CN204375148U - 船载海洋水质在线自动监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种船载海洋水质在线自动监测系统，包括岸上数据中心和现场监测系统，所述现场监测系统安装在船舶上，所述现场监测系统测量的海洋水质状况数据通过公用无线网传输到岸上数据中心，所述岸上数据中心对海洋水质状况数据进行存储及共享。不仅可对不同海域的海水水质进行实时监控，并将监测数据和定位信息及时传输至岸上数据中心，而且实现了自动化的水样抽取，管路系统清洗，水样收集贮存等功能，具有自动化程度高、数据质量可复检、运行成本低、可无人值守的特点，实现了对不同海域的海洋水质的实时监测，增强了对海洋生态环境的监测和预警能力，为海洋生态环境保护提供高效的技术手段。

Description

船载海洋水质在线自动监测系统

技术领域

本实用新型涉及海水水质监测领域，尤其适用于船载无人值守在线自动海水水质监测领域。

背景技术

随着工业化发展，近年来排入海洋的污染物持续增加，造成大面积近海海洋水质环境变差，给海水养殖、海洋旅游等海洋产业造成难以弥补的损失。

海洋水质环境监测在开发海洋资源、预警海洋水质灾害、保护海洋水质环境等方面都有着重大意义。开展海洋水质环境监测将为了解海洋环境污染程度，进一步实施海洋保护措施提供有效技术支持，海洋水质监测系统能够提供多要素、多学科的长期、综合、实时观测，可以应用于包括基础科学研究、资源与能源、勘探开发利用、灾害与环境保护、航海等多方面研究领域，以满足国家海洋安全最基本的海底、水体和海面各种要素的需求。

目前用于海洋水质环境监测手段主要有现场人工采样、专用监测船、浮标原位监测。这3种方式分别存在以下缺点：①现场人工采样需要人员到监测点将水样取回试验室检测，大范围的海域水质监测将耗费相当多的人工；②专用海洋环境监测船数量少且运行费用高，采样能力不足，监测频率较低，水质监测实验室的监测仪器设备老化，大型分析仪器配备不平衡，机动监测能力不足，移动水质分析监测实验室配备数量极少，导致现场监测能力低下，自动水质监测站数量较少，缺乏自动测报的能力；③监测浮标长期工作在海水中，受恶劣海洋环境影响，需要频繁维护。以上技术显然无法满足海洋环境保护对高效和大范围水质监测手段的需求。

发明内容

本实用新型针对现有技术存在的海洋水质监测系统监测能力不足、缺乏自动测报能力的问题，提供了一种船载海洋水质在线自动监测系统。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

一种船载海洋水质在线自动监测系统，包括岸上数据中心和现场监测系统，其特征在于：所述现场监测系统安装在船舶上，所述现场监测系统测量的海洋水质状况数据通过公用无线网传输到岸上数据中心，所述岸上数据中心对海洋水质状况数据进行存储及共享。

本实用新型的有益效果：本实用新型基于无线网络的海洋水质监测系统，实现了海洋水质的实时大范围监测，增强了对海洋生态环境的监测和预警能力。

附图说明

图1为本实用新型实施例的组成示意图。

图2为本实用新型实施例的现场监测系统管路原理示意图。

图3为本实用新型实施例的现场监测系统自动控制工作流程图。

具体实施方式

一种船载海洋水质在线自动监测系统，包括岸上数据中心和现场监测系统，其特征在于：所述现场监测系统安装在船舶上，所述现场监测系统测量的海洋水质状况数据通过公用无线网传输到岸上数据中心，所述岸上数据中心对海洋水质状况数据进行存储及共享。

为实现系统自动传输数据并提高海水水质测量精度，减小测量误差，所述现场监测系统集成水质测量仪器、控制单元、管路单元、GPS和无线通讯机，所述水质测量仪器的传感器部分浸入式安装到管路单元中。

为减小上次海水水质测量对下一次水质测量的影响，在海水水质测量完成以后，采用淡水对管路单元和水质测量仪器进行清洗，淡水来源于船上高压淡水管路，所述管路单元包括海水管路、淡水管路、主管路和消气泡罐；所述海水管路入口与船舶进水口连接；淡水管路的进水端与船上高压淡水管路连接；所述海水管路出口和淡水管路出口通过电动三通阀与主管路连接；所述消气泡罐连接在主管路上。

为避免海洋微生物和其它物质附着到水质测量仪器的传感器表面影响测量精度，在现场监测系统工作时应始终保持海水在管路内部匀速流动。为此，优选在所述海水管路入口设置海水泵，所述海水管路中设置过滤器。

在一些特殊情况下，自动测量的海水水质有可能存在测量不准确的情况，因此必须能够对自动测量的海水水质进行复检，为此，优选在现场监测系统中设置水样采集贮存器，所述水样采集贮存器设置在消气泡罐底部。

