CN205720205U - 一种新型水质自动监测系统 - Google Patents

Abstract

新型水质自动监测系统，包括浮标平台、风光互补供电系统、数据采集传输定位系统、监控报警系统、水质监测信息管理平台；浮标平台用于为整个浮标系统的安装提供平台和防护；所述风光互补供电系统将太阳能转换为电能为系统供电；数据采集传输定位系统采集水质参数，并将采集的参数传输给水质监测信息管理平台，采用GPS定位模块实时监测浮标经纬度，提供并显示浮标精确位置信息；监控报警系统包含两级报警系统；水质监测信息管理平台,集远程自动监测数据采集、数据汇总、分析以及远程控制功能组成的系统，实现实时数据、分钟数据、子站运行的状态数据动态的主动上传，并具有数据展示发布及水质数据分析预警功能。该监测系统布点灵活，可大面积水域任意点监测。

Description

一种新型水质自动监测系统

技术领域

本实用新型涉及一种监测系统，尤其涉及一种新型水质自动监测系统。该水质自动监测系统以浮标为载体，是以自动监测设备为核心，结合现代化的浮标设计制造技术、数据采集处理技术、数据通信及定位技术，形成一套完整的监测预警系统。

背景技术

水质监测是为国家合理开发利用和保护水土资源提供系统水质资料的一项重要的基础工作，是水生态、水资源、水安全科学管理和保护的基础。水质监测的目的是及时、准确、全面地反映水环境质量现状及发展趋势，为水环境监测、管理、规划、污染防治、生态预警等提供科学依据。

目前我国城市饮用水水源地水质达标率为86％，其中水库水源地达标率为90.5％，地下水水源地为80.9％，湖泊为65％。水利部水资源司司长陈明忠指出，下一步，要加强水源的保护，确保饮用水水源不受污染，与有关部门共同推进突发性水污染事件的治理，加强江河湖泊水质的监测。

2015年4月16日国务院印发《水污染防治行动计划》(“水十条”，下称计划)，计划提出到2020年，全国水环境质量得到阶段性改善，污染严重水体较大幅度减少，饮用水安全保障水平持续提升，地下水超采得到严格控制，地下水污染加剧趋势得到初步遏制，近岸海域环境质量稳中趋好，京津冀、长三角、珠三角等区域水生态环境状况有所好转。《水污染防治行动计划》从全面控制污染物排放、推动经济结构转型升级、着力节约保护水资源、强化科技支撑、充分发挥市场机制作用、严格环境执法监管、切实加强水环境管理、全力保障水生态环境安全、明确和落实各方责任、强化公众参与和社会监督十个方面开展防治行动。

可见我国对水质安全的投资力度日益加大，以政府为主体的投资，使得水质监测器、水质分析仪器市场不断扩容。根据产品市场的细分，除常规固定式水站这种解决方案外，浮标水站、地下水监测、饮用水监测也将迎来一个良好的发展前景。

综上所述，目前，本领域急需一套集数据采集、传输、数据处理、成本低的水质监测系统，以满足现代化发展的需要。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术中存在的不足，提供一种新型水质自动监测系统。

本实用新型通过以下技术方案加以实现：新型水质自动监测系统，包括浮标平台、风光互补供电系统、数据采集传输定位系统、监控报警系统、水质监测信息管理平台；其特征为：所述浮标平台用于为整个浮标系统的安装提供平台和防护，用于放置监测仪器，数采仪器，通讯模块和供电系统；所述风光互补供电系统将太阳能转换为电能，送往铅蓄电池中存储起来，用来给系统供电；所述数据采集传输定位系统采集水质参数，并将采集的参数时时传输给水质监测信息管理平台，采用GPS定位模块同时跟踪多颗卫星，实时监测浮标经纬度，提供并显示浮标精确位置信息；所述监控报警系统包含两级报警系统；一级报警系统是通过安装的视频红外探测器和红外摄像头来监控整个浮标，当红外探测器监测到有人进入监视范围时，启动声光报警器，同时上位机软件平台发出报警；二级报警系统是在浮标设备箱处安装一个接近开关，当设备箱被打开时会触动开关，并发出报警信号，信号由数据采集仪采集并通过无线网络传输到中心站平台，发出二级报警信号；所述水质监测信息管理平台,集远程自动监测数据采集、数据汇总、分析以及远程控制功能组成的系统；实现实时数据、分钟数据、子站运行的状态数据动态的主动上传，并具有数据展示发布及水质数据分析预警功能。

