CN204507186U - 河湖水质信息远程监测浮标 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种河湖水质信息远程监测浮标，属于水质监测领域技术。所述浮标包括风速风向传感器、雨量传感器、光照度传感器、航标灯、太阳能电池板、网络云台摄像头、雷达反射器、电池箱、浮标主体、控制室仓主盖、水质传感器封盖、水质传感器、稳定锤、锁链或绳索、菱形锚。本实用新型实现了实时对水质信息、气象信息、地理位置信息进行采集和网络云台摄像头进行实时视频监控并通过无线远程传输至上位监控系统；上位监控系统采用优化的层次分析法获取相关指标权重，对水体富营养化程度进行评价，评价效果良好；采用太阳能电池板供电、功耗较低，长期运行可靠，具有自体防撞性能，维修和维护成本较低等特点。

Description

河湖水质信息远程监测浮标

技术领域

本实用新型属于水质监测领域技术，本系统采用的是以一套河湖水质信息远程监测主控制器为主控制器的河湖水质信息远程监测浮标，用于实时测量河湖水质信息。

背景技术

目前，我国水质信息监测方法主要有三种方法：(1)现场人工取样、实验室分析方法，但其监测系统庞大，完成测试过程时间长；(2)大型固定式水质自动监测站，其体积庞大，不易移动，造价和维护成本高；(3)以常规船舶监测为载体的移动手持监测仪表，其水质测试参数单一，且不能实时传输数据。因此，基于此现状，研发一套多功能河湖水质信息远程监测浮标已成为当务之急。该浮标可以实现同时对水质信息和气象信息的采集和实时传输，并利用优化的层次分析法对水体富营养化程度进行评价，为防治水体富营养化和水质监测提供了一个方便、有效地平台。具有重要的社会价值和生态价值。

实用新型内容：

本实用新型提供了以一套河湖水质信息远程监测主控制器(申请号为2014200089148)为主控制器的一种河湖水质信息远程监测浮标，所述浮标包括风速风向传感器、雨量传感器、光照度传感器、航标灯、太阳能电池板、网络云台摄像头、雷达反射器、电池箱、浮标主体、控制室仓主盖、水质传感器封盖、水质传感器、稳定锤、锁链或绳索、菱形锚。

所述的浮标主体下方连接固定稳定锤，锁链或绳索一端连接在稳定锤正下方，另一端连接菱形锚；浮标主体内部具有主控制器室和水质传感器室，在所述的主控制器室内设置有主控制器、12/24伏DC/DC升压变换模块、12/5伏DC/DC降压变换模块和3G无线路由器模块；在所述的水质传感器室内布置水质传感器，所述的水质传感器悬挂在水质传感器封盖下方，在所述的水质传感器室底部布置滤网；浮标主体上方固定有支架，所述支架上层固定有航标灯、风速风向传感器、雨量传感器、光照度传感器、太阳能电池板、网络云台摄像头、雷达反射器和电池箱，所述的风速风向传感器位于航标灯正后方，所述的雨量传感器位于航标灯的右侧，所述的光照度传感器位于航标灯的正前方，所述的太阳能电池板布置在所述支架的四周，所述的网络云台摄像头位于所述航标灯的正下方。所述的雷达反射器和电池箱顺次固定在所述网络云台摄像头的正下方。

所述的控制室仓主盖连接在所述的浮标主体上表面；优选的，在二者之间设置橡胶垫，防止水倒流进入浮标主体内部。所述的水质传感器封盖有两个，分别安装在控制室仓主盖的前后位置，水质传感器封盖下面具有挂钩，用于悬挂水质传感器。

浮标主体部分，本实用新型融入了GPS技术和无线通信技术，并利用RS485总线将水质传感器、风速风向传感器、雨量传感器和光照度传感器与主控制器相连，同时还搭载有网络云台摄像头，系统将采集到的水质信息、气象信息、地理位置信息和图像信息通过无线远程传输到上位监控系统或将预警信息以短信方式发送到手机终端，以达到实时监测的目的。航标灯和雷达反射器的加入更加强了整个系统的安全性。上位监控系统部分，在上位监控系统上进行数据检测、历史数据查询，根据需要进行打印报表，色斑图显示等功能，还可以根据所发送的数据对所测水体进行富营养化评价。

