CN111483553A - 一种藻类原位剖面浮标系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种藻类原位剖面浮标系统，包括有浮台锚系装置、测量单元、主控单元、传动单元、供电单元、辅助监测系统单元、藻类分析仪单元、气象设备单元，浮台锚系装置设置在固定水域上，所述浮台锚系装置作为测量单元、主控单元、传动单元、供电单元、辅助监测系统单元、藻类分析仪单元、气象设备单元的承载台，所述测量单元、传动单元、供电单元、辅助监测系统单元、藻类分析仪单元、气象设备单元均与主控单元连接。该系统可以得到水体不同深度的藻类数据，结合气象数据进而分析藻类与水质的对应关系，能够得到全面准确的分析结论，进而指导管理部门有针对性的制定治理策略。

Description

一种藻类原位剖面浮标系统

技术领域

本发明涉及的是水质监测技术领域，具体的，涉及一种藻类原位剖面浮标系统。

背景技术

为了达到干净的饮用水源目的，对河流、湖泊、水库等自然资源进行科学测量，获得及时有效的水质数据，对数据进行分析，对于河流管理部门针对性的制定治理策略具有重要的指导作用，由于不同的水体污染对藻类的种类、数量、结构等产生相应的影响，相关学者利用藻类与水质的关系，针对各种藻类对不同污染的反映特性，采用相应的监测方法，能够正确评价和预测水质污染及其变化趋势。

现有水体藻类检测分为实验室检测和原位在线实时检测，由于实验室检测的实时性较差，相对于实验室检测，原位实时在线监测更加最有代表性，因为水样若经过转移及处理，其测量出来的数据已失去部分真实性，而本系统可实现藻类的实时在线监测。

常规在线藻类监测仪器一般布放在某一个固定式水体深度处，这样测量的数据实际上仅代表了某一个深度值下藻类的情况，不能对不同深度的藻类进行实时监测，不能对于水质进行全面的分析，传 统的在线检测系统测量的数据单一，没有结合气象数据对水质进行，从而不能得出不同的外在环境对于水质的影响程度。

发明内容

本发明的目的是传统在线藻类监测仪器检测的数据单一，不能完整全面准确的分析水质与藻类关系的问题，设计了一种藻类原位剖面浮标系统，该系统可以得到水体不同深度的藻类数据，结合气象数据进而分析藻类与水质的对应关系，能够得到全面准确的分析结论，进而指导管理部门有针对性的制定治理策略。

为实现上述技术目的，本发明提供的一种技术方案是，一种藻类原位剖面浮标系统，包括有浮台锚系装置、测量单元、主控单元、传动单元、供电单元、辅助监测系统单元、藻类分析仪单元、气象设备单元，浮台锚系装置设置在固定水域上，所述浮台锚系装置作为测量单元、主控单元、传动单元、供电单元、辅助监测系统单元、藻类分析仪单元、气象设备单元的承载台，所述测量单元、传动单元、供电单元、辅助监测系统单元、藻类分析仪单元、气象设备单元均与主控单元连接。

本方案中，系统以浮台锚系装置为载体，藻类分析仪单元和测量单元为测量工具，配套供电系单元以及辅助监测系统单元，通过主控单元与传动单元的相互配合来控制测量单元的升降，从而实现采集不同水深情况下藻类数据的功能，将采集的数据经由藻类分析仪单元自动分析后，分析后的数据经由主控单元的通信芯片传输至中心站，有中心站的检测软件对数据进行统一展示。

