CN101510345B - 咸潮预警系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种咸潮预警系统及方法，该预警系统包括：数据库，保存水体氯度的历史数据，并将新采集的数据保存为历史数据；控制计算机，发送控制指令，并将新采集的数据与历史数据进行比较，产生比较结果，并进一步根据比较结果产生预警信号；主通信终端，连接到控制计算机，根据所述控制指令与远程通信终端进行通信；一组远程通信终端，其中的每一个远程通信终端具有与主通信终端进行双向通信的能力，并且，每一个远程通信终端包括一氯化物传感器，该氯化物传感器获取与该远程通信终端所在地的水体氯度相关的信息，其中，一组远程通信终端采集的与该远程通信终端所在地的水体氯度相关的信息被用作新采集的数据与历史数据进行比较。

Description

咸潮预警系统及方法

技术领域

本发明涉及水体的咸潮预警技术，更具体地说，涉及一种咸潮预警系统及方法。

背景技术

河口盐水入侵是国际上极为关注的海洋灾害之一，长江是中国最大的河流，也是上海市最大的过境水源，入海径流量大，自净能力强，水域环境较好，常年水质达到国家二类地表水标准。长江口已成为上海城市供水水源的优选水源地，但由于上海地处长江入海口，每年长江枯水季节，供水就会受到盐水入侵的影响，氯化物浓度经常超标，海水倒灌是制约上海市第二水源地——陈行水库供应优质淡水能力的关键所在，也是制约长江口南支淡水资源开发利用的关键因素。

在传统的技术中，一般使用人工监测和船测的方式来进行水体氯化物的监测。人工监测和船测由于数据量少，难以成系列，因此无法预测咸潮入侵，影响了原水的正常供应。

通过常年的数据表明，影响长江口盐水入侵的三大要素是：河势状况、河口潮汐变化、上游的来水量。长江口历年最大洪峰流量为92600秒立米，最小枯水流量为4620秒立米，径流最大变幅可达20倍，年内变幅一般在7倍左右。潮差最大变幅可达28倍，月内变幅在10倍左右。长江口和海洋衔接，外海高盐海水经过河口汊道向上入侵。长江口属三级分汊、四口入海的中等潮汐河口，其盐水入侵属缓混合型。各汊道的断面形态，过水能力、分流量和潮汐特性各不相同，这些特性都是控制盐水入侵的重要因素，因此，口门地区盐水入侵方式非常复杂，不同的汊道和河段，盐水入侵方式可能完全不同。

长江口北支日益淤浅，河槽容积变小，外形呈典型的喇叭形，潮波变形剧烈，分流比逐年减少，大潮汛期间北支向南支倒灌，枯季大潮期间倒灌尤为严重。北支倒灌使南支和南、北港河段上下两端均有盐水入侵来源。

长江口盐水入侵的特点是其入侵源有四个，其一为北支入侵倒灌至南支江段；其二为南支北港的外海入侵；其三为南港北槽的外海入侵；其四为南港南槽的外海入侵。几十年来，许多专家学者作了大量的研究，发表了许多论文，取得了很多成果，各种研究报告及公众一直认为，长江口南支江段受北支、南港、北港盐水入侵的共同影响，引起陈行取水口氯度超标是由于四股盐水入侵的综合作用，有朔望规律、北支倒灌现象等等，众说纷纭，模糊不清，无法阐明水源地盐水入侵的规律。水库建成后初期，供水量小，避咸蓄淡压力小，随着供水量的增加，咸潮成了问题。

长江口是世界上河势最复杂的大河河口之一，复杂多变的河势使其盐水入侵也较一般河口复杂。预报咸潮入侵和掌握盐水入侵规律，是世界各国沿海城市规避灾害和制定避咸工程措施的目标。作为河口水文指标中的一个特殊指标，氯化物指标主要受河势、潮汐、上游淡水来量三大要素制约为了进一步摸索盐水入侵的规律，长系列的氯化物监测数据的采集是必不可少的、极为重要的。而盐水入侵是制约长江口水源开发的屏障，以前进行长江口盐水入侵研究工作，其资料的来源，主要是通过人工监测和船测取得。由于长江口120多km长，60多km宽，水域宽广，为全面了解长江口盐水入侵规律，往往需要进行大范围的系列盐度监测，因此需要投入大量的人力、物力和财力，而在一般情况下是较难长期持续投入巨资来满足需要的，有些水域由于受条件限制更不可能长期人工采集水样，因此开展人工大规模系列监测，几乎是不可能的。

因此，长期以来，由于缺乏大范围、长系列同步氯度资料，难以进行预警预报。咸潮一旦入侵，水库不得不停止取水，迫使水库限量供水，影响自来水厂的正常生产和调度，安全供水受到威胁。为此，建立咸潮入侵中、短期预警预报系统，一种迫切需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种咸潮预警系统和方法，首先能够有效进行长期的、实时的水体氯度的监测，并能在所采集的水体氯度数据的基础上，进行咸潮的预警。