优选为：所述浮标平台包括浮筒、防护栏、航标灯、锚系、设备箱；所述浮标平台四周安装防护栏；浮标平台设备箱顶部安装航标灯；浮筒通过锚系固定在指定的安装水域；设备箱与浮标平台连接牢固，四面安装太阳能电池板；该设备箱为密封式防水设备舱，其内部安装有供电系统及数据采集传输设备；

优选为：所述风光互补供电系统由多块太阳能电池板、一台垂直轴风力发电机、多块铅蓄电池以及风光互补控制器组成；所述太阳能电池板全方位吸收太阳能，将太阳能转换为电能，送往铅蓄电池中存储起来，蓄电池位于防水蓄电池仓内；垂直轴风力发电机通过将风力转化为电能，输送至蓄电池中存储起来；风光互补控制器用来控制供电系统的工作，对电能储存铅蓄电池起到过充电保护作用；

优选为：所述数据采集传输定位系统包括；数据采集仪、数据传输模块、GPS模块；所述数据采集仪用于多通道数据采集、记录，并有数据处理、编程、报警功能；所述数据传输模块依赖GSM、GPRS/CDMA、3G网络或卫星通讯通信方式，实现数据的传输和远程控制，所述GPS模块同时跟踪12颗卫星，定位精度小于15米，实时监测浮标经纬度，提供并显示浮标精确位置信息，并在上位机平台显示，实现浮标的实时跟踪；

优选为：该数据传输模块可以采用SMS短信传输，直接发送短信到相关服务器和监控中心，该数据传输模块具备向多点进行SMS报警的功能；所述数据传输采用二进制加密协议，保证数据安全性；数据传输可通过服务器中继转发至多个监控中心。

有益效果：布点灵活，可大面积水域任意点监测，梁子湖中心布点，更具代表性；低功耗产品设计，太阳能风力发电系统，适合野外长期工作；建站成本低，维护周期长；长期、连续、定点在线监测；耐腐蚀、高强度和抗撞击的浮体技术，能够耐受恶劣气候环境；适应应急水质观测和近岸水质监测系留技术；水质垂直剖面自动监测系统可监测目标水域中不同水层的水质状况，人性化设计方案，可实现手动与自动控制灵活选择；系统模块化设计，可扩展性强，集成性好，预留仪器安装位置，扩展能力强；抗腐蚀、耐碰撞、重量轻、防生物附着，能耐受恶劣环境，安装方便。

附图说明

图1为本发明水质自动监测系统总体框图。

具体实施方式

水质自动监测系统以浮标为载体，是以自动监测设备为核心，结合现代化的浮标设计制造技术、数据采集处理技术、数据通信及定位技术，形成一套完整的监测预警系统。

浮标系统实时监测水体水质状况，测量得到的结果传输到数据采集设备，通过无线通信技术发送到远程服务器。在本地，中控设备通常可以对各个系统进行简单的控制，并将测量结果实时显示在中控监视器上。在远程监控室，通常安装有功能强大的数据平台，可以接收来自各地监控系统的相关信息，汇总得到各种数据报表，并可对数据进行分析处理。系统能够长期、定点、连续自动监测地表水(河流、湖泊、水库)以及近海海域的环境信息数据，同时实现突发性污染事故的监测预警。

水质自动监测系统，包括浮标平台、风光互补供电系统、数据采集传输定位系统、监控报警系统、水质监测信息管理平台。

1、浮标平台

浮标平台用于为整个浮标系统的安装提供平台和防护，用于放置监测仪器，数采仪器，通讯模块和供电系统。平台主要包括浮筒、防护栏、航标灯、锚系、仪器安装孔、设备箱等部分组成。