作为优选，所述浮台锚系装置包括有浮台以及三个浮体，三个浮体通过缆绳与浮台的底端连接，三个浮体以120度角均匀布放在浮台周围，所述浮体的下端均设置有锚系。

本方案中，浮台采用不锈钢加泡沫浮体制作而成，其中使用不锈钢件加工制作龙骨，高强度泡沫作为浮力装置，该结构具有稳固、负载浮力大的优点，采用3*3m的方型浮台，中部为直径50cm剖面升降井，升降井上方为塔架和传动单元，该区域采用多孔板进行保护，在电机部分进行防水保护；两侧为仪器井、电池舱和控制舱；仪器井为各测量设备提供了安装位置，并根据测量设备的外形特点、测量要求配套不同的安装支架，能够保证设备在稳定、可靠的环境下进行测量工作；电池舱是蓄电池的存储位置，根据系统负载大小配备的蓄电池统一放置在电池舱中；控制舱是主控系统的安装位置，作为整个系统的中枢系统。将三锚浮体的三套锚系与浮体分开，即浮体本身不直接与其三套锚系相连，三套主锚系分别系于三个类似水鼓的水面浮体上，这三只浮体以水面浮台的预期布放位置为中心，120度均匀布放在水面浮台周围，并且与浮台保持一定距离，一般不小于30m，水面浮台与浮体之间在采用锚链（副锚系）连接；采用这样的锚系方式能够增强对抗恶劣环境的能力，减少了浮体的旋转和摇摆角度，从而保证系统具备良好的通信姿态，同时三锚系留限制了水面浮台的多圈转动，可避免水下的信号线缆与锚链的缠绕。

作为优选，所述浮台上设置有设备井，所述设备井的上端设置有工形支架，支架上设置有顶板，工形支架的横臂上设置有两个同轴滑轮，缆绳的一端与传动单元连接，缆绳的另一端穿过一个滑轮与铅块固定连接；铅块的上端固定有测量单元，测量单元与软线管的一端电连接，软线管的另一端穿过另一个滑轮与藻类分析仪单元连接。

本方案中，缆绳和软线管同轴收放，可以实现铅块和测量单元同步上升和下降；其中铅块为多个圆饼分层结构，避免了洋流的作用导致的传动机构所受的阻力过大的问题，保证了整个传动机构的稳定性。

作为优选，所述传动单元包括有步进电机、两个卷线筒以及支架，步进电机通过基座固定安装在浮台的平面上，两个卷线筒的中心轴安装在支架上，所述步进电机与主控单元电连接，所述步进电机的输出轴与中心轴传动连接，所述软线管和缆线分别缠绕在两个卷线筒上。

本方案中，经过电机同步控制软线管和缆绳的收放，通过铅块的重力作用，可以保证测量单元在垂直方向下降任意水深，使得测量的数据全面真实可靠。

作为优选，所述供电单元包括有太阳能控制器、蓄电池组以及发电装置，所述发电装置通过太阳能控制器与蓄电池组电连接，所述蓄电池组与主控单元电连接。

本方案中，作为系统的能源依靠，供电单元由太阳能电池、蓄电池和太阳能控制器组成，其中蓄电池采用高能免维护蓄电池，太阳能控制器配套太阳能转换功率统计和负载输出功率统计，即配置一个太阳能电表，可以实时了解系统电源情况；整个系统采用低功耗电机和遥测设备，整体功耗有限，太阳能自供电可以满足系统自运行，其中蓄电池单元为可更换，在极特殊恶劣气象条件下，可以人为更换蓄电池。

作为优选，所述发电装置设置在顶板的上端，所述发电装置为太阳能发电薄膜或者太阳能发电板的一种。

本方案中，太阳能发电薄膜或者太阳能发电板的使用寿命长，维护成本低，技术成熟，可以为无人值守的用电设备提供工作电能。

作为优选，所述辅助监测系统单元包括有航标灯、雷达反射器以及独立4G移位报警器，所述雷达反射器以及独立4G移位报警器分别与主控单元电连接，所述航标灯自带有小型太阳能发电系统。

本方案中，浮台顶端配置符合国际航道标志协会要求的警示灯标，在晚上或浓雾时向周边船只发出警示，有效警示距离可达5.5 公里，该航标灯自带独立太阳能电源系统，采用高功率放电全封闭免维护电池盒单晶硅太阳能电池组成电源系统，并和LED航标灯组成一个整体；一旦安装使用即可自行工作，无须任何外加的电源，防护等级高达IP68，适应于海洋、湖泊环境；雷达反射器是无源雷达信标，是一种自身不能发射信号、通过增大目标截面积(也称回波或反向散射面积)的方法来增强船用导航雷达反射波，进而提高船用导航雷达对目标识别能力的无源设备；是一种具有较强反射能力并向原发射方向反射雷达波的助航设备。雷达反射器主要有如下助航作用： 1.在较远距离改进对目标的识别能力； 2.在有海浪和雨雪干扰下，提高目标的识别能力；3.加强对航标的保护，防止碰撞造成损害；一般的浮台通常都安装了GPS模块或是北斗模块用于定位，其也有数据通信功能，将这些位置信息发送到控制中心，都能正确的获取到浮体位置信息，但这些都在浮体正常工作条件下才具有的功能。如果浮体出现故障不能正常工作，或者是遭受人为破坏时，浮体就失去了踪迹，增加一台独立的浮标跟踪设备可以克服上述弊端。