本发明的实现方式如下：

一种咸潮预警系统，包括：

数据库，保存水体氯度的历史数据，并将新采集的数据保存为历史数据；

控制计算机，发送控制指令，并将新采集的数据与历史数据进行比较，产生比较结果，并进一步根据比较结果产生预警信号，实现咸潮入侵的中期预警和咸潮的短期预警，其中，所述咸潮入侵的中期预警就是在当年枯季咸潮入侵来临前，将流量变化情况与历年流量的最大值、最小值、平均值进行分析比照，同时依据流域年内降雨量，对枯季水文站的流量和抽引水情况作初步判断，根据潮差变化情况，对枯季咸潮倒灌的形势进行初步判断，综合流量变化、潮差变化、枯季潮汐变化因素，对枯季整个河口的咸潮入侵情况进行初步预判，编制咸潮入侵中期预警报告；所述咸潮入侵的短期预警就是在每次咸潮来临时，根据实测的水体氯度数据、流量数据、河口潮汐数据，计算机绘制各种曲线图表，与历年数据进行分析比照，并结合河口区气象因素，进行综合判断，发布咸潮入侵强度和持续时间的预警报告；

主通信终端，连接到控制计算机，根据控制指令与远程通信终端进行通信；

一组远程通信终端，其中的每一个远程通信终端具有与所述主通信终端进行双向通信的能力，并且，每一个远程通信终端包括一氯化物传感器，该氯化物传感器获取与该远程通信终端所在地的水体氯度相关的信息并提供给无线信号产生器，该无线信号产生器根据所述与该远程通信终端所在地的水体氯度相关的信息产生待发的信号，其中，所述一组远程通信终端采集的与该远程通信终端所在地的水体氯度相关的信息被用作新采集的数据与历史数据进行比较，所述每一个远程通信终端还包括：天线；无线收发机，通过天线收发无线信号；调制解调器，将待发信号调制后传送到无线收发机，将通过无线收发机接收的信号进行解调，所述无线信号产生器，连接到该调制解调器，产生所述待发的信号，并且接收调制解调器解调后的信号；电源装置，为上述的各个模块提供电源，采用180Ah免维护蓄电池与太阳能充电装置组合的电源，在太阳能充电装置的转换板上安装有弹簧尖针；

所述主通信终端与所述一组远程通信终端中各远程通信终端之间根据每个远程通信终端所放置的地理位置各自选择使用以下合适的无线通信方式：无线数字传输，其中该远程通信终端中的无线信号产生器为PLC；Wi-Fi传输，其中该远程通信终端中的无线信号产生器为Wi-Fi信号产生器；GSM传输，使用GSM短消息业务进行数据传输，其中该远程通信终端中的无线信号产生器为符合GSM标准的短消息产生器；GPRS传输，使用GPRS通用分组无线业务进行数据传输，其中该远程通信终端中的无线信号产生器为PLC，所述无线收发机为符合GPRS标准的无线收发机。

根据一实施例，所述主通信终端包括：天线；无线收发机，通过天线收发无线信号；调制解调器，将待发信号调制后传送到无线收发机，将通过无线收发机接收的信号进行解调；控制计算机，连接到调制解调器，产生待发的信号，并且接收调制解调器解调后的信号。

根据一实施例，主通信终端采用轮询的方式依次与一组远程通信终端中的每一个通信，其中，远程通信终端在其自身的地址码与主通信终端轮询的地址码一致时，才与所述主通信终端通信。

其中，所述氯化物传感器为非接触式电感传感器，与体积较大的感应式电导池配合使用。

而所述氯化物传感器的工作原理为调频式电导率测定，利用一个可变频率的相移振荡器的频率变化，反应水体的电导率变化。

根据一实施例，所述感应式电导池包括：第一同轴变压器和第二同轴变压器，激励信号加到第一同轴变压器的初级绕组上，待测的水体构成藕合第一同轴变压器与第二同轴变压器的单匝回路。所述非接触式电感传感器包括：前置放大器，连接到第二同轴变压器；温度补偿电路，接收前置放大器的输出；零点、满度、线性调整电路，接收温度补偿电路的输出；可变频率的相移振荡器，接收零点、满度、线性调整电路的输出，并将信号反馈到所述前置放大器、温度补偿电路和零点、满度、线性调整电路；DC-DC变换器，为可变频率的相移振荡器提供电源。

根据一实施例，所述远程通信终端将非接触式电感传感器的输出频率传输到主通信终端，主通信终端根据一输出频率与水体电导的线性表确定水体的电导，进一步根据一水体电导与水体氯度的非线性表确定水体的氯度。

根据一实施例，所述远程通信终端将非接触式电感传感器的输出频率传输到主通信终端，主通信终端根据一输出频率与水体氯度的非线性表确定水体的氯度。

本发明还提供一种咸潮预警方法，包括：

通过一主通信终端，指令一组远程通信终端采集与该远程通信终端所在地的水体氯度相关的信息；

由远程通信终端通过主通信终端将所采集的所在地的水体氯度相关的信息发送到控制计算机；

控制计算机将新采集的数据与数据库中的水体氯度的历史数据进行比较，产生比较结果；

控制计算机根据比较结果产生预警信号，实现咸潮入侵的中期预警和咸潮的短期预警，其中，所述咸潮入侵的中期预警就是在当年枯季咸潮入侵来临前，将流量变化情况与历年流量的最大值、最小值、平均值进行分析比照，同时依据流域年内降雨量，对枯季水文站的流量和抽引水情况作初步判断，根据潮差变化情况，对枯季咸潮倒灌的形势进行初步判断，综合流量变化、潮差变化、枯季潮汐变化因素，对枯季整个河口的咸潮入侵情况进行初步预判，编制咸潮入侵中期预警报告；所述咸潮入侵的短期预警就是在每次咸潮来临时，根据实测的水体氯度数据、流量数据、河口潮汐数据，计算机绘制各种曲线图表，与历年数据进行分析比照，并结合河口区气象因素，进行综合判断，发布咸潮入侵强度和持续时间的预警报告；