为实现数据的自动传输和接收，所述岸上数据中心配备数据收集计算机，无线通讯机，数据服务器和路由器。

一种船载海洋水质在线自动监测系统的工作方法，其特征在于：包括以下步骤：

(a)岸上数据中心通过公用无线网络将待监测水质海域的经纬度传输到安装在船舶上的现场监测系统；

(b)所述现场监测系统随船舶驶至待监测水质的海域；

(c)测量流程：海水通过海水管路进入现场监测系统，由水质测量仪器对海水水质进行测量；

(d)数据传输流程：现场监测系统的无线通讯机将海洋水质状况数据通过公用无线网传输到岸上数据中心；

(e)清洗和反冲流程：电动三通阀切换到淡水管路与主管路连接，淡水先通过淡水管路进入主管路，对主管路和水质测量仪器进行清洗，继而电动三通阀切换到淡水管路与海水管路连接，淡水通过淡水管路进入海水管路，对海水管路进行反冲清洗；

(f)现场监测系统接收下一待监测水质海域的经纬度，并随船舶驶至下一待监测水质的海域。

船载海洋水质在线监测的系统，由多种水质测量仪器、控制单元、管路单元、GPS接收机、无线通讯机和定时水样收集贮存器组成。在船舶航行中，系统从船舶进水口直接抽取海水。系统以水质测量仪器为核心、应用计算机软件，自动控制和无线通讯技术，实现了基于航线位置和事件的控制调度，管路系统的自动运行、多种参数水质测量、水样收集贮存、清洗和反冲、无线数据传输等功能，具有自动化程度高、数据质量复检、运行成本低的特点。在民用船舶上安装应用，大范围实时在线监测海洋水质环境。

所述管路单元现场管路系统设有海水泵，流量计、过滤器、消气泡罐、电动三通阀、手动截止阀。海水管路入口与船舶进水口连接，直接取淡水管路直接与船上的高压淡水管路相连，排水管路与船上排水管连接。

水质测量仪器包括pH、温度、盐度、浊度和叶绿素传感器、营养盐分析仪和藻类分析仪。水质仪器传感器浸入管道中，且具有良好水密密封结构。

系统还配备自动水样采集贮存器，用于测量数据的真实性复检。

控制系统由工业计算机通过PCI总线扩展的多种板卡，包括，多路串口卡或AD转换卡采集水质测量仪器和流量计数据，多路串口卡采集GPS接收机获取地理位置信息、通过无线通讯机实现与岸上数据中心无线通讯。通过数字IO卡实现对管路单元中海水泵、电动三通阀、自动水样采集器的控制。

岸上数据中心通过公用无线网络将待监测水质海域的经纬度传输到安装在船舶上的现场监测系统；现场监测系统随船舶驶至待监测水质的海域；依据GPS信息判断船的位置，在船舶到达工作点前，进入控制系统自检检查系统中电动阀的开启状态是否正常，然后依次启动系统采样、测量和清洗反冲流程。每个工作流程转换期间通过电动三通阀的开启切换实现流程转换。

测量流程：电动三通阀保持海水管路和主管路进水口畅通，工业计算机控制海水泵从船舶进水口里取水，采用过滤器将海水中的沙粒等物质滤除，海水的气泡在管路中流动过程中从消气泡罐上部溢流管排出。系统控制海水以稳定的速度在管路中流动，为水质测量仪器提供良好的测量条件，在水质测量仪器测量的同时，通过工业计算机控制自动水样采集器采集和低温保存水样。在控制管路运转同时，执行数据采集模块和显示模块工业计算机采集水质测量仪数据，存储现场单元显示器上显示温度、盐度、浊度、溶解氧、pH和叶绿素传感器、营养盐分析仪、藻类分析仪实时的测量数据，以及管路流量、GPS地理位置信息、时间、系统电压等系统状态信息。在完成系统数据采集后，系统通信模块将上述信息与系统工作日志打包，发送到岸上数据中心。

清洗和反冲流程：启动电动三通阀将进水管路切换为淡水管路，通过船上的高压淡水加压冲洗管路和水质测量传感器。之后将主管路的回水管切换到取海水管路，用淡水反冲海水管路中的前端过滤器，将滤网上堵塞的物质冲洗掉。