本实用新型的优点在于：

(1)本实用新型实现了实时对水质信息、气象信息、地理位置信息进行采集和网络云台摄像头进行实时视频监控并通过无线远程传输至上位监控系统。

(2)本实用新型上位监控系统采用优化的层次分析法获取相关指标权重，对水体富营养化程度进行评价，评价效果良好。

(3)本实用新型采用太阳能电池板供电、功耗较低，长期运行可靠，具有自体防撞性能，维修和维护成本较低等特点。

(4)本实用新型采用河湖水质信息远程监测主控制器做为浮标的主控制器，融合了GPS技术和无线通信技术。

附图说明

图1为本实用新型提供的河湖水质信息远程监测浮标的主示意图；

图2为本实用新型提供的河湖水质信息远程监测浮标的左示意图；

图3为本实用新型提供的河湖水质信息远程监测浮标的俯示意图；

图4为本实用新型提供的河湖水质信息远程监测浮标的剖面示意图；

1.航标灯；         2.雨量传感器；      3.太阳能电池板；  4.雷达反射器；

5.电池箱；         6.浮标主体；        7.稳定锤；        8.航标灯电池箱；

9.网络云台摄像头； 10.支架；           11.光照度传感器； 12.风速风向传感器；

13.控制室仓主盖；  14.水质传感器封盖； 15.主控制器；     16.水质传感器；

17.滤网；          18.过孔；           19.主控制室；     20.水质传感器室；

图中：

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明。

本实用新型是一种采用河湖水质信息远程监测主控制器为主控制器的河湖水质信息远程监测浮标。如图1、图2、图3所示，所述浮标由上到下分为四层，第一层：小型气象站(风速风向传感器12、雨量传感器2、光照度传感器11)、航标灯1、太阳能电池板3、航标灯电池箱8、网络云台摄像头9；第二层：雷达反射器4、电池箱5；第三层：浮标主体6、主控制室19(主控制器15、12/24伏DC/DC升压变换模块、12/5伏DC/DC降压变换模块、3G无线路由器模块)、控制室仓主盖13、水质传感器封盖14、水质传感器室20、水质传感器16、滤网17、稳定锤7；第四层：锁链或绳索、菱形锚。浮标主体6上方对称焊接着4个凸型安装基座，每个安装基座有两个安装孔，支架10的四肢与4个安装基座分别通过两根螺丝配合两个安装孔锁紧在一起，使整个浮体的整体性增强，抗撞击能力增强，储备浮力增大。

在浮标第一层最上方中间位置装有太阳能智能型航标灯1，航标灯1采用4根膨胀螺丝通过直径为12mm的底盘安装孔直接攻入支架10，如图1，航标灯1的左侧还安装有配套的航标灯电池箱8，该航标灯电池箱8底部用四根螺丝通过安装孔固定在支架10上，单独为航标灯1供电，该航标灯1采用直流12V供电，在夜间航标灯1会发出规定的灯光颜色和闪光频率，达到规定的照射角度和能见距离，向船舶提供危险警告，保证浮标的夜间安全，防水等级IP65。在航标灯1的周围还装有小型气象站，如图2，在航标灯1的正后方安装有风速风向传感器12，该风速风向传感器12采用24V供电，安装时先在支架10上打4个直径3mm的安装孔，然后将雨量传感器2底座安装在4个膨胀螺丝上用螺母锁紧，同时要保证风向传感器在上，风速传感器在下且与地面垂直安装，风向传感器上有一白色定南点，安装时要参照指南针将风向指南方向与地理指南方向保持一致，在风向传感器的底部有一个3芯航空插头，在风速传感器的底部有一个5芯航空插头，该5芯航空插头起到供电和通讯的作用。在航标灯1的右侧安装有雨量传感器2(如图1)，该雨量传感器2采用12V供电，安装雨量筒时先在支架10上打2个距离13.5cm、直径5mm的安装孔，然后将雨量传感器2底座安装在2个螺丝上用螺母锁紧，雨量变送器放入仪器室中，雨量筒与雨量变送器通过3芯航空插头相连，同时将雨量变送器的A、B线连接RS485总线。在航标灯1的正前方安装有光照度传感器11，该光照度传感器11采用24V供电，安装时将光照度传感器11感光部位向着受光方向，安装时先在支架10上打2个直径4mm的安装孔，然后将光照度传感器11底座安装在2个膨胀螺丝上用螺母锁紧，光照度传感器11共有4根线，红线和黑线分别连接供电系统的正极和负极，蓝线和绿线分别连接RS485总线的正极和负极。在支架10顶部四周各个方向都安装有太阳能电池板3，由于浮标在水中会旋转，所以不宜采用有角度安装，浮标静止处在水中时本实用新型太阳能电池板3水平铺设，可以最大限度接受太阳光照射。在支架10的第一层正下方位置安装有网络云台摄像头9，底座用4根膨胀螺丝通过安装孔固定到支架10上，该网络云台摄像头9采用5V电源供电，可以上下90度、水平355度旋转，并支持红外夜视功能，实时对外部环境进行监控，还具有网线插头，通过8芯网线连接到以太网接口，将视频实时传输到网络，可利用上位服务器进行查看。

