参与到后续的控制；如果门槛水深水位计测量值S0′与理论计算值相差大于0.1m，则提示必须校准，若不校准就进行提示必须切除，然后再允许门槛水位计参与到后续控制；

步骤S500，判断门槛水深是否在通航维护水深范围内：

比较所述门槛水深测量值S0′是否在通航维护水深(S

其中，S

进一步地，如果S0′在(S

步骤S600，根据门槛水深预警信息进行工作门调整：

根据上述步骤S500的判定结果，生成门槛水深预警信息，然后判断S0′与S

进一步地，当所述步骤S500中获知的所述门槛水深S0′不在(S

具体的，当S0′＜S

具体的，当S0′＞S

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。