数据库将新采集的数据保存为历史数据；

所述一组远程通信终端中每一个远程通信终端包括一氯化物传感器，该氯化物传感器获取与该远程通信终端所在地的水体氯度相关的信息并提供给无线信号产生器，该无线信号产生器根据所述与该远程通信终端所在地的水体氯度相关的信息产生待发的信号，所述每一个远程通信终端的电源装置采用180Ah免维护蓄电池与太阳能充电装置组合的电源，在太阳能充电装置的转换板上安装有弹簧尖针；

所述咸潮预警系统中共有20个远程通信终端，在所述主通信终端与各远程通信终端之间根据每个远程通信终端所放置的地理位置各自选择使用以下合适的无线通信方式：无线数字传输，使用PLC采集处理氯化物传感器所测的数据，用无线数字传输收发机传输数据；Wi-Fi传输，使用Wi-Fi信号进行数据传输；GSM传输，使用GSM短消息业务进行数据传输；GPRS传输，使用GPRS通用分组无线业务进行数据传输，GPRS通讯方式通过PLC采集处理数据，经GPRS电台发送数据。

采用本发明的咸潮预警系统和方法，具有如下的优点：能进行大范围长序列的水体氯度监测、能进行同步的高精度监测、量程范围宽、全天时全天候实时快速、数据量大经济性好，并能在所采集的数据的基础上及时地进行咸潮的中期和短期预警。

附图说明

图1示出了本发明的咸潮预警系统的一实施例的结构图；

图2示出了本发明的主通信终端的一实施例的结构图；

图3示出了本发明的远程通信终端的一实施例的结构图；

图4示出了本发明的感应式电导传感器的工作原理图；

图5示出了本发明的感应式电导传感器的输出频率与水体电导的关系图；

图6示出了本发明的感应式电导传感器的输出频率与水体氯度的关系图；

图7示出了本发明的咸潮预警方法的一实施例的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步描述本发明的技术方案。

参考图1所示，本发明提供一种咸潮预警系统100，包括：

数据库101，保存水体氯度的历史数据，并将新采集的数据保存为历史数据；

控制计算机102，发送控制指令，并将新采集的数据与历史数据进行比较，产生比较结果，并进一步根据比较结果产生预警信号；

主通信终端104，连接到控制计算机102，根据控制指令与远程通信终端106进行通信；

一组远程通信终端106，其中的每一个远程通信终端106具有与主通信终端104进行双向通信的能力，并且，每一个远程通信终端106包括一氯化物传感器106a，该氯化物传感器106a获取与该远程通信终端106所在地的水体氯度相关的信息，其中，一组远程通信终端106采集的与该远程通信终端所在地的水体氯度相关的信息被用作新采集的数据与历史数据进行比较。

下面首先介绍一下本发明的咸潮预警系统中所采用的数据采集系统。

根据本发明的一实施例，该咸潮预警系统100中的主通信终端104的一实施例如图2所示，包括：

天线202；

无线收发机204，通过天线202收发无线信号；

调制解调器206，将待发信号调制后传送到无线收发机204，将通过无线收发机204接收的信号进行解调；

控制计算机208，连接到调制解调器，产生待发的信号，并且接收调制解调器解调后的信号。

参考图3，其示出了根据本发明的一实施例的远程通信终端106的结构图，包括：

天线302；

无线收发机304，通过天线302收发无线信号；

调制解调器306，将待发信号调制后传送到无线收发机304，将通过无线收发机304接收的信号进行解调；

无线信号产生器308，连接到调制解调器306，产生待发的信号，并且接收调制解调器306解调后的信号；

氯化物传感器310，获取与该远程通信终端106所在地的水体氯度相关的信息并提供给无线信号产生器308，该无线信号产生器308根据与该远程通信终端106所在地的水体氯度相关的信息产生待发的信号；

电源装置312，为上述的各个模块提供电源。

根据本发明的一实施例，电源装置312采用180Ah免维护蓄电池，可连续使用3个月左右，而且能充电再用，但仍需更换，因其体积、重量较大，一节电池有70kg，更换相对不便。为了进一步的改进，还可以采用蓄电池+太阳能充电装置组合形式，充分利用太阳能技术确保蓄电池工作的优化电源配置方式，在阳光充足时太阳能向蓄电池充电储能，在阴雨天气，太阳能转换装置无法正常供电时，由蓄电池工作，使蓄电池长期处于激活状态，不但使用寿命长，免维护，且电压稳定可靠，不会因长时间放电而失效，这样就不用经常更换，节约了大量的人力物力，基本上在一个监测周期中不用更换。而且一次性投资也不大。有效地保证了监测系统每十分钟采样一次的工作状态。为了防止鸟类在太阳能转换板上栖息，(鸟粪会影响太阳能的转换)，在转换板上安装了弹簧尖针，效果很好。太阳能充电器的使用，使整个系统更加安全可靠，保证了系统的正常工作。实践证明，蓄电池+太阳能充电装置的使用为数据的正常采集打下了扎实的基础，取得了良好的效果。

