CN114162026A - 一种可移动式水环境监测模块化系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可移动式水环境监测模块化系统，包括运输车辆、设置于运输车辆上的可移动的中心管控方舱和多个设备存储箱；所述设备存储箱内收纳有用于安装通讯组件和多个分布式监测单元的设备，所述分布式监测单元包括安装于目标布置处的环境传感器，所述中心管控方舱内设置有地面通讯控制器、工控工作站和卫星通讯控制器，所述地面通讯控制器与多个所述分布式监测单元无线通信，所述工控工作站通过核心交换机分别与所述地面通讯控制器和卫星通讯控制器电连接，所述卫星通讯控制器与远程控制中心无线通信。该系统是一种移动式监测站网，整套站网无需固化土地、能够支持迁移或二次部署需要。

Description

一种可移动式水环境监测模块化系统

技术领域

本发明涉及水环境保护工程技术领域，具体涉及一种可移动式水环境监测模块化系统。

背景技术

水环境、水生态监测体系具有特殊性，一是水系环境是一种包括地表径流、湿地、地下水系，以及降雨、降雪的复杂动态系统，这就导致监测仪器设备类型多，结构各异；二是水系环境监测是面向特定区域，因此监测面积广阔，地形环境复杂，设备设施分散，通讯保障成本较高；三是存在大量的水面、水下、岸基、地下传感器组、在线监测仪器需要维护和管理，包括：配置监测试剂、检定传感仪器，调试监测通讯参数等。所以在监测区域内，不但需要布设监测仪器设备，还需建立用于系统维护管控的常设工作场地；四是大多数以治理为目标的水环境监测工作具有阶段性，阶段监测工作完成后，需要迁移监测系统设施设备，拆除基础设施，恢复生态环境。

因此，在野外环境建立监测站系统具有难度大、成本高、可选设站位置易受地形、电力保障、通讯条件、场站设施安全等多种因素的限制等特点。传统的监测系统布设方案离不开建立监测区域管理用房，搭设通讯塔架、埋设管线等一系列基础施工。需要占用设备设施用地，固化基础，必然对环境造成影响。且一旦建成就很难移动，基本无法进行二次部署，后期拆除也极为麻烦。

发明内容

本发明为了实现不固化土地、不改变生态环境，快速部署、节约投资的目的，提供了一种可移动式水环境监测模块化系统，该系统是一种移动式监测站网，整套站网无需固化土地、能够支持迁移或二次部署需要。

为了实现本发明的目的，本发明采用的技术方案是：

一种可移动式水环境监测模块化系统，包括运输车辆、设置于运输车辆上的可移动的中心管控方舱和多个设备存储箱；所述设备存储箱内收纳有用于安装通讯组件和多个分布式监测单元的设备，所述分布式监测单元包括安装于目标布置处的环境传感器，所述中心管控方舱内设置有地面通讯控制器、工控工作站和卫星通讯控制器，所述地面通讯控制器与多个所述分布式监测单元无线通信，所述工控工作站通过核心交换机分别与所述地面通讯控制器和卫星通讯控制器电连接，所述卫星通讯控制器与远程控制中心无线通信。

本发明所述通讯组件包括地面通讯组件和卫星通讯组件，所述地面通讯控制器通过所述地面通讯组件与多个分布式监测单元无线通信，所述卫星通讯控制器通过所述卫星通讯组件与远程控制中心无线通信。

优选地，所述地面通讯组件在使用部署时，挂载于升降组合天线架上，与所述分布式监测单元实现无线数据通讯、组网，并与野外作业人员建立语音对讲通话、定位。

本发明所述分布式监测单元包括室外防水设备箱，设备箱内配置有物联通讯控制模块、小型蓄电池和充电控制器，设备箱外配置有集成太阳能电池板；所述室外防水设备箱根据监测需要组合不同的环境传感器。

本发明所述中心管控方舱包括预制舱体和设置于预制舱体内的系统控制单元，所述预制舱体外设置有可收起的外置设备安装板，所述预制舱体的四角设置有可吊装的液压支柱，所述液压支柱由所述系统控制单元控制。

本发明所述中心管控方舱设置有动力发电单元、风电储能单元和气象监测单元，所述动力发电单元用于在风力、日照不足条件下，为中心管控方舱内设备补充供电；所述风电储能单元为中心管控方舱内设备供电；所述气象监测单元用于监测区域局部天候及气象数据的采集。

优选地，所述中心管控方舱的顶部设置有为舱内外设备供电的可折叠太阳能板和蓄电单元，所述蓄电单元通过内置供电线缆与所述可折叠太阳能板、动力发电单元和风电储能单元连接。

