CN209296077U - 一种预警发布式的警戒潮位监测装置 - Google Patents

一种预警发布式的警戒潮位监测装置 Download PDF

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刘强
周凯
刘珊
刘亚林
洪波
顾东明
姜黎明
张程欣
艾福利
马本俊
刘雪芹
姚玉娟
王兵
李志刚
王磊
李蕾
王飞
郑志鹏
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Wenzhou Marine Environmental Monitoring Center Of State Oceanic Administration
Qingdao Haizhisheng Technology Co Ltd
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Abstract

一种预警发布式的警戒潮位监测装置，通过自下而上设置的湿端、干端和功能控制箱来监测警戒潮位；湿端为中空结构，底部设置有进水口，内部设置有消波管，且消波管中设置有磁致伸缩液位传感器；功能控制箱通过干端与湿端相连接，功能控制箱中设置有中央控制处理器，中央控制处理器与磁致伸缩液位传感器相连接，用于根据磁致伸缩液位传感器输出的信号进行警戒潮位监测。本装置简便灵活，可以多处设置，改变了验潮站单一、与应急响应脱节的情况，而且采用磁致伸缩原理测量警戒潮位，抗干扰性强，精确度高，自动化程度和实时性强，广泛适用。

Description

一种预警发布式的警戒潮位监测装置
技术领域
本实用新型涉及潮位气象观测领域，特别涉及一种预警发布式的警戒潮位监测装置。
背景技术
风暴潮，是由强烈大气扰动引起的海面异常升高的现象，如热带气旋(台风、飓风)、温带气旋等。沿海的海湾和河口地区多为人口聚居区域，风暴登陆的沿海的海湾和河口地区往往由于排水不畅形成大量壅水，造成巨大经济损失。
沿海地区现有固定监测潮位的验潮站点均位于海岸线较凸出的位置，所监测的潮位数据无法反映海湾和河口区域真实的壅水过程，因此也无法准确地向周边群众和防灾减灾的指挥决策部门发布准确的潮位预警信息，使得预警信息与应急响应脱节；另外，建设正式验潮站点经济投入巨大，无法广泛适用。
而且，现有的海水潮位监测仪器主要有接触式(机械浮子)、非接触式(超声波、高频雷达波)和投入式(压力式)几种类型，接触式的机械传动记录部分结构复杂、体积大，不便于安装维护，非接触式和投入式类型的传感器由于受大气压力、温度、湿度、悬浮物浓度变化等环境因素影响，测量结果存在误差，容易造成结果误判。
因此，如何提供一种能够广泛适用的、能够用于预警发布式的警戒潮位监测装置，成为亟待解决的技术问题。
实用新型内容
有鉴于此，本申请实施例提供一种高精度、自动化、实时性强，能够广泛适用的预警发布式的警戒潮位监测装置。
为了实现上述目的，本申请实施例提供的技术方案如下：
一种预警发布式的警戒潮位监测装置，包括：
自下而上设置的湿端(2)、干端(3)和功能控制箱(5)；
所述湿端(2)为中空结构，底部设置有进水口，内部设置有消波管(41)，且所述消波管(41)中设置有磁致伸缩液位传感器(4)；
所述功能控制箱(5)通过所述干端(3)与所述湿端(2)相连接，所述功能控制箱(5)中设置有中央控制处理器(52)，所述中央控制处理器(52) 与所述磁致伸缩液位传感器(4)相连接，用于根据所述磁致伸缩液位传感器 (4)输出的信号进行警戒潮位监测。
优选的，所述功能控制箱中还包括：
声光警示器(51)；
所述中央控制处理器(52)与所述声光警示器(51)相连接，用于在监测的警戒潮位处于对应的潮位区间时，控制所述声光警示器(51)进行相应的声光报警。
优选的，所述功能控制箱中还包括：
微型气象站(55)和通信天线(56)；
所述中央控制处理器(52)和所述微型气象站(55)相连接，用于接收所述微型气象站(55)采集的气象信号；
所述中央控制处理器(52)和所述通信天线(56)相连接，用于将所述气象信号和监测的警戒潮位通过所述通信天线远程发送给岸端服务器。
优选的，所述中央控制处理器(52)与所述磁致伸缩液位传感器(4)通过TTL转RS485模块相连接，数据传输遵循Modbus RTU协议；