根据本发明的一实施例，主通信终端104采用轮询的方式依次与一组远程通信终端106中的每一个通信，其中，远程通信终端106在其自身的地址码与主通信终端104轮询的地址码一致时，才与主通信终端通信。

根据一种实现方式，主通信终端又称MTU，即Master Terminal Unit，远程通信终端又称RTU，即Remote Terminal Unit，主通信终端和远程通信终端之间的通信方式采用轮询，即Polling的方式，也就是说由主通信终端按照程序设定，依此逐一地与各点进行通信，实现数据交换。而远程通信终端只有在被主通信终端叫到时(地址码对应)，才与主通信终端进行通信，将数据打包传送至主通信终端。载波数据由调制解调器Modem实现编码的转换。并最终由计算机对数据实现处理。控制中心指令远程通信终端每十分钟采一次样，数据处理后存储起来，定时发送到主通信终端。无线收发机的硬件要求：接受灵敏度0.3μv(12db信纳比)，频偏3kHz，波特率600～1200波特。

根据一个实现方式，远程通信终端的总功耗为20W，其中无线收发机的功耗15W，PLC及其他功耗是5W。远程通信终端可采用西门子SLC，电源电压DC15～30V，环境温度-10～55℃，数据巡检平均相应时间＜1秒。无线通信终端中的PLC模块有一高速计数输入口，用于采集频率信号，该计数口的测量频率范围为0-20000Hz，计数输入口与传感器输入信号之间用光耦进行隔离，以确保计数输入口的安全，频率计数采用平均法，以每800次(一次为250ms)为一周期，数据采集好置入PLC模块缓冲器，加以处理并由Modem数码转换，由无线收发机和天线组成发射系统，等待通信叫通后，将内存中的数据发射传送至主通信终端，同时为确保数据的连续性，防止通信干扰中断时，或主通信终端的计算机故障时，造成数据丢失，PLC模块设计成每30分钟将数据和日期时间存入内存，在主通信终端的计算机设计一补数据功能，待通信恢复或计算机故障排除后，进行数据补送。通过优化程序，降低模块内存占用量，使PLC模块能存储7天的数据。

主通信终端的无线收发机和Modem实现无线通信功能和载波信号转换成数码信号或将数码信号转换成载波信号。而所有的数码信号经通信接口模块与计算机连接，把数码信号转换成数据传送给计算机，计算机实现通信控制，将转换成的频率数据，依照氯化物与频率的标定表，进行分段法计算，最后得出氯化物数据。应用工控软件，最终实现氯化物数据显示、存盘，并绘制曲线进行分析。

根据本发明的实施例，该咸潮预警系统中的主通信终端与远程通信终端之间采用的无线通信方式为选自下列的其中之一：

无线数字传输，其中该远程通信终端中的无线信号产生器为PLC；

Wi-Fi传输，其中该远程通信终端中的无线信号产生器为Wi-Fi信号产生器；

GSM短消息技术，其中该远程通信终端中的无线信号产生器为符合GSM标准的短消息产生器；

GPRS传输，其中该远程通信终端中的无线信号产生器为PLC，所述无线收发机为符合GPRS标准的无线收发机。

在本发明的一个实现中，该咸潮预警系统中共有20个远程通信终端，使用了以下几种无线通信方式：

无线数字传输：无线数字传输是使用最多和最广泛的。其使用PLC处理数据，用无线数字传输收发机传输数据。PLC采集处理氯化物传感器所测的数据，数据处理后经由无线数字传输收发机传输至主通信终端。无线数字传输方式优点是使用方便，应用广泛，传输距离远。但是也存在建设成本高，维护不易，易受干扰，不稳定的缺点。

Wi-Fi技术：Wi-Fi，即无线保真度，是一种无线电技术。它不需要网线就能实现计算机之间的连接以及计算机与因特网的连接。Wi-Fi基于电气和电子工程师协会IEEE 802.11系列标准的无线局域网产品的互用性认证。所谓无线局域网WLAN，是局域网的一种，使用高频无线电波而不是电线在节点之间通信。简单说，就是系统使用了无线以太网的技术来进行数据传输。应用到本发明中，无线通信终端采集的水体氯度数据通过无线以太网传输至主通信终端。此种技术具有比无线数字传输速率快，成本低的优势，(免频点费，牌照费等)。但是此种技术也有它的弱点：与无线数字传输技术一样，传输线路中不能有建筑物阻隔，并且它的传输距离有限，有效距离只有几百米。因此它适用于短距离的，却又无法进行有线通信的情况。