在以上工作流程结束后，控制系统的主控模块将处于等待状态，当船航行到下一个工作点时，重新开始上溯工作流程，周而复始，实现沿航线的大范围水质测量。

本系统具有如下的突出优点：

系统安装到民用船舶，在航行时实现海水现场的水质监测，具有高效和低成本特点。数据实时发送到岸上数据接收站，实现对海洋水质环境的高效和基于地理信息系统的大范围监测。

系统采用流式测量原理，为避免海洋微生物和其它物质附着到传感器表面影响测量，系统工作时通过对海水泵的流量控制保持海水在管路内部匀速流动。

系统设置清洗和反冲自动维护流程，增加系统稳定性和工作可靠性。

系统通过将现场单元低温贮存的水样取回实验室分析，与现场监测的数据比测，验证现场测量数据的真实性，确保数据获取的质量。

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

现场监测系统(图1)设有工业计算机2、管路单元3、水质测量仪器4、水样收集贮存器5、无线通讯机6、GPS7。工业计算机2内置的多路串口卡2-1、多路串口卡2-2、AD转换卡2-3、数字输入输出IO卡2-4。管路单元3包括电动三通阀3-1和3-2、海水泵3-3、流量计3-4和3-5、消气泡罐3-6、手动截止阀3-7、3-8和3-9。水质测量仪器4包括营养盐分析仪4-1、藻类分析仪4-2、叶绿素传感器4-3、温盐传感器4-4、浊度传感器4-5、溶解氧传感器4-6、pH传感器4-7、海水进口温度传感器4-8。多路串口卡2-2通过电缆连接水质测量仪器4和流量计3-4和3-5，采集水质数据和流量计信息。工业计算机串口通过电缆连接GPS7接收机获取地理位置信息、连接无线通讯机6实现与岸上数据中心无线通讯。数字IO卡2-1通过电缆实现对管路3中海水泵3-3抽取海水和电动三通阀3-1和3-2分配海水在管路中流动，以及自动水样采集器5的控制。同时采集水质测量仪器4数据。GPS天线7和无线通讯机6安装到船舶的上甲板桅杆上。其他部分安装到船舶下部舱体。

海水管路(图2)从船舶的下部舱室的进水口通过管路依次串接海水泵3-3，温度传感器4-8、过滤器3-10、流量计3-4。通过电动阀3-1切换海水和淡水进入管路后，连接消气泡罐3-6、流量计3-5。之后一段管路串接管道式水质测量仪器包括pH传感器4-7，温度和盐度传感器4-4、浊度传感器4-5和叶绿素传感器4-3、溶解氧传感器4-6。营养盐自动分析仪4-1和藻类分析仪4-2通过管路并接到这段管路上。这三段并接的管路分别设有手动截止阀3-7、3-8和3-9，用以匹配管路的压力和流量。

通过工业计算机系统程序实现管路控制、水质测量数据采集和数据通讯功能。系统按设定沿航线工作点周期启动工作，图3为系统的单次工作流程，将船舶离开港口后航行的间隔设为工作点，根据GPS信息判断船的位置，如果船舶到达工作点，系统开始自检，检查系统中电动阀的开启状态是否正常，如自检正常，将启动系统测量流程、水样采集流程和自动清洗反冲流程。

测量流程：工业计算机3控制海水泵3-3将海水从船舶进水口里取水，采用过滤器3-10将海水中的沙粒等物质滤除，管路中的气泡从消气泡罐3-6上部排出。通过调整手动截止阀3-7、3-8、3-9开启角度，匹配各并联回路海水达到稳定的流速，维持设定时间，便于传感器测量。通过工业计算机3控制自动水样收集器5工作，收集和低温保存水样。在工作流程，控制运转同时，工业计算机采集水质测量仪(包括叶绿素传感器4-3、温盐传感器4-4、溶解氧传感器4-5、浊度传感器4-6、pH传感器4-7、温度传感器4-8、藻类分析仪4-1和营养盐分析仪4-2)测量的数据，以及GPS地理位置信息、时间、系统电压等系统状态信息，将上述信息与系统工作日志打包，发送到岸上数据中心。

清洗和反冲流程：工业计算机3启动电动阀3-2和将进水管路切换为淡水管路，往管路注入淡水。加压冲洗管路和传感器。之后通过电动阀3-3切换到取海水管路进行管路反冲，加压反冲海水管路中的过滤器3-10，将堵塞的物质冲掉。

Claims (6)

1.一种船载海洋水质在线自动监测系统，包括岸上数据中心和现场监测系统，其特征在于：所述现场监测系统安装在船舶上，所述现场监测系统测量的海洋水质状况数据通过公用无线网传输到岸上数据中心，所述岸上数据中心对海洋水质状况数据进行存储及共享。

2.根据权利要求1所述的一种船载海洋水质在线自动监测系统，其特征在于：所述现场监测系统集成水质测量仪器、控制单元、管路单元、GPS和无线通讯机，所述水质测量仪器的传感器部分浸入式安装到管路单元中。

3.根据权利要求2所述的一种船载海洋水质在线自动监测系统，其特征在于：所述管路单元包括海水管路、淡水管路、主管路和消气泡罐；所述海水管路入口与船舶进水口连接；淡水管路的进水端与船上高压淡水管路连接；所述海水管路出口和淡水管路出口通过电动三通阀与主管路连接；所述消气泡罐连接在主管路上。

4.根据权利要求3所述的一种船载海洋水质在线自动监测系统，其特征在于：所述海水管路入口设置有海水泵。

5.根据权利要求3所述的一种船载海洋水质在线自动监测系统，其特征在于：还包括水样采集贮存器，所述水样采集贮存器设置在消气泡罐底部。

6.根据权利要求1所述的一种船载海洋水质在线自动监测系统，其特征在于：所述岸上数据中心配备数据收集计算机、无线通讯机、数据服务器和路由器。