CN114839121A - 一种泥沙含量在线监测系统及监测方法 - Google Patents

一种泥沙含量在线监测系统及监测方法 Download PDF

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梁文杰
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Abstract

本发明公开了一种泥沙含量在线监测系统及监测方法,涉及水文监测技术领域,本发明包括测沙传感器单元、遥测终端机单元和软件平台单元,测沙传感器单元与测试终端机单元通信连接,测沙传感器单元将采集数据发送至遥测终端机单元,遥测终端机单元与软件平台单元通信连接,遥测终端机单元负责数据的采集、处理、存储和上报,软件平台单元包括数据管理模块、数据显示模块、数据补插模块、数据导入模块、数据输岀模块、数据后处理模块和报警模块;本发明系统能同时采集水位、泥沙含量、河水流速,并通过无线信道,将采集的数据远程传输至服务平台,在电脑端和移动设备端可进行实时的显示、查询及报表打印,方便长期在线监测河流含泥沙量。

Description

一种泥沙含量在线监测系统及监测方法
技术领域
本发明涉及水文监测技术领域,特别涉及一种泥沙含量在线监测系统及监测方法。
背景技术
我国河流众多,因江河流域水土流失给国家的可持续发展以及生态环境带来严重的危害,长期以来,多泥沙河流的含沙量监测成为人们关注的重点,含沙量实时监测是水文测验重要组成部分及综合治理关键部分;
目前水文上测量河流含沙量的主要方法是:人工取样,使用烘干法测量含沙量。该方法从样品的采集到分析,均需要大量人力、物力和时间的投入,而且测量周期长,操作过程繁琐,劳动强度大,难以实时,在线监测河流含沙量的变化,其具体存在以下问题:
①、采用消光定律的光学测沙仪目前测验含沙量的范围≤5.00kg/m3,流速<2.00m/s,应用范围窄国在北方高含沙河流无法应用;
②、采用同位素测沙仪对放射源的生产、销售、使用、运输有严格的规定,例如:申请领取许可证、经审批的环境影响评价文件、设有专门的辐射安全与环境保护管理机构或者至少有1名具有本科以上学历的技术人员专职负责辐射安全与环境保护管理工作等,仪器管理的工作量要大于含沙量测验的工作量;
③、采用振动式测沙仪在应用中容易出现堵塞,造成测得的含沙量值不正常,需要有人值守及时处理,使其推广受到限制;为此,我们提出一种泥沙含量在线监测系统及监测方法。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种泥沙含量在线监测系统及监测方法,以解决上述背景中提出的问题。
为实现上述目的,本发明采取的技术方案为:一种泥沙含量在线监测系统,包括测沙传感器单元、遥测终端机单元和软件平台单元,所述测沙传感器单元与测试终端机单元通信连接,所述测沙传感器单元将采集数据发送至遥测终端机单元,所述遥测终端机单元与软件平台单元通信连接,所述遥测终端机单元负责数据的采集、处理、存储和上报,所述软件平台单元包括数据管理模块、数据显示模块、数据补插模块、数据导入模块、数据输岀模块、数据后处理模块和报警模块,所述数据管理模块分别与数据补插模块、数据导入模块、数据输出模块、数据后处理模块和报警模块电性连接,所述数据报警模块与数据显示模块电性连接。
所述遥测终端机单元的传输方式包括支持数据直连、4G/5G网络、北斗卫星和数传电台。
所述软件平台单元基于B/S框架设计,系统设置、数据查询操作均由浏览器自动完成,所述软件平台釆用实时监控技术和数据库技术以及远程网络通信技术,对含沙量、温度数据进行处理、显示及汇总,并且定时保存、查询和报表生成及打印。