作为优选，所述气象设备单元为WXT530气象站仪器。

本方案中，WXT530气象站仪器可以实时采集风速、风向、雨量、大气压、空气温湿度等参数，作为分析水质和藻类关系的辅助信息。

所述藻类分析仪单元为BBE藻类分析仪。

本方案中，BBE藻类分析仪能快速分析监测100米（最深可达1000m）水深内水体的叶绿素a浓度，检测数据可以通过串口在线显示或者存储在设备内存中等待后续分析。除叶绿素a的总量之外，仪器还可以将藻分类，按藻类荧光指纹谱图法进行分类(四类：蓝藻, 绿藻, 褐藻（硅藻/甲藻等）, 隐藻，额外定制可达8种藻类)。该设备适合于在线监测、移动便携检测、对不同水深的剖面，是原位活性水体的即时监测，即时显示数据结果。

本发明的有益效果：该发明一种藻类原位剖面浮标系统采用三个浮体和浮台分离的方式，可以将浮台更好的固定在固定水域，增强了付浮台抵抗自然环境的稳定性；采用传动装置，通过电机控制铅块和测量单元的下降水深，可以实时的采集水体不同深度的藻类数据，同时结合气象数据进而分析藻类与水质的对应关系，能够得到全面准确的分析结论，进而指导管理部门有针对性的制定治理策略。

附图说明

图1为本发明的一种藻类原位剖面浮标系统的结构示意图。

图2为本发明的一种藻类原位剖面浮标系统的平面结构图。

图3为本发明的一种藻类原位剖面浮标系统的传动装置局部结构图一。

图4为本发明的一种藻类原位剖面浮标系统的传动装置局部结构图二。

图中标记说明：1-测量单元、2-主控单元、3-传动单元、4-供电单元、5-辅助监测系统单元、6-藻类分析仪单元、7-气象设备单元、31-工形支架、32-滑轮、33-缆绳、34-软线管、35-铅块、36-步进电机、37-卷线筒、38-中心轴、39-基座、81-浮台、82-浮体、83-锚系。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案以及优点更加清楚明白，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅是本发明的一种最佳实施例，仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：如图1所示，一种藻类原位剖面浮标系统的结构示意图，由测量单元1、主控单元2、传动单元3、供电单元4、辅助监测系统单元5、藻类分析仪单元6、气象设备单元7组成，浮台锚系装置设置在固定水域上，其中浮台锚系装置作为测量单元1、主控单元2、传动单元3、供电单元4、辅助监测系统单元5、藻类分析仪单元6、气象设备单元7的承载台，测量单元1、传动单元3、供电单元4、辅助监测系统单元5、藻类分析仪单元6、气象设备单元7均与主控单元2连接；辅助监测系统单元5主要由航标灯、雷达反射器以及独立4G移位报警器组成，雷达反射器以及独立4G移位报警器分别与主控单元2电连接，航标灯自带有小型太阳能发电系统；如图2所示，浮台锚系装置由一个浮台81以及三个浮体82组成，三个浮体82通过缆绳33与浮台81的底端连接，三个浮体82以120度角均匀布放在浮台81周围，浮体82的下端均设置有锚系83。