GSM短消息技术：短消息业务是GSM系统为移动用户提供的一种能够使用手机或GSM模块接收和发送文本消息的服务。这些文本消息可以由文字或数字组成，每条短消息最多可包含160字母或70个汉字。短消息传输采用信令信道传输，不必建立专用的传输通道，而且当被叫不可达时即移动台关机或离开基站的服务范围，短消息业务中心可保存需要传送的信息，一旦被叫可以接收信息时，短信服务中心就能自动重发信息，从而改善了短消息业务的服务质量。短消息业务是目前GSM网中最为普遍的数据业务，由于其费用比较低廉，因而得到广泛的应用。以GSM短消息业务进行数据通信，虽然通信费用比较低廉，但由于其在传输过程中存在时延，这对数据实时性要求比较高的数据通信系统，时延就是个必须考虑的因素；如果传输的数据量超过短消息允许的最大长度，必须通过多次分组打包才能把数据传输完毕，这样造成的时廷就更长，而且通信费也随之增加。使用GSM短消息技术进行水体氯度数据的传输具有低功耗，传输距离远(有GSM网络的地方就能使用)，安装方便，建设费用低(无需铁塔架设天线，无需频点费)等优点。但是由于其是按短消息条数来计费的，因此不可能应用于数据量大，实时性要求高的调度站点。而且短消息技术不能提供无线通信终端与主通信终端之间的透明连接，针对不同的应用环境每次都要重新开发不同的设备，存在开发周期长的缺点。

GPRS技术：GPRS是通用分组无线业务(General Packet Radio Service)的英文简称，是在现有GSM系统上发展出来的一种新的承载业务，目的是为GSM用户提供分组形式的数据业务。GPRS采用与GSM同样的无线调制标准、同样的频带、同样的突发结构、同样的跳频规则以及同样的TDMA帧结构。GSM现有的基站子系统(BSS)从一开始就可提供全面的GPRS覆盖。GPRS提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务，特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。GPRS是移动通信网中的一种新技术，完成了无线Internet接入，这种技术在数据传输时，将数据封装进每个分组，网络容量仅在需要时才分配，一旦分组完成发送任务，信道容量立即释放，所以提供了即时连接和高效传输，实现了实时在线的功能。因此，它是一种经济高效的分组数据技术。GPRS技术有以下优点：1)通信快速、安全可靠；2)投资较少、性价比高；3)输距离远，无阻隔顾虑，可靠性高；4)设备运行费用不高。GPRS通讯方式通过PLC采集处理数据，经GPRS电台发送数据至监控中心。

上述的几种无线通信方式可以根据无线通信终端所放置的地理位置的而选择使用，在每一个采样点的无线通信终端中选择最合适的无线通信方式，充分利用各种无线通信方式的优点，使得整体系统的性能得到最好的发挥。

本发明的咸潮预警系统中的氯化物传感器为非接触式电感传感器，与体积较大的感应式电导池配合使用。

国内外监测海洋水体中氯度的传感器较多，一般来说，海洋中的盐度变化范围较小，当然不同地区海洋盐度值有所差异，但某一特定海洋水域的盐度随季节、气候、潮汐的变化却甚小，且水体的浊度较小，因此可选择的传感器较多。而长江口地处淡水海水交汇处，氯度变化范围较大，且长江江水泥沙含量高，混浊不清。能适用的传感器较少，因而给传感器的选择带来了很大的难度，不但要考虑其监测适用的范围，还要防止传感器产生极化、灵敏度降低影响监测精度等因素。

氯化物传感器主要分为接触式电极传感器和非接触式电感传感器，接触式电极传感器主要用于实验室比较清洁水体的氯度测量，其优点是：测量的精确度较高，缺点是：测量范围受到一定的限制，维护保养的要求高，适用范围小。非接触式电感传感器主要用于野外，可测量混浊水体中的氯度，其优点是：测量范围较大，维护保养要求低，适用范围广，缺点是：测量精度较低。

水中氯离子含量的多少决定了电导率的高低，所以电导率传感器可以在现场自动长期连续地监测水体中的电导率的变化。水中电导率的测量方法，按电导池的形式可以分为感应式和电极式两种，这两种电导池各有特点，电极式电导池的结构尺寸可以做得小些，对微结构测量很有意义，适用于实验室等，但因存在极化、易污染等问题，在水质较差、泥沙较多的河口近岸不易采用。感应式不存在极化污染问题，但其灵敏度等因素决定了电导池的尺寸，在较低电导率时，尺寸需更大些。因此在近岸河口泥沙较多的水体，一般采用电导池较大的感应式。

通常而言，电极式电导池的体积较小，常与接触式电极传感器配合使用，而感应式电导池体积较大，常与非接触式电感传感器配合使用。

在本发明的咸潮预警系统中，氯化物传感器的工作原理为：

调频式电导率测定，利用一个可变频率的相移振荡器的频率变化，反应水体的电导率变化。其工作原理是：由行相移振荡器产生一个恒定的交流信号激励电导池的初级绕组，电导池的输出绕组随电导率变化的信号，经过放大再反馈到振荡器的输入端，构成一个闭环形式，使振荡器的工作频率就随电导率的变化而变化。因此振荡器的输出频率就代表着水体的电导率值。