进一步优选地，所述蓄电单元由卷绕蓄电池组和充放电控制器组成。

本发明的有益效果在于：

1、本发明的可移动式水环境监测模块化系统将水环境监测所需的通讯、存储、控制、显示、电力保障等设备集成在一个方舱中，形成可移动工作场站。将土壤、水质、降雨/降雪、流量、气象等环境传感器与低功耗物联通讯控制系统、太阳能供电系统组合成模块化监测单元。各部分均可按标准尺寸定制、形成功能模块，运输便捷。部署时中心管控方舱可通过液压伸缩臂根据地形自行调节，分布式监测单元可通过基桩固定，部署拆装容易，通电即可开始工作。整套站网无需固化土地、能够支持迁移或二次部署需要。

2、本发明的可移动式水环境监测模块化系统克服了在野外环境建立监测站系统难度大、成本高、可选设站位置易受地形、电力保障、通讯条件、场站设施安全等问题。具备布设不固化土地、不改变生态环境，快速部署、节约投资等优点。

附图说明

图1为本发明可移动式中心管控方舱在部署状态的结构示意图；

图2为本发明可移动式中心管控方舱在运输状态的结构示意图；

图3为本发明可移动式中心管控方舱在运输状态的内部结构示意图；

图4为本发明可移动式中心管控方舱使用状态的内部结构示意图；

图5为本发明可移动式水环境监测模块化系统的站网通讯拓扑图。

图中标记为：100、中心管控方舱，101、预制舱体，102、外置设备安装板，103、可折叠太阳能板，104、液压支柱，105、可拆卸吊耳，106、液压伸缩臂，107、卫星通讯组件，108、升降组合天线架，109、地面通讯组件,110、防震试剂柜，111、翻折工作台+壁挂工具箱，112、空调，113、地面通讯控制器，114、蓄电单元，115、翻折工作台+管理大屏，116、翻折工作台+组合显示器，117、储水单元，118、系统控制单元，119、中心机柜，120、备件箱+长条座凳，121、设备存储箱，201、分布式监测单元，202、动力发电单元，203、气象监测单元，204、风电储能单元。

具体实施方式

为了更加清楚、详细地说明本发明的目的技术方案，下面通过相关实施例对本发明进行进一步描述。以下实施例仅为具体说明本发明的实施方法，并不限定本发明的保护范围。

实施例1

如图1-5所示，一种可移动式水环境监测模块化系统，包括运输车辆、设置于运输车辆上的可移动的中心管控方舱100和多个设备存储箱121；所述设备存储箱121内收纳有用于安装通讯组件和多个分布式监测单元201的设备，所述分布式监测单元201包括安装于目标布置处的环境传感器，所述中心管控方舱100内设置有地面通讯控制器113、工控工作站和卫星通讯控制器，所述地面通讯控制器113与多个所述分布式监测单元201无线通信，所述工控工作站通过核心交换机分别与所述地面通讯控制器113和卫星通讯控制器电连接，所述卫星通讯控制器与远程控制中心无线通信。

系统包括由多种标准化的分布式监测单元201建立的分布式测控单元、通过低功耗低速短距离物联传输方案(可选的：Zigbee)进行的自组网通讯控制系统、布置于可移动式中心管控方舱内的依赖4G/5G或北斗系统的外界通讯系统，其可实现对监测站网外的远程通讯及数据上报。

可移动式中心管控方舱，包括监测所需的通讯、控制、显示、电力保障、气候监测等多种设备。卫星通讯控制器、核心交换机、PC级工控工作站等内置于中心机柜119内，用于整个监测站网的数据存储、通讯组网，外部连接组合显示器与管理大屏。地面通讯控制器113用以监测管理所述分布式监测单元201的工作状态、信号连接、定时自启动等。

实施例2

本实施例在实施例1的基础上：

如图1和5所示，所述通讯组件包括地面通讯组件109和卫星通讯组件107，所述地面通讯控制器113通过所述地面通讯组件109与多个分布式监测单元201无线通信，所述卫星通讯控制器通过所述卫星通讯组件107与远程控制中心无线通信。

所述卫星通讯组件由外部支架，通讯天线、卫星地面通讯站主机(可选的：北斗、海事、铱星等)构成，实现野外站网的远程通讯，包括但不限于监测数据传输、远程控制指令接收、高精度位移监测基准点设定、组网等功能。

实施例3

本实施例在实施例2的基础上：

所述地面通讯组件109在使用部署时，挂载于升降组合天线架108上，与所述分布式监测单元201实现无线数据通讯、组网，并与野外作业人员建立语音对讲通话、定位。

所述地面通讯组件使用部署时，挂载于升降组合天线架上，包括但不限于2.4GHz、5.8GHz数据通讯频率，400～470MHz民用对讲频率等地面通讯天线组，与所述分布式监测单元实现无线数据通讯、组网，与野外作业人员建立语音对讲通话、定位。地面通讯控制器113与所述地面通讯组件109电连接，地面通讯控制器113优选采用单片机控制器及工控屏组成，用以监测管理所述分布式监测单元201工作状态、信号连接、定时自启动等。