本实施例中，系统以浮台锚系装置为载体，藻类分析仪单元6和测量单元1为测量工具，配套供电系单元以及辅助监测系统单元5，通过主控单元2与传动单元3的相互配合来控制测量单元1的升降，从而实现采集不同水深情况下藻类数据的功能，将采集的数据经由藻类分析仪单元6自动分析后，分析后的数据经由主控单元2的通信芯片传输至中心站，有中心站的检测软件对数据进行统一展示；浮台81采用不锈钢加泡沫浮体82制作而成，其中使用不锈钢件加工制作龙骨，高强度泡沫作为浮力装置，该结构具有稳固、负载浮力大的优点，采用3*3m的方型浮台81，中部为直径50cm剖面升降井，升降井上方为塔架和传动单元3，该区域采用多孔板进行保护，在电机部分进行防水保护；两侧为仪器井、电池舱和控制舱；仪器井为各测量设备提供了安装位置，并根据测量设备的外形特点、测量要求配套不同的安装支架，能够保证设备在稳定、可靠的环境下进行测量工作；电池舱是蓄电池的存储位置，根据系统负载大小配备的蓄电池统一放置在电池舱中；控制舱是主控系统的安装位置，作为整个系统的中枢系统。将三锚浮体82的三套锚系83与浮体82分开，即浮体82本身不直接与其三套锚系83相连，三套主锚系83分别系于三个类似水鼓的水面浮体82上，这三只浮体82以水面浮台81的预期布放位置为中心，120度均匀布放在水面浮台81周围，并且与浮台81保持一定距离，一般不小于30m，水面浮台81与浮体82之间在采用锚链（副锚系83）连接；采用这样的锚系83方式能够增强对抗恶劣环境的能力，减少了浮体82的旋转和摇摆角度，从而保证系统具备良好的通信姿态，同时三锚系83留限制了水面浮台81的多圈转动，可避免水下的信号线缆与锚链的缠绕；浮台81顶端配置符合国际航道标志协会要求的警示灯标，在晚上或浓雾时向周边船只发出警示，有效警示距离可达5.5 公里，该航标灯自带独立太阳能电源系统，采用高功率放电全封闭免维护电池盒单晶硅太阳能电池组成电源系统，并和LED航标灯组成一个整体；一旦安装使用即可自行工作，无须任何外加的电源，防护等级高达IP68，适应于海洋、湖泊环境；雷达反射器是无源雷达信标，是一种自身不能发射信号、通过增大目标截面积(也称回波或反向散射面积)的方法来增强船用导航雷达反射波，进而提高船用导航雷达对目标识别能力的无源设备；是一种具有较强反射能力并向原发射方向反射雷达波的助航设备。雷达反射器主要有如下助航作用：1.在较远距离改进对目标的识别能力；2.在有海浪和雨雪干扰下，提高目标的识别能力；3.加强对航标的保护，防止碰撞造成损害；一般的浮台81通常都安装了GPS模块或是北斗模块用于定位，其也有数据通信功能，将这些位置信息发送到控制中心，都能正确的获取到浮体82位置信息，但这些都在浮体82正常工作条件下才具有的功能。如果浮体82出现故障不能正常工作，或者是遭受人为破坏时，浮体82就失去了踪迹，增加一台独立的浮标跟踪设备可以克服上述弊端；气象设备单元7为WXT530气象站仪器，WXT530气象站仪器可以实时采集风速、风向、雨量、大气压、空气温湿度等参数，作为分析水质和藻类关系的辅助信息；藻类分析仪单元6为BBE藻类分析仪；

BBE藻类分析仪能快速分析监测100米（最深可达1000m）水深内水体的叶绿素a浓度，检测数据可以通过串口在线显示或者存储在设备内存中等待后续分析。除叶绿素a的总量之外，仪器还可以将藻分类，按藻类荧光指纹谱图法进行分类(四类：蓝藻, 绿藻, 褐藻（硅藻/甲藻等）, 隐藻，额外定制可达8种藻类)；该设备适合于在线监测、移动便携检测、对不同水深的剖面，是原位活性水体的即时监测，即时显示数据结果。

如图3所示，浮台81上设置有设备井，设备井的上端设置有工形支架31，支架上设置有顶板（未示出），工形支架31的横臂上设置有两个同轴滑轮32，缆绳33的一端与传动单元3连接，缆绳33的另一端穿过一个滑轮32与铅块35固定连接；铅块35的上端固定有测量单元1，测量单元1与软线管34的一端电连接，软线管34的另一端穿过另一个滑轮32与藻类分析仪单元6连接。

本实施例中，缆绳33和软线管34同轴收放，可以实现铅块35和测量单元1同步上升和下降；其中铅块35为多个圆饼分层结构，避免了洋流的作用导致的传动机构所受的阻力过大的问题，保证了整个传动机构的稳定性。

如图4所示，传动单元3包括有步进电机36、两个卷线筒37以及支架，步进电机36通过基座39固定安装在浮台81的平面上，两个卷线筒37的中心轴38安装在支架上，步进电机36与主控单元2电连接，步进电机36的输出轴与中心轴38传动连接，软线管34和缆线分别缠绕在两个卷线筒37上。