所述中央控制处理器(52)与所述微型气象站(55)通过TTL转RS422 模块相连接，数据传输遵循NMEA 0183标准；
所述中央控制处理器(52)通过开关量输出模块与所述声光警示器(51) 相连接。
优选的，所述功能控制箱中还包括：
智能电源管理模块(53)和蓄电池(54)；
所述功能控制箱(5)上安装有太阳能供电装置(6)，通过所述太阳能供电装置(6)与所述智能电源管理模块(53)和所述蓄电池(54)相连接，所述蓄电池(54)用于为所述预警发布式的警戒潮位监测装置供电。
优选的，所述湿端(2)为长度4000-4500mm、直径600-700mm的空心圆筒状结构，所述进水口处安装有过滤网(21)，所述湿端(2)内部设置有两个支架(22)和(23)，两个所述支架(22)和(23)用于固定位于所述湿端(2)轴心位置的所述消波管(41)；
所述消波管(41)的下端接近所述湿端(2)的下部；所述消波管(41) 的下端设置有开口，所述开口处设置有小孔滤网(44)。
优选的，所述磁致伸缩液位传感器(4)设置在所述消波管(41)的顶部，所述磁致伸缩液位传感器(4)的测杆(42)与所述消波管(41)等长，所述测杆(42)设置在所述消波管(41)的轴心处；
所述消波管(41)靠近所述磁致伸缩液位传感器(4)的部分开设有通气孔(45)，所述测杆(42)上套设有浮子(43)。
优选的，所述干端(3)的底部通过法兰与所述湿端(2)的顶部连接固定；
所述功能控制箱(5)位于所述干端(3)的顶部，所述功能控制箱(5) 的箱体侧面开设有用于安装和维护内部设备的门。
优选的，所述干端(3)为下粗上细的锥筒型结构，长度为2000-2500mm，所述干端(3)的一侧开设有一窗口(31)，所述窗口(31)用于安装和维护所述干端(3)内部的仪器设备，所述窗口(31)处还配备有窗盖(32)；
所述消波管(41)的上端伸入到所述干端(3)的内部，从所述窗口(31) 能够实现对所述磁致伸缩液位传感器(4)的安装和维护。
由以上本申请实施例提供的技术方案可见，相对于现有技术，本申请具有如下有益效果：
本申请提供的预警发布式的警戒潮位监测装置，通过自下而上设置的湿端(2)、干端(3)和功能控制箱(5)来监测警戒潮位；所述湿端(2)为中空结构，底部设置有进水口，内部设置有消波管(41)，且所述消波管(41) 中设置有磁致伸缩液位传感器(4)；所述功能控制箱(5)通过所述干端(3) 与所述湿端(2)相连接，所述功能控制箱(5)中设置有中央控制处理器(52)，所述中央控制处理器(52)与所述磁致伸缩液位传感器(4)相连接，用于根据所述磁致伸缩液位传感器(4)输出的信号进行警戒潮位监测。本申请实施例提供的预警发布式的警戒潮位监测装置简便灵活，可以多处设置，改变了以往风暴潮预警报结果只针对单一验潮站、与应急响应脱节的情况，有效解决了“警戒潮位不警戒”的问题，而且采用磁致伸缩原理测量警戒潮位，测量条件不受大气气压、温度、湿度等环境因素影响，抗干扰性强、数据精确度高，维护工作量小，节约成本，自动化程度和实时性强，能够广泛适用。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的预警发布式的警戒潮位监测装置的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的预警发布式的警戒潮位监测装置的警戒潮位监测原理示意图；
图3为本申请实施例提供的磁致伸缩液位传感器的结构示意图；
图4为本申请实施例提供的预警发布式的警戒潮位监测装置的内部连接关系示意图。
具体实施方式
本实用新型的目的是在沿海人口密集的海湾、河口等重点岸段的近岸区域，比如湾底等合适位置，安装一种成本相对较低、精度高的监测和预警装置，在风暴潮灾害期间，监测潮位异常变化，并根据当地最新核定的警戒潮位分级，对相应的分级设置相应颜色的预警信号灯，在警戒潮位达到相应的分级区间时自动根据对应的分级等级发出蓝、黄、橙、红四级声光预警信号，同时将警戒潮位、风力、方向、气温等气象信号通过无线网络实时发送至岸端服务器，为政府相关部门机构进行防灾减灾提供决策依据。
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
图1为本申请实施例提供的预警发布式的警戒潮位监测装置的结构示意图。