所述软件平台单元对各个监测点采集的测量数据进行处理,以图表的方式展示,处理泥沙参数的采集、处理及显示,对测量的数据阀值报警,并对用户进行权限设置。
一种泥沙含量在线监测设备,所述测沙传感器单元包括集合传感器、控制及运算电路、太阳能电源电路、太阳能电池板、三元锂电池、无线通讯单元、云服务器和支架,所述支架上端连接有太阳能电池板,所述支架内部分别设置有控制及运算电路、太阳能电源电路、三元锂电池和无线通讯单元,所述太阳能电池板和三元锂电池均与太阳能电源电路电性连接,所述太阳能电源电路与控制及运算电路电性连接,所述控制及运算电路分别与集合传感器和无线通讯单元电性连接,所述在线监测设备还包括云服务器,所述无线通讯单元与云服务器通信连接。
所述集合传感器包括超声波流速传感器、水位传感器和泥沙含量传感器,所述超声波流速传感器、水位传感器和泥沙含量传感器均设置于支架内底部。
所述测沙传感器单元还包括设备箱,所述测沙传感器单元设置于设备箱内部。
一种泥沙含量在线监测方法,包括如下步骤:
步骤S1:将太阳能电池板和三元锂电池连接太阳能电源电路,电路转换后给控制及运算电路供电;
步骤S2:由控制及运算电路进行控制,对声波流速传感器、水位传感器、泥沙含量传感器和无线通讯单元进行可控供电、信号采集和数据处理;
步骤S3:数据处理完成后通过无线通讯单元发送至云服务器;
步骤S4:云服务器接收到数据后,进行解析、存储、转化后通过B/S架构发布平台进行数据发布;
步骤S5:用户通过电脑端浏览器进行数据浏览。
本发明具有如下有益效果:
一、本发明提供的泥沙含量在线监测系统,能同时采集水位、泥沙含量、河水流速,并通过无线信道,将采集的数据远程传输至服务平台,在电脑端和移动设备端可进行实时的显示、查询及报表打印,方便长期在线监测河流含泥沙量。
二、本发明提供的泥沙含量在线测沙系统釆用散射光式新多质测量法,通过计算水样中新多质光产生散射后,测量与入射光垂直方向的散射光强度,并与内部标定值比对,计算岀水中的悬移质的重量,经过线性化处理,信号稳定,精度高。
二、本发明提供的泥沙含量在线监测方法,操作使用环保,控制效果强,数据监测处理效率高,并且便于进行即时观察,适应性强,推广价值高。
附图说明
图1为本发明泥沙含量在线监测系统模块架构图;
图2为本发明泥沙含量在线监测方法流程图;
图3为本发明泥沙含量在线监测设备的整体结构示意图;
图4为本发明泥沙含量在线监测设备的内部结构示意图;
图5为本发明泥沙含量在线监测设备的测沙传感器结构示意图;
图6为本发明泥沙含量在线监测设备的设备箱结构示意图。
图中:1、太阳能电池板;2、测沙传感器;3、三元锂电池;4、控制及运算电路;5、集合传感器;6、设备箱;7、支架;8、太阳能电源电路;9、无线通讯单元。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体实施方式,进一步阐述本发明。
实施例一:
请参照图1所示:一种泥沙含量在线监测系统,包括测沙传感器单元、遥测终端机单元和软件平台单元,测沙传感器单元与测试终端机单元通信连接,测沙传感器单元将采集数据发送至遥测终端机单元,遥测终端机单元与软件平台单元通信连接,遥测终端机单元负责数据的采集、处理、存储和上报,软件平台单元包括数据管理模块、数据显示模块、数据补插模块、数据导入模块、数据输岀模块、数据后处理模块和报警模块,数据管理模块分别与数据补插模块、数据导入模块、数据输出模块、数据后处理模块和报警模块电性连接,数据报警模块与数据显示模块电性连接;
1.数据显示功能
平台数据显示界面友好,简洁,还可以兼容不同分辨率的移动设备的访问。平台数据显示分为报表显示,图形显示;平台可以显示一段时间,同一监测点数据的采集的时间、最大值,最小值,平均值等数据信息,方便客户的统计分析。