与调幅式相比，频率信号便于通过电缆远距离传输，抗干扰能力强，所以本发明下面的描述将以频率输出的形式进行说明。

参考图4，图4示出了本发明的感应式电导传感器以及感应式电导池的工作原理图。

其中，该感应式电导池400包括：

第一同轴变压器T1和第二同轴变压器T2，激励信号加到第一同轴变压器T1的初级绕组上，待测的水体构成藕合第一同轴变压器T1与第二同轴变压器T2的单匝回路。其等效电阻为R_水，当激励信号加到第一同轴变压器T1初级绕组时，则水体单匝回路中感应出电流，当水体的电导率不同，流过单匝回路的电流也不同，这样就在第二同轴变压器T2上感应出依赖水体电导率变化的交变电压e，只要测出e值，通过定标就能测出水体的电导率，电导传感器以频率为输出形式。

非接触式电感传感器500包括：

前置放大器502，连接到第二同轴变压器T2；

温度补偿电路504，接收前置放大器502的输出；

零点、满度、线性调整电路506，接收温度补偿电路504的输出；

可变频率的相移振荡器508，接收零点、满度、线性调整电路506的输出，并将信号反馈到前置放大器502、温度补偿电路504和零点、满度、线性调整电路506；

DC-DC变换器510，为可变频率的相移振荡器508提供电源。

根据本发明的一实施例，该咸潮预警系统的远程通信终端将非接触式电感传感器的输出频率传输到主通信终端，主通信终端根据一输出频率与水体电导的线性表确定水体的电导，进一步根据一水体电导与水体氯度的非线性表确定水体的氯度。

或者，远程通信终端将非接触式电感传感器的输出频率传输到主通信终端，主通信终端根据一输出频率与水体氯度的非线性表确定水体的氯度。

一般而言，传感器的输出频率与水体的电导成线性关系，如图5所示，其示出了输出频率与水体电导的线性关系。同样的，水体的电导与水体中所含的氯化物成一定的非线性关系，因此通过采集该正弦波的频率，就能获得氯化物的数据，同时采用分段线性法来解决电导与氯化物之间的非线性关系，通过对在线式氯化物传感器进行精确多点标定，将标定值输入计算机，利用计算机的计算能力进行分段线性计算，从而获得准确的氯化物数据。因此标定工作的准确性和合理的分段法，直接影响到系统的精度。

或者，也可以利用输出频率与水体氯度的非线性表确定水体的氯度。参考图6，图6示出了本发明的感应式电导传感器的输出频率与水体氯度的关系图。

下面介绍一个根据输出频率确定水体电导以及水体氯度的处理实例：

感应式电导传感器是利用电导率传感器在水中进行的电导率测量，该传感器灵敏度高，输出的频率值与被测水的电导率呈线性关系。

要进行氯化物传感器的标定与计算机输入，需要进行：

1)硝酸银标准溶液的配制及质量控制

对氯化物传感器的标定首先要做的是硝酸银标准溶液的配制及试剂的质量控制，作为检测水中氯化物浓度的试剂，硝酸银标准溶液的配制是标定中的重要一环，先根据分析化验的要求，秤取硝酸银固体，然后溶解并定容，配制成1N左右的硝酸银溶液，为了确保其浓度的精确度，对配制的硝酸银溶液进行必要的质量控制，购买用于质量控制的氯化物标准溶液，以校验配制的硝酸银溶液是否准确，只有符合要求，达到标准，这样才能满足传感器标定的要求。

2)氯化物传感器的标定

氯化物传感器的标定是本系统的核心之一，是整个监测系统的关键，标定的精确程度直接影响到监测的质量，如标定误差过大，那么监测到的数据就会误导我们的预报和分析研究。氯化物传感器中的输出频率f与被测水体中的电导率G成线性，电导率是水中所有离子的体现，但是最终要得到的是氯化物数据，而氯化物浓度与频率之间不完全呈线性关系，只是在一定的范围内呈一一对应的线性关系，因此不能简单地用线性法得到氯化物数据，将整个待标定的氯化物浓度(范围为0-3000mg/l)，分割成不等分的25个左右的区域，在每个区段内用插入线性法计算，从而得出准确的氯化物数据。

标定是在化验室内进行的，为了更加接近实际状态，可采用长江口本身的高盐度水作为标定的介质，将整个系列分别模拟成浓度不一的25个左右淡水海水混合液，测定每一个混合液固有的频率值，同时用标准溶液硝酸银作为基准，滴定水中的氯化物浓度，形成一一对应关系，排除了其他离子的干扰，为提高测量精度，根据不同的安装地点进行合理的精确标定，对标定好的频率与氯度数据进行数据处理和回归，用插入线性法进行计算，并且输入计算机，使频率与氯化物在每一分段范围内呈线性关系。某传感器实际标定情况见表一。

表1传感器实际标定情况表

当氯化物传感器放到被测水体时，有一个频率值体现出来，通过电脑的计算可以从回归的线性关系中得到相应的氯度值，从而满足了实际应用的需要。

通过上述的方式，就能够根据需求实时地采集水体的氯度信息，本发明的预警系统之后会将这些信息与已经保存的历史信息进行比较，得出比较的结果，并且根据比较的结果确定是否需要发出预警信号。