实施例4

本实施例在实施例1的基础上：

所述分布式监测单元201包括室外防水设备箱，设备箱内配置有物联通讯控制模块、小型蓄电池和充电控制器，设备箱外配置有集成太阳能电池板；所述室外防水设备箱根据监测需要组合不同的环境传感器。

分布式监测单元201包括室外防水设备箱外壳、箱内配置的低功耗物联通讯控制模块、小型蓄电池、充电控制器等标准组件、箱外配置的集成太阳能电池板，采用太阳能系统独立供电，Zigbee通讯方案，受控于所述中心管控方舱。可根据监测需要组合水质、流量、水位、土壤、降雨/降雪、气象等不同环境传感器。

实施例5

本实施例在实施例1的基础上：

所述中心管控方舱100包括预制舱体101和设置于预制舱体101内的系统控制单元118，所述预制舱体101外设置有可收起的外置设备安装板102，所述预制舱体101的四角设置有可吊装的液压支柱104，所述液压支柱104由所述系统控制单元118控制。

中心管控方舱100包括预制舱体101、外置设备安装板102、外部吊装液压支柱104、可拆卸吊耳105、液压伸缩臂106；舱内设置有防震试剂柜110、翻折工作台+壁挂工具箱111、空调112、地面通讯控制器113、翻折工作台+管理大屏115、翻折工作台+组合显示器116、储水单元117、系统控制单元118、中心机柜119、备件箱+长条座凳120。

舱外部吊装液压支柱104及液压伸缩臂106，集成于所述预制舱体101外部四角，共四套，运输时回缩收置，工作时垂直展开，采用液压控制，可根据地形进行独立调节，使所述中心管控方舱100适应不同地形和临水环境；所述系统控制单元118，采用单片机控制器或PLC控制器，用于管理舱外部件、液压系统，调整所述中心管控100方舱高低及水平姿态。

预制舱体101可选采用金属或高分子材料制成，内置隔热层、金属框架，底部铺装防水地板，侧面开门窗；所述外置设备安装板102，集成于所述预制舱体下部，采用金属承重框架，为需要室外部署的设备提供防雨安装工作面。

中心管控方舱100在需移动时，将外部设备收回至所述设备存储箱121内，将所述外置设备安装板102折回，将所述预制舱体101门窗等关闭严密，由所述系统控制单元118控制，将所述液压伸缩臂106降下至最低处，用吊机通过所述可拆卸吊耳105将所述中心管控方舱100吊至运输车辆上，移动至各所述分布式监测单元201布置处，依次回收至所述设备存储箱121，所有收集完毕后，运输至目标布置点。

中心管控方舱100在需布置时，用吊机通过所述可拆卸吊耳105将所述中心管控方舱100吊至目标地点，将所述外置设备安装板102打开，将外部设备从所述设备存储箱121内取出，并妥善安装，通过所述系统控制单元118，根据地形条件将所述液压伸缩臂106升起至合适位置，所述中心管控方舱100布置完毕后，移动至各所述分布式监测单元201目标布置处，依次布置。

实施例6

本实施例在实施例1的基础上：

所述中心管控方舱100设置有动力发电单元202、风电储能单元204和气象监测单元203，所述动力发电单元202用于在风力、日照不足条件下，为中心管控方舱100内设备补充供电；所述风电储能单元204为中心管控方舱100内设备供电；所述气象监测单元203用于监测区域局部天候及气象数据的采集。

所述动力发电单元202由一定尺寸的室外防水设备箱制成，内置低功耗物联通讯控制模块、PLC控制器、柴油发电机、供油箱等部件，用于在风力、日照不足条件下，用于为可移动式中心管控方舱内设备补充供电；所述风电储能单元204，由一定尺寸的室外防水设备箱制成，内置低功耗物联通讯控制模块、蓄电池组、充电控制器等标准组件、外置风力发电机部件，用于为可移动式中心管控方舱内设备供电；所述气象监测单元203，由一定尺寸的室外防水设备箱制成，内置低功耗物联通讯控制模块、小型蓄电池、充电控制器等标准组件，外置小型集成气象站，用于监测区域局部天候及气象数据的采集。

实施例7

本实施例在实施例6的基础上：

所述中心管控方舱100的顶部设置有为舱内外设备供电的可折叠太阳能板103和蓄电单元114，所述蓄电单元114通过内置供电线缆与所述可折叠太阳能板103、动力发电单元202和风电储能单元204连接。