浮筒：浮筒用于组建浮标平台，浮标平台的大小可根据需要进行订制，以满足不同水域的需求。材质采用高分子量高密度聚乙烯(HMWHDPE)，为抗腐、防冻、抗氧化、抗紫外线的强化材质，不受海水、化学品、药剂、油渍及水生物的侵蚀；无污染、不破坏环境，是最佳的全方位环保产品。防滑花纹设计，高承载力，每平方米的浮力可达320kg以上；使用寿命不低于15年，组装简易、快速、灵活，整体采用模块结构，可配合各种状况的需要，迅速更换平台造型。

防护栏：浮标平台四周安装防护栏，对平台上的操作维护人员及设备起到安全防护作用。防护栏采用不锈钢304材质，耐腐能力强，能后适用于野外长期工作环境。

航标灯：浮标平台设备箱顶部安装航标灯，夜晚或阴天发出闪烁光，对过往船只起到提示作用，防止发生碰撞。选用GZ-70LED型航标灯。

锚系：浮筒通过锚系固定在指定的安装水域，锚系包括锚、锚链及浮球。锚沉于水底，稳定浮体并固定浮标位置，防止浮标受潮汐影响发生漂移。锚链及浮球的设计能够满足安装水域不同季节水位涨落的环境状况，根据水位涨落自动调整浮标平台位置。

设备箱：设备箱采用不锈钢304材质，与浮标平台连接牢固，四面安装太阳能电池板，为密封式防水设备舱，用于供电系统及数据采集传输等设备的安装。设备箱为一个密封防水箱体，使内部与外部环境充分隔离；箱体内侧填充保温材料，为设备运行提供了密封、保温的工作环境，提高了系统野外恶劣环境的工作使用性。

2、风光互补供电系统

该风光互补供电系统由4块100W的太阳能电池板、一台200W垂直轴风力发电机、6块120AH胶体蓄电池以及风光互补控制器组成。太阳能电池板全方位吸收太阳能，将太阳能转换为电能，送往铅蓄电池中存储起来，蓄电池位于防水蓄电池仓内；垂直轴风力发电机通过将风力转化为电能，输送至蓄电池中存储起来，用于系统正常运行；风光互补控制器用来控制供电系统的工作，对电能储存蓄电池起到过充电保护作用，有效延长蓄电池的使用寿命。

性能特点：

配置超强太阳能板，涂覆塑料保护层，耐磨、耐刮、耐碰撞，能抵受严峻的风化等恶劣自然环境环境，机械刮擦造成龟裂不影响太阳能板正常工作；储电系统选用高性能蓄电池；太阳能板与蓄电池连接采用高级水密太阳能电池接头。带有充电控制模块、升压模块和专业防雷模块；采用高性能垂直轴风力发电机，减少来自西面八方的风阻对浮标稳定性的影响，并且提高风能有效转化率，为供电系统补充一定的电能需要；风光结合供电系统能够保障浮标监测系统的电力需求，在连续30天阴雨天气(不出太阳)状况下，仍能维持系统正常运行。

3、数据采集传输定位系统

该系统采用水下数据采集传输系统，具有高可靠性，低功耗设计；设备体积小，抗震性好；安装简单，维护方便；密封性高，防护等级IP68，即可用于剖面测量，又可应用于定点连续监测，特别适合于地表水、地下水、海水水质监测等领域。

该系统包括数据采集模块、数据传输模块、GPS定位模块，其中：

数据采集模块具有如下功能及其特点：

数据采集、处理系统采用模块化设计，扩充能力强，容量大、功耗低；数采仪用于多通道数据采集、记录，并有数据处理、编程、报警功能；内存：不小于4MB，断电时数据不丢失；数采仪具有专用接口，用于下载数据和调整设置；通讯接口：RS232、RS485；数采仪可对仪器实现开机、停机、监测等操作，保证数据质量，同时降低系统功耗。