同时，这些新采集的数据也会被作为新的历史数据而被添加到数据库中。

需要说明的是，是否需要发出预警信号的判断可以采用本领域中惯用的判断标准，比如，当新采集的氯度信息明显高于历史的平均值时，就可以发出预警信号。这是本领域中的技术人员可以了解的内容，这里不进行具体描述，并且，这些标准的选取的不同也视为超出了本发明的范围之外。

参考图7，图7示出了本发明的咸潮预警方法的一实施例的流程图，该方法700包括：

702.通过一主通信终端，指令一组远程通信终端采集与该远程通信终端所在地的水体氯度相关的信息；

704.由远程通信终端通过主通信终端将所采集的所在地的水体氯度相关的信息发送到控制计算机；

706.控制计算机将新采集的数据与数据库中的水体氯度的历史数据进行比较，产生比较结果；

708.控制计算机根据比较结果产生预警信号；

710.数据库将新采集的数据保存为历史数据。

采用本发明的咸潮预警系统和咸潮预警方法，能有效地实现咸潮的中期预警和咸潮的短期预警。

其中，咸潮入侵中期预警就是在当年枯季咸潮入侵来临前，将大通流量变化情况与历年大通流量的最大值、最小值、平均值进行分析比照，同时分析长江流域年内降雨情况，对枯季大通水文站的流量和苏皖等省沿江抽引水情况作一个初步判断；根据长江口北支青龙港潮差变化情况，对枯季长江口北支咸潮倒灌的形势进行初步判断。综合大通流量变化、北支青龙港潮差变化、枯季潮汐变化等因素，对枯季整个长江口的咸潮入侵情况进行初步的预判，编制咸潮入侵中期预警报告，提供原水公司和供水调度中心，安排当年的生产运行计划，调整咸潮应急调度预案。

而咸潮入侵短期预报就是在每次咸潮来临时，根据“长江口氯化物同步遥测业务系统”实测的氯化物数据、大通流量数据、长江口潮汐数据，采用计算机技术，绘制各种曲线图表，与历年数据进行分析比照，并结合长江口区气象因素，进行综合判断，发布咸潮入侵强度和持续时间的预报报告，为陈行水库的避咸蓄淡，多供优质长江淡水提供了强有力的技术支撑。

采用本发明的咸潮预警系统和方法，具有如下的优点：能进行大范围长序列的水体氯度监测、能进行同步的高精度监测、量程范围宽、全天时全天候实时快速、数据量大经济性好，并能在所采集的数据的基础上及时地进行咸潮的中期和短期预警。

Claims (9)

1.一种咸潮预警系统，其特征在于，包括：

数据库，保存水体氯度的历史数据，并将新采集的数据保存为历史数据；

控制计算机，发送控制指令，并将新采集的数据与历史数据进行比较，产生比较结果，并进一步根据比较结果产生预警信号，实现咸潮入侵的中期预警和咸潮的短期预警，其中，所述咸潮入侵的中期预警就是在当年枯季咸潮入侵来临前，将流量变化情况与历年流量的最大值、最小值、平均值进行分析比照，同时依据流域年内降雨量，对枯季水文站的流量和抽引水情况作初步判断，根据潮差变化情况，对枯季咸潮倒灌的形势进行初步判断，综合流量变化、潮差变化、枯季潮汐变化因素，对枯季整个河口的咸潮入侵情况进行初步预判，编制咸潮入侵中期预警报告；所述咸潮入侵的短期预警就是在每次咸潮来临时，根据实测的水体氯度数据、流量数据、河口潮汐数据，计算机绘制各种曲线图表，与历年数据进行分析比照，并结合河口区气象因素，进行综合判断，发布咸潮入侵强度和持续时间的预警报告；

主通信终端，连接到所述控制计算机，根据所述控制指令与远程通信终端进行通信；

一组远程通信终端，其中的每一个远程通信终端具有与所述主通信终端进行双向通信的能力，并且，每一个远程通信终端包括一氯化物传感器，该氯化物传感器获取与该远程通信终端所在地的水体氯度相关的信息并提供给无线信号产生器，该无线信号产生器根据所述与该远程通信终端所在地的水体氯度相关的信息产生待发的信号，其中，所述一组远程通信终端采集的与该远程通信终端所在地的水体氯度相关的信息被用作新采集的数据与历史数据进行比较，所述每一个远程通信终端还包括：天线；无线收发机，通过天线收发无线信号；调制解调器，将待发信号调制后传送到无线收发机，将通过无线收发机接收的信号进行解调，所述无线信号产生器，连接到该调制解调器，产生所述待发的信号，并且接收调制解调器解调后的信号；电源装置，为上述的各个模块提供电源，采用180Ah免维护蓄电池与太阳能充电装置组合的电源，在太阳能充电装置的转换板上安装有弹簧尖针；