所述蓄电单元114由卷绕蓄电池组和充放电控制器组成。

可折叠太阳能板103集成于预制舱体101上，运输时折叠放置，工作时水平展开，通过内置供电线缆与所述中心管控方舱100内的蓄电单元114相连，为舱内外设备供电，并将富余电能存储于舱内所述蓄电单元114中；所述蓄电单元114，优选卷绕蓄电池组、充放电控制器组成，内部通过供电电缆与可折叠太阳能板103、动力发电单元202、风电储能单元204连接。

实施例8

本发明应用于某湖泊监测工作。湖泊面积3000平，共需测点七个，上游入湖口两个设置两个测点，湖内由上游至下游线性布置五个测点，岸边布置一个监测站。湖口测点选用分布式监测单元201(水下传感器单元+在线分析仪器单元)，湖中测点选用分布式监测单元201(在线分析仪器单元)，监测点选用移动式中心管控方舱，另设置一个分布式监测单元201(环境巡护单元)。

选定监测站布置位置后。用吊机通过可拆卸吊耳105将中心管控方舱100吊至目标地点，将外置设备安装板102打开，将卫星通讯组件107、升降组合天线架108、地面通讯组件109从设备存储箱121内取出，并妥善安装至设备顶部。将可折叠太阳能板103安装至方舱外部，连接至中心管控方舱100内部的储电单元114，同时选用一套动力发电单元202及风电储能单元204作为应急备用电源。能源系统连接完毕后，将卫星通讯组件107、升降组合天线架108、地面通讯组件109、中心机柜119连接组成完整通讯控制单元后与供能系统连接，并开机调试。

根据实际地形，通过系统控制单元118将液压伸缩臂106升起至合适位置，并固定。方舱内翻折工作台+壁挂工具箱111、空调11、翻折工作台+管理大屏115、翻折工作台+组合显示器115、储水单元117等检查，确认可正常工作。

移动至各分布式监测单元201目标布置处，依次布置于湖面。回到中心管控方舱100，依次连接调试，无误后运行。

以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种可移动式水环境监测模块化系统，其特征在于：包括运输车辆、设置于运输车辆上的可移动的中心管控方舱和多个设备存储箱；所述设备存储箱内收纳有用于安装通讯组件和多个分布式监测单元的设备，所述分布式监测单元包括安装于目标布置处的环境传感器，所述中心管控方舱内设置有地面通讯控制器、工控工作站和卫星通讯控制器，所述地面通讯控制器与多个所述分布式监测单元无线通信，所述工控工作站通过核心交换机分别与所述地面通讯控制器和卫星通讯控制器电连接，所述卫星通讯控制器与远程控制中心无线通信。

2.根据权利要求1所述可移动式水环境监测模块化系统，其特征在于：所述通讯组件包括地面通讯组件和卫星通讯组件，所述地面通讯控制器通过所述地面通讯组件与多个分布式监测单元无线通信，所述卫星通讯控制器通过所述卫星通讯组件与远程控制中心无线通信。

3.根据权利要求2所述可移动式水环境监测模块化系统，其特征在于：所述地面通讯组件在使用部署时，挂载于升降组合天线架上，与所述分布式监测单元实现无线数据通讯、组网，并与野外作业人员建立语音对讲通话、定位。

4.根据权利要求1所述可移动式水环境监测模块化系统，其特征在于：所述分布式监测单元包括室外防水设备箱，设备箱内配置有物联通讯控制模块、小型蓄电池和充电控制器，设备箱外配置有集成太阳能电池板；所述室外防水设备箱根据监测需要组合不同的环境传感器。

5.根据权利要求1所述可移动式水环境监测模块化系统，其特征在于：所述中心管控方舱包括预制舱体和设置于预制舱体内的系统控制单元，所述预制舱体外设置有可收起的外置设备安装板，所述预制舱体的四角设置有可吊装的液压支柱，所述液压支柱由所述系统控制单元控制。

6.根据权利要求1所述可移动式水环境监测模块化系统，其特征在于：所述中心管控方舱设置有动力发电单元、风电储能单元和气象监测单元，所述动力发电单元用于在风力、日照不足条件下，为中心管控方舱内设备补充供电；所述风电储能单元为中心管控方舱内设备供电；所述气象监测单元用于监测区域局部天候及气象数据的采集。

7.根据权利要求6所述可移动式水环境监测模块化系统，其特征在于：所述中心管控方舱的顶部设置有为舱内外设备供电的可折叠太阳能板和蓄电单元，所述蓄电单元通过内置供电线缆与所述可折叠太阳能板、动力发电单元和风电储能单元连接。

8.根据权利要求7所述可移动式水环境监测模块化系统，其特征在于：所述蓄电单元由卷绕蓄电池组和充放电控制器组成。

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