2.数据管理功能
数据管理分为数据的存储及数据的访问:
中心数据库为SQL server、MySQL专业麴居中心软件,数据存储在中心数据库内,大容量、高可靠、高性能满足客户存储的要求;
用户根据使用情況不同拥有不同的权限,系统后台会自动记录用户使用情况;
平台具有数据同步管理功能,可以选择把很多的站点数据集中同步到一个平台进行数据管理。
3.数据补插功能
支持补插数据,当岀现缺失数据或不完全数据时,通过补插数据,填补了缺失数据的空白,构建完整的数据成果,减少统计分析的不便;减少由于数据缺失造成的数据偏差。
4.数据导入导岀功能
可以导入一段时间的断面流量数据,用于计算断面输沙率。可以以Excel形式导岀一段时间的监测数据;可以导岀水文规范要求的整编报表。
遥测终端机单元的传输方式包括支持数据直连、4G/5G网络、北斗卫星和数传电台;软件平台单元基于B/S框架设计,系统设置、数据查询操作均由浏览器自动完成,软件平台釆用实时监控技术和数据库技术以及远程网络通信技术,对含沙量、温度数据进行处理、显示及汇总,并且定时保存、查询和报表生成及打印;
本方案中,软件平台具有以下特点:
①、网页浏览,客户端无需安装任何软件;
②、数据存储在中心数据库,客户端访问服务端查询、修改;
③、权限管理,用户根据使用情况不同拥有不同的权限,便于系统的管理;
④、精进升级,不断优化,方便用户使用;
⑤、功能齐全可兼容不同分辨率的移动设备。
软件平台单元对各个监测点采集的测量数据进行处理,以图表的方式展示,处理泥沙参数的采集、处理及显示,对测量的数据阀值报警,并对用户进行权限设置。
本方案中,泥沙含量在线监测系统在应用时需要根据实际场景及客户需求配置不同的供电方式、通讯方式及安装方式,包括太阳能供电系统和市电供电:太阳能供电系统适用于采用浮标、固定安装方式的环境,主要由太阳能电池、免维护蓄电池和太阳能控制器等组成;市电供电适用于柱体立式、固定安装方式的环境,主要由电源模块及免维护蓄电池组成。
实施例二:
如图3-图6所示:一种泥沙含量在线监测设备,测沙传感器单元包括集合传感器5、控制及运算电路4、太阳能电源电路8、太阳能电池板1、三元锂电池3、无线通讯单元9、云服务器和支架7,支架7上端连接有太阳能电池板1,支架7内部分别设置有控制及运算电路4、太阳能电源电路8、三元锂电池3和无线通讯单元9,太阳能电池板1和三元锂电池3均与太阳能电源电路8电性连接,太阳能电源电路8与控制及运算电路4电性连接,控制及运算电路4分别与集合传感器5和无线通讯单元9电性连接,在线监测设备还包括云服务器,无线通讯单元9与云服务器通信连接;
集合传感器5包括超声波流速传感器、水位传感器和泥沙含量传感器,超声波流速传感器、水位传感器和泥沙含量传感器均设置于支架7内底部。
测沙传感器单元还包括设备箱6,测沙传感器单元设置于设备箱6内部。
测沙传感器主机的安装方式以结合监测点的水位变化情况、含沙量情况、以及现场安装环境及位置情况,选择合适的安装方式。安装方式主要包括以下四种方式:
①、固定安装
安装在桥梁、水文河道观测站、定制支架等入水的建筑或立柱上,适合水位变幅小的监测点,安装方便。
②、缆道安装
适合在缆道上,安装在铅鱼上,或搭载吊箱下部。
③、柱体立式安装
适合在桥梁柱体等入水柱体上,结合水位的变化幅度,设置自动升降系统,以满足水位变化时,主机能自动适应水位的而升降,对水位变化大的地方安装。
④、浮标安装
安装专用浮标上,适合水深的地方,不受水位变浮影响。
实施例三:
请参照图2所示:一种泥沙含量在线监测方法,包括如下步骤:
步骤S1:结合测沙传感器2,将太阳能电池板1和三元锂电池3连接太阳能电源电路8,电路转换后给控制及运算电路4供电;