所述主通信终端与所述一组远程通信终端中各远程通信终端之间根据每个远程通信终端所放置的地理位置各自选择使用以下合适的无线通信方式：无线数字传输，其中该远程通信终端中的无线信号产生器为PLC；Wi-Fi传输，其中该远程通信终端中的无线信号产生器为Wi-Fi信号产生器；GSM传输，使用GSM短消息业务进行数据传输，其中该远程通信终端中的无线信号产生器为符合GSM标准的短消息产生器；GPRS传输，使用GPRS通用分组无线业务进行数据传输，其中该远程通信终端中的无线信号产生器为PLC，所述无线收发机为符合GPRS标准的无线收发机。

2.如权利要求1所述的咸潮预警系统，其特征在于，

所述主通信终端包括：

天线；

无线收发机，通过天线收发无线信号；

调制解调器，将待发信号调制后传送到无线收发机，将通过无线收发机接收的信号进行解调；

控制计算机，连接到调制解调器，产生待发的信号，并且接收调制解调器解调后的信号。

3.如权利要求2所述的咸潮预警系统，其特征在于，

主通信终端采用轮询的方式依次与一组远程通信终端中的每一个通信，其中，远程通信终端在其自身的地址码与主通信终端轮询的地址码一致时，才与所述主通信终端通信。

4.如权利要求2所述的咸潮预警系统，其特征在于，

所述氯化物传感器为非接触式电感传感器，与体积较大的感应式电导池配合使用。

5.如权利要求4所述的咸潮预警系统，其特征在于，

所述氯化物传感器的工作原理为调频式电导率测定，利用一个可变频率的相移振荡器的频率变化，反应水体的电导率变化。

6.如权利要求5所述的咸潮预警系统，其特征在于，

所述感应式电导池包括：第一同轴变压器和第二同轴变压器，激励信号加到第一同轴变压器的初级绕组上，待测的水体构成藕合第一同轴变压器与第二同轴变压器的单匝回路；

所述非接触式电感传感器包括：

前置放大器，连接到第二同轴变压器；

温度补偿电路，接收前置放大器的输出；

零点、满度、线性调整电路，接收温度补偿电路的输出；

可变频率的相移振荡器，接收零点、满度、线性调整电路的输出，并将信号反馈到所述前置放大器、温度补偿电路和零点、满度、线性调整电路；

DC-DC变换器，为可变频率的相移振荡器提供电源。

7.如权利要求6所述的咸潮预警系统，其特征在于，

所述远程通信终端将非接触式电感传感器的输出频率传输到主通信终端，主通信终端根据一输出频率与水体电导的线性表确定水体的电导，进一步根据一水体电导与水体氯度的非线性表确定水体的氯度。

8.如权利要求6所述的咸潮预警系统，其特征在于，

所述远程通信终端将非接触式电感传感器的输出频率传输到主通信终端，主通信终端根据一输出频率与水体氯度的非线性表确定水体的氯度。

9.一种咸潮预警方法，其特征在于，包括：

通过一主通信终端，指令一组远程通信终端采集与该远程通信终端所在地的水体氯度相关的信息；

由远程通信终端通过主通信终端将所采集的所在地的水体氯度相关的信息发送到控制计算机；

控制计算机将新采集的数据与数据库中的水体氯度的历史数据进行比较，产生比较结果；

控制计算机根据比较结果产生预警信号，实现咸潮入侵的中期预警和咸潮的短期预警，其中，所述咸潮入侵的中期预警就是在当年枯季咸潮入侵来临前，将流量变化情况与历年流量的最大值、最小值、平均值进行分析比照，同时依据流域年内降雨量，对枯季水文站的流量和抽引水情况作初步判断，根据潮差变化情况，对枯季咸潮倒灌的形势进行初步判断，综合流量变化、潮差变化、枯季潮汐变化因素，对枯季整个河口的咸潮入侵情况进行初步预判，编制咸潮入侵中期预警报告；所述咸潮入侵的短期预警就是在每次咸潮来临时，根据实测的水体氯度数据、流量数据、河口潮汐数据，计算机绘制各种曲线图表，与历年数据进行分析比照，并结合河口区气象因素，进行综合判断，发布咸潮入侵强度和持续时间的预警报告；

数据库将新采集的数据保存为历史数据；

所述一组远程通信终端中每一个远程通信终端包括一氯化物传感器，该氯化物传感器获取与该远程通信终端所在地的水体氯度相关的信息并提供给无线信号产生器，该无线信号产生器根据所述与该远程通信终端所在地的水体氯度相关的信息产生待发的信号，所述每一个远程通信终端的电源装置采用180Ah免维护蓄电池与太阳能充电装置组合的电源，在太阳能充电装置的转换板上安装有弹簧尖针；

所述主通信终端与所述一组远程通信终端中各远程通信终端之间根据每个远程通信终端所放置的地理位置各自选择使用以下合适的无线通信方式：无线数字传输，其中该远程通信终端中的无线信号产生器为PLC；Wi-Fi传输，其中该远程通信终端中的无线信号产生器为Wi-Fi信号产生器；GSM传输，使用GSM短消息业务进行数据传输，其中该远程通信终端中的无线信号产生器为符合GSM标准的短消息产生器；GPRS传输，使用GPRS通用分组无线业务进行数据传输，其中该远程通信终端中的无线信号产生器为PLC，所述无线收发机为符合GPRS标准的无线收发机。

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