数据传输模块具有如下功能及其特点：

GSM、GPRS/CDMA、3G网络、卫星通讯等多种通信方式可选，实现数据传输和远程控制。数据通讯模块可采用SMS短信传输，直接发送短信到相关服务器和监控中心，数据传输模块具备向多点进行SMS报警的功能。数据传输采用二进制加密协议，保证数据安全性。数据传输可通过服务器中继转发至多个监控中心。数据传输模块，自动定时重启，保证长时间不掉线。浮标通过GPRS登录以太网，将数据通过HTTP/FTP发送到指定的网络服务器。服务器自动解析加密数据，并将数据导入到数据库中。同时一旦有报警信息，还可以直接发送短信到指定手机，这样GPRS与短信结合，保证数据不丢失。传输数据量大，费用低，保密性强，并且无需专门的数据接收设备，只需要一台在网的服务器即可。远程反控：浮标支持远程反控功能，可以通过数据连接远程访问浮标数采仪并进行设置参数的修改。

GPS定位模块具有如下功能及其特点：

采用GPS定位模块，集成于数据采集传输设备内部。GPS定位系统同时跟踪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，提供并显示浮标精确位置信息，并在上位机平台显示，实现浮标的实时跟踪。系统脱离规定范围，立即报警，防止偷盗。

4、监控报警系统

监控报警系统包含两级报警系统。一级报警系统是通过安装的视频红外探测器和红外摄像头来监控整个浮标，当红外探测器监测到有人进入监视范围时，启动声光报警器，同时上位机软件平台发出报警。在中心站通过调取视频硬盘机上的画面收看到视频监控信息，对平台进行监控。二级报警系统是在浮标设备箱处安装一个接近开关，当设备箱被打开时会触动开关，并发出报警信号，信号由数据采集仪采集并通过无线网络传输到中心站平台，发出二级报警信号。

该监控报警系统组成如下：

一级报警系统由红外探测器、声光报警器、红外摄像头、硬盘存储机组成。红外探测器扫描范围为120度，由2个双鉴室外探测器组成，即可覆盖整个区域。二级报警系统由一个红外接近开关组成上位机软件监控系统集成到中心站监控平台上。

(1)红外监测器：选择采用Rokonet的双鉴室外探测器，WatchOUT，基于两路被动红外(PIR)，通道和两路微波(MV)通道的，是唯一具有信号处理技术的探测器。设备需具有防潮、防雷、防晒、低功耗等特点。从安装方面考虑，在装置外围的对角安装两个，就可以覆盖全部区域。

(2)声光报警器：采用和红外探测器联动的报警装置。

(3)红外摄像头：采用红外摄像头和硬盘存储机配套使用，摄像头实时监控存储周围的图像信息，存储到硬盘存储机。设备通过网络接口和控制室的软件平台连接。我们可以随时在上位机软件平台调用硬盘存储机的视频信息进行查看，当出现异常情况时，达到视频监控的目的。一个摄像头的拍摄范围为120度，根据设备的要求，需要在外围的对角安装两个相对的摄像头进行监控。

(4)二级预警装置：采用一个接近传感器安装到箱盖周围。

该系统具有功耗低、传输稳定和误判率低等特点。正常工作时整机功耗小于35W，待机状态下电流小于100mA。采用红外探测器监控方式，如果是动物等物体进入扫描范围，一般不会发出报警，当移动物体进入扫描范围后静止，也不会报警。红外摄像头监控具有实时性，可以随时调用视频信息查看周围情况。同时视频信息具有清晰和连贯性。

5、水质监测信息管理平台

水质监测信息管理平台是一个基于地理信息系统，集远程自动监测数据采集、数据汇总、分析以及远程控制等功能组成的系统，能够实现子站与平台的数据传输与数据共享。能够实现实时数据、分钟数据、子站运行的状态数据动态的主动上传，并具有数据展示发布及水质数据分析预警功能。

平台设计紧密结合用户业务特性，并充分应用当前计算机最新技术。其中地理信息服务平台的应用给用户带来最佳的便捷性和友好体验，充分体现了系统以人为本的设计理念。面向服务设计和接口设计提高了系统的可扩展性，比如：