在浮标第二层布置雷达反射器4和电池箱5，所述的雷达反射器4位于所述网络云台摄像头9的正下方，固定在支架10上，具体固定方式为：以支架10中间位置为中心前后、左右分别对称安装两个侧面宽为3cm的凹型基座，前后、左右凹槽分别相距5cm并呈十字排列，四个凹型基座分别用两根螺丝固定于支架10上，将雷达反射器4下面的四个十字叶片放置于十字凹槽中，在每个凹槽的侧面中心位置都留有螺纹孔，螺丝通过螺纹孔将雷达反射器4的四个叶片锁紧于凹槽中，雷达反射器4可提高大型船舶的雷达回波显示，避免浮标在水中与船只碰撞，减少意外，保证浮标安全。所述的电池箱5焊接固定在所述支架10上，并位于所述雷达反射器4的下方。太阳能电池板3经过太阳能控制器与电池箱5相连，太阳能控制器采用4根螺丝钉通过直径5mm的安装孔牢固的固定在支架10上，防水等级为IP67，太阳能控制器面板左侧有一红三黑四根线，从左到右依次为共正端、光电池负极、蓄电池负极、负载负极，按照各端子的信息将太阳能控制器用多股铜芯绝缘导线连接好，太阳能电池板产生12V电压，由于风速风向传感器12、雨量传感器2、光照度传感器11、主控制器15采用24V电压供电，所以必须外接一个12/24伏DC/DC升压变换模块，将12V电压升高到24V电压后再为其供电，由于网络云台摄像头9、3G无线路由器模块采用5V电压供电，所以必须外接一个12/5伏DC/DC降压变换模块，将12V电压降到5V电压后再为其供电。白天太阳能电池板3产生的电能经太阳能控制器储存在电池箱5内的蓄电池内，夜晚由电池箱5内的蓄电池经逆变器为负载提供可靠的电能，本太阳能发电系统还具有防过充、过放、限流等多重保护的功能。

在浮标第三层布置有浮标主体6、主控制室19、控制室仓主盖13、水质传感器封盖14、水质传感器20、水质传感器16、滤网17和稳定锤7，所述的浮标主体6上方中间位置装有控制室仓主盖13，该控制室仓主盖13上的出线孔采用弯管型设计，控制室仓主盖13和浮标主体6之间安装有橡胶垫，通过均匀分布的8根螺丝将控制室仓主盖13、橡胶垫、浮标主体6紧密压合在一起，防水等级为IP67，其目的在于防止水倒流入浮标主体6内部的主控制室19内损坏主控制器15及各线路模块。如图4所示，在浮标主体6上方近控制室仓主盖13位置前后对称各装有水质传感器封盖14，水质传感器封盖14下是挂钩，水质传感器封盖14四周通过均匀分布的8根螺丝固定于浮标主体6上，浮标主体6的内部中间位置是主控制室19，左右各有一个水质传感器室20，水质传感器16垂直向下布置在水质传感器室20内，并悬挂在水质传感器封盖14的挂钩上，在水质传感器室20最下方出口处安装有螺纹滤网17，用以滤去藻类或各种杂质，以便有效采集水质信息。两个水质传感器室20与主控制室19之间分别有一过孔18，所述水质传感器16采用RS485总线通过过孔18与主控制室19内的主控制器15相连，使其自动采集水质的相关数据信息。该水质传感器16还具有长期连续在线监测的突出特点，可同时监测pH值、溶解氧(DO)、电导率、叶绿素(Chl)、水温等多个参数监测指标，对整体水域的水质情况分析提供基础数据。浮标主体6自身采用高强型增强玻璃纤维复合材料，在主控制室19内设置有主控制器15、12/24伏DC/DC升压变换模块、12/5伏DC/DC降压变换模块和3G无线路由器模块，主控制器15(包含GPS模块、GPRS模块)的四个角分别用螺丝固定在主控制室19内壁的一侧，在主控制室19内壁的另一侧同样用螺丝固定着3G无线路由模块、12/24伏DC/DC升压变换模块、12/5伏DC/DC降压变换模块。浮标主体6与稳定锤7之间通过四组螺栓固定在一起，稳定锤7采用镀锌钢材料，稳定锤7的配重主要由浮标主体6露出水面的多少决定。