步骤S2:由控制及运算电路4进行控制,对声波流速传感器、水位传感器、泥沙含量传感器和无线通讯单元9进行可控供电、信号采集和数据处理;
步骤S3:数据处理完成后通过无线通讯单元9发送至云服务器;
步骤S4:云服务器接收到数据后,进行解析、存储、转化后通过B/S架构发布平台进行数据发布;
步骤S5:用户通过电脑端浏览器进行数据浏览。
本方案中,测沙传感器2釆304不锈钢材质制作,整体防护性好,亦适应于江、河、湖泊、水库等环境下对泥沙含量的数据采集。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种泥沙含量在线监测系统,其特征在于:包括测沙传感器单元、遥测终端机单元和软件平台单元,所述测沙传感器单元与测试终端机单元通信连接,所述测沙传感器单元将采集数据发送至遥测终端机单元,所述遥测终端机单元与软件平台单元通信连接,所述遥测终端机单元负责数据的采集、处理、存储和上报,所述软件平台单元包括数据管理模块、数据显示模块、数据补插模块、数据导入模块、数据输岀模块、数据后处理模块和报警模块,所述数据管理模块分别与数据补插模块、数据导入模块、数据输出模块、数据后处理模块和报警模块电性连接,所述数据报警模块与数据显示模块电性连接。
2.根据权利要求1所述的一种泥沙含量在线监测系统,其特征在于:所述遥测终端机单元的传输方式包括支持数据直连、4G/5G网络、北斗卫星和数传电台。
3.根据权利要求1所述的一种泥沙含量在线监测系统,其特征在于:所述软件平台单元基于B/S框架设计,系统设置、数据查询操作均由浏览器自动完成,所述软件平台釆用实时监控技术和数据库技术以及远程网络通信技术,对含沙量、温度数据进行处理、显示及汇总,并且定时保存、查询和报表生成及打印。
4.根据权利要求1所述的一种泥沙含量在线监测系统,其特征在于:所述软件平台单元对各个监测点采集的测量数据进行处理,以图表的方式展示,处理泥沙参数的采集、处理及显示,对测量的数据阀值报警,并对用户进行权限设置。
5.一种泥沙含量在线监测设备,其特征在于:所述测沙传感器单元包括集合传感器、控制及运算电路、太阳能电源电路、太阳能电池板、三元锂电池、无线通讯单元、云服务器和支架,所述支架上端连接有太阳能电池板,所述支架内部分别设置有控制及运算电路、太阳能电源电路、三元锂电池和无线通讯单元,所述太阳能电池板和三元锂电池均与太阳能电源电路电性连接,所述太阳能电源电路与控制及运算电路电性连接,所述控制及运算电路分别与集合传感器和无线通讯单元电性连接,所述在线监测设备还包括云服务器,所述无线通讯单元与云服务器通信连接。
6.根据权利要求5所述的一种泥沙含量在线监测设备,其特征在于:所述集合传感器包括超声波流速传感器、水位传感器和泥沙含量传感器,所述超声波流速传感器、水位传感器和泥沙含量传感器均设置于支架内底部。
7.根据权利要求5所述的一种泥沙含量在线监测设备,其特征在于:所述测沙传感器单元还包括设备箱,所述测沙传感器单元设置于设备箱内部。
8.一种泥沙含量在线监测方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤S1:将太阳能电池板和三元锂电池连接太阳能电源电路,电路转换后给控制及运算电路供电;
步骤S2:由控制及运算电路进行控制,对声波流速传感器、水位传感器、泥沙含量传感器和无线通讯单元进行可控供电、信号采集和数据处理;
步骤S3:数据处理完成后通过无线通讯单元发送至云服务器;
步骤S4:云服务器接收到数据后,进行解析、存储、转化后通过B/S架构发布平台进行数据发布;
步骤S5:用户通过电脑端浏览器进行数据浏览。
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