现场监测点扩展：本平台能够随时新增更多的包括污染源在内的各类监测点，进行监测点注册和相应的通讯参数设置后就完成了监测点的扩展。通讯方式扩展：本系统能够适应多种通讯传输方式，针对新的通讯手段只需要加入相应的通讯模块即可，平台的主体不需要改动。

水质监测信息管理平台分为各监测子站和中心服务平台，由Web应用服务器、数据库服务器、实时分析服务器，通讯服务器和子站数据采集仪组成。通讯服务器负责跟水质监测子站的数据通讯，其所配设备满足多种通讯方式，如光纤宽带、GPRS/CDMA、PSTN、GSM、ADSL/ISDN等。通讯服务器的配置及其性能应该足够满足当前系统通讯需求以及将来系统扩展需求。通讯服务器将接收的远程子站的数据存储在SQL Server/Oracle数据库中。

在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是以上描述仅是发明的较佳实施例而已，本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (5)

1.一种新型水质自动监测系统，包括浮标平台、风光互补供电系统、数据采集传输定位系统、监控报警系统、水质监测信息管理平台；其特征为：所述浮标平台用于为整个浮标系统的安装提供平台和防护，用于放置监测仪器、数采仪器、通讯模块和供电系统；所述风光互补供电系统将太阳能转换为电能，送往铅蓄电池中存储起来，用于系统供电；所述数据采集传输定位系统采集水质参数，并将采集的参数传输给水质监测信息管理平台，采用GPS定位模块实时监测浮标经纬度，提供并显示浮标精确位置信息；所述监控报警系统包含两级报警系统；一级报警系统是通过安装的视频红外探测器和红外摄像头来监控整个浮标，当红外探测器监测到有人进入监视范围时，启动声光报警器，同时上位机软件平台发出报警；二级报警系统是在浮标设备箱处安装一个接近开关，当设备箱被打开时会触动开关，并发出报警信号，信号由数据采集仪采集并通过无线网络传输到中心站平台，发出二级报警信号；所述水质监测信息管理平台,集远程自动监测数据采集、数据汇总、分析以及远程控制功能组成的系统，实现实时数据、分钟数据、子站运行的状态数据动态的主动上传，并具有数据展示发布及水质数据分析预警功能。

2.根据权利要求1所述的新型水质自动监测系统，其特征为：所述浮标平台包括浮筒、防护栏、航标灯、锚系、设备箱；所述浮标平台四周安装防护栏；浮标平台设备箱顶部安装航标灯；浮筒通过锚系固定在指定的安装水域；设备箱与浮标平台连接牢固，四面安装太阳能电池板；该设备箱为密封式防水设备舱，其内部安装有供电系统及数据采集传输设备。

3.根据权利要求1所述的新型水质自动监测系统，其特征为：所述风光互补供电系统由多块太阳能电池板、一台垂直轴风力发电机、多块铅蓄电池以及风光互补控制器组成；所述太阳能电池板全方位吸收太阳能，将太阳能转换为电能，送往铅蓄电池中存储起来，蓄电池位于防水蓄电池仓内；垂直轴风力发电机通过将风力转化为电能，输送至蓄电池中存储起来；风光互补控制器用来控制供电系统的工作，对电能储存铅蓄电池起到过充电保护作用。

4.根据权利要求1所述的新型水质自动监测系统，其特征为：所述数据采集传输定位系统包括；数据采集仪、数据传输模块、GPS模块；所述数据采集仪用于多通道数据采集、记录，并有数据处理、编程、报警功能；所述数据传输模块依赖GSM、GPRS/CDMA、3G网络通信方式，实现数据的传输和远程控制，所述GPS模块同时跟踪12颗卫星，定位精度小于15米，实时监测浮标经纬度，提供并显示浮标精确位置信息，并在上位机平台显示，实现浮标的实时跟踪。

5.根据权利要求4所述的新型水质自动监测系统，其特征为：所述数据传输模块采用SMS短信传输，直接发送短信到相关服务器和监控中心，该数据传输模块具备向多点进行SMS报警的功能；所述数据传输采用二进制加密协议，保证数据安全性；数据传输可通过服务器中继转发至多个监控中心。