在浮标第四层，锁链或绳索采用聚丙烯材料制成，具有很强的韧性，防止在水中被拉断；锁链或绳索一端连接在稳定锤7正下方的安装孔里，另一端连接菱形锚，菱形锚能够牢牢的吸入泥层，具有很强的固定作用，确保浮标不会被强风、急流卷走。

本实用新型河湖水质信息远程监测浮标的主控制器15将小型气象站模块(包括风速风向传感器12、雨量传感器2和光照度传感器11)和水质传感器16通过串口通信技术自动采集水质监测指标数据，同时搭载的网络云台摄像头9实时采集图像信息，并通过无线通信技术按照一定的通信协议将信息传送至上位监控系统或将预警信息发送到手机终端。其中内置的GPRS模块插入SIM卡后可发送预警信息至用户的手机终端，内置的GPS模块可获得经纬度地理位置坐标信息，实时确定浮标体位置，当浮标的地理位置偏离设定的安全区(直径为60m圆)时，中央控制室和基站工作人员的手机将立即出现浮标被盗(或丢失)的报警信号。所述全球定位系统GPS同时跟踪12颗卫星，无使用费用，定位精度小于15米，实时监测浮标经纬度，脱离规定范围立即报警。

Claims (6)

1.河湖水质信息远程监测浮标，其特征在于：所述浮标包括风速风向传感器、雨量传感器、光照度传感器、航标灯、太阳能电池板、网络云台摄像头、雷达反射器、电池箱、浮标主体、控制室仓主盖、水质传感器封盖、水质传感器、稳定锤、锁链或绳索、菱形锚；

所述的浮标主体下方连接固定稳定锤，锁链或绳索一端连接在稳定锤正下方，另一端连接菱形锚；浮标主体内部具有主控制器室和水质传感器室，在所述的主控制器室内设置有主控制器、12/24伏DC/DC升压变换模块、12/5伏DC/DC降压变换模块和3G无线路由器模块；所述的水质传感器垂直向下布置在水质传感器室内，所述的水质传感器悬挂在水质传感器封盖下方，在所述的水质传感器室底部出口处布置滤网；浮标主体上方固定有支架，所述支架上层固定有航标灯、风速风向传感器、雨量传感器、光照度传感器、太阳能电池板、网络云台摄像头、雷达反射器和电池箱，所述的风速风向传感器位于航标灯正后方，所述的雨量传感器位于航标灯的右侧，所述的光照度传感器位于航标灯的正前方，所述的太阳能电池板布置在所述支架的四周，所述的网络云台摄像头位于所述航标灯的正下方；所述的雷达反射器和电池箱顺次固定在所述网络云台摄像头的正下方；

所述的控制室仓主盖连接在所述的浮标主体上表面；所述的水质传感器封盖有两个，分别安装在控制室仓主盖的前后位置，水质传感器封盖下面具有挂钩，用于悬挂水质传感器。

2.根据权利要求1所述的河湖水质信息远程监测浮标，其特征在于：在浮标主体上表面和控制室仓主盖之间设置橡胶垫。

3.根据权利要求1所述的河湖水质信息远程监测浮标，其特征在于：所述的太阳能电池板经过太阳能控制器与电池箱相连，太阳能控制器固定在支架上。

4.根据权利要求1所述的河湖水质信息远程监测浮标，其特征在于：水质传感器室与主控制室之间有一过孔，所述水质传感器采用RS485总线通过过孔与主控制室内的主控制器相连。

5.根据权利要求1所述的河湖水质信息远程监测浮标，其特征在于：所述的稳定锤7采用镀锌钢材料。

6.根据权利要求1所述的河湖水质信息远程监测浮标，其特征在于：所述的锁链或绳索采用聚丙烯材料制成。