本实施例中，经过电机同步控制软线管34和缆绳33的收放，通过铅块35的重力作用，可以保证测量单元1在垂直方向下降任意水深，使得测量的数据全面真实可靠。

供电单元4包括有太阳能控制器、蓄电池组以及发电装置，发电装置通过太阳能控制器与蓄电池组电连接，蓄电池组与主控单元2电连接；发电装置设置在顶板的上端，发电装置为太阳能发电薄膜或者太阳能发电板的一种。

本实施例中，作为系统的能源依靠，供电单元4由太阳能电池、蓄电池和太阳能控制器组成，其中蓄电池采用高能免维护蓄电池，太阳能控制器配套太阳能转换功率统计和负载输出功率统计，即配置一个太阳能电表，可以实时了解系统电源情况；整个系统采用低功耗电机和遥测设备，整体功耗有限，太阳能自供电可以满足系统自运行，其中蓄电池单元为可更换，在极特殊恶劣气象条件下，可以人为更换蓄电池；太阳能发电薄膜或者太阳能发电板的使用寿命长，维护成本低，技术成熟，可以为无人值守的用电设备提供工作电能。

以上所述之具体实施方式为本发明一种藻类原位剖面浮标系统的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围，本发明的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本发明之形状、结构所作的等效变化均在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种藻类原位剖面浮标系统，其特征在于：包括有浮台锚系装置、测量单元、主控单元、传动单元、供电单元、辅助监测系统单元、藻类分析仪单元以及气象设备单元，浮台锚系装置设置在固定水域上，所述浮台锚系装置作为测量单元、主控单元、传动单元、供电单元、辅助监测系统单元、藻类分析仪单元、气象设备单元的承载台，所述测量单元、传动单元、供电单元、辅助监测系统单元、藻类分析仪单元、气象设备单元均与主控单元连接。

2.根据权利要求1所述的一种藻类原位剖面浮标系统，其特征在于：

所述浮台锚系装置包括有浮台以及三个浮体，三个浮体通过缆绳与浮台的底端连接，三个浮体以120度角均匀布放在浮台周围，所述浮体的下端均设置有锚系。

3.根据权利要求2所述的一种藻类原位剖面浮标系统，其特征在于：

所述浮台上设置有设备井，所述设备井的上端设置有工形支架，支架上设置有顶板，工形支架的横臂上设置有两个同轴滑轮，缆绳的一端与传动单元连接，缆绳的另一端穿过一个滑轮与铅块固定连接；铅块的上端固定有测量单元，测量单元与软线管的一端电连接，软线管的另一端穿过另一个滑轮与藻类分析仪单元连接。

4.根据权利要求1或3所述的一种藻类原位剖面浮标系统，其特征在于：

所述传动单元包括有步进电机、两个卷线筒以及支架，步进电机通过基座固定安装在浮台的平面上，两个卷线筒的中心轴安装在支架上，所述步进电机与主控单元电连接，所述步进电机的输出轴与中心轴传动连接，所述软线管和缆线分别缠绕在两个卷线筒上。

5.根据权利要求1所述的一种藻类原位剖面浮标系统，其特征在于：

所述供电单元包括有太阳能控制器、蓄电池组以及发电装置，所述发电装置通过太阳能控制器与蓄电池组电连接，所述蓄电池组与主控单元电连接。

6.根据权利要求5所述的一种藻类原位剖面浮标系统，其特征在于：

所述发电装置设置在顶板的上端，所述发电装置为太阳能发电薄膜或者太阳能发电板的一种。

7.根据权利要求1所述的一种藻类原位剖面浮标系统，其特征在于：

所述辅助监测系统单元包括有航标灯、雷达反射器以及独立4G移位报警器，所述雷达反射器以及独立4G移位报警器分别与主控单元电连接，所述航标灯自带有小型太阳能发电系统。

8.根据权利要求1所述的一种藻类原位剖面浮标系统，其特征在于：

所述气象设备单元为WXT530气象站仪器。

9.根据权利要求1或3所述的一种藻类原位剖面浮标系统，其特征在于：

所述藻类分析仪单元为BBE藻类分析仪。

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