参照图1所示，本申请实施例提供的一种预警发布式的警戒潮位监测装置，整个装置安装在水泥浇筑的基座1上，水泥基座可以按照要求选址，建立在重点岸段和人口密集区域的近岸带合适位置，基座顶面高度略高于当地平均天文潮高潮位置，该装置包括：
自下而上设置的湿端(2)、干端(3)和功能控制箱(5)；
所述湿端(2)为中空结构，底部设置有进水口，内部设置有消波管(41)，且所述消波管(41)中设置有磁致伸缩液位传感器(4)；
所述功能控制箱(5)通过所述干端(3)与所述湿端(2)相连接，所述功能控制箱(5)中设置有中央控制处理器(52)，所述中央控制处理器(52) 与所述磁致伸缩液位传感器(4)相连接，用于根据所述磁致伸缩液位传感器 (4)输出的信号进行警戒潮位监测。
需要说明的是，本申请虽然采用了中央控制处理器(52)，但是其根据所述磁致伸缩液位传感器(4)输出的信号进行警戒潮位换算和警戒潮位监测的原理是现有的成熟技术，本申请并不涉及对其算法和程序进行改进，只致力于对预警发布式的警戒潮位监测装置的结构、组成和连接关系的改进。
本申请实施例中，所述湿端(2)可以为长度4000-4500mm、直径 600-700mm的空心圆筒状结构，安装在基座1上，所述进水口处安装有过滤网(21)，所述湿端(2)内部(比如在靠近上方1/4位置以及靠近下方1/3位置)设置有两个支架(22)和(23)，两个所述支架(22)和(23)用于固定位于所述湿端(2)轴心位置的所述消波管(41)，所述消波管(41)与湿端(2)同轴，直径100-150mm。
所述消波管(41)的下端接近所述湿端(2)的下部；所述消波管(41) 的下端设置有开口，所述开口处设置有小孔滤网(44)。
在本申请实施例中，所述磁致伸缩液位传感器(4)设置在所述消波管(41) 的顶部，所述磁致伸缩液位传感器(4)的测杆(42)与所述消波管(41)等长，向下插入消波管(41)中，所述测杆(42)设置在所述消波管(41)的轴心处；
所述消波管(41)靠近所述磁致伸缩液位传感器(4)的部分开设有通气孔(45)，所述测杆(42)上套设有浮子(43)。
在本申请实施例中，所述干端(3)的底部通过法兰与所述湿端(2)的顶部连接固定；
所述功能控制箱(5)为一立方体空箱，通过法兰安装在所述干端(3) 的顶部，所述功能控制箱(5)的箱体侧面开设有用于安装和维护内部设备的门。
在本申请实施例中，所述干端(3)为下粗上细的锥筒型结构，长度为 2000-2500mm，所述干端(3)的一侧开设有一窗口(31)，所述窗口(31)可以开设在干端(3)的一侧的中部靠下位置，用于安装和维护所述干端(3) 内部的仪器设备，所述窗口(31)处还配备有窗盖(32)，平时可关闭但不密封，留有通气栅。
所述消波管(41)的上端伸入到所述干端(3)的内部，从所述窗口(31) 能够实现对所述磁致伸缩液位传感器(4)的安装和维护。
在监测警戒潮位时，潮水通过位于所述湿端(2)下部的所述过滤网(21) 进入所述湿端(2)，通过所述消波管(41)底端的所述小孔滤网(孔径为 10-20mm)(44)进入到所述消波管(41)内部，根据U型管原理，所述浮子 (43)随警戒潮位的高低沿所述测杆(42)滑动，所述磁致伸缩液位传感器 (4)将测得的液面距离数据传输给所述中央控制处理器(52)，所述中央控制处理器(52)内部程序将液面距离换算成当前监测的警戒潮位。
警戒潮位计算原理如图2所示，图2为本申请实施例提供的预警发布式的警戒潮位监测装置的警戒潮位监测原理示意图。本装置安装位置海域的测站基面高程G为已知，利用地面已知水准点通过水准联测或GPS定位精确测出测杆顶部高程H，磁致伸缩传感器所测数值r为自然水面到测杆顶端的距离，由此可得出液面处高程L＝H-r，则监测的警戒潮位h＝L-G。
图3为本申请实施例提供的磁致伸缩液位传感器的结构示意图。磁致伸缩液位传感器通过其电子单元在安装于测杆内的波导丝上激励出脉冲电流，该电流沿波导丝传播时会在波导丝的周围产生脉冲电流磁场，在测杆外套有一浮子，此浮子可以沿测杆随液位的变化而上下移动，浮子内部有一组永久磁环，当脉冲电流磁场与浮子产生的磁环磁场相遇时，浮子周围的磁场发生改变从而使得由磁致伸缩材料做成的波导丝在浮子所在的位置产生一个扭转波脉冲，这个脉冲以固定的速度沿波导丝传回并由检出机构检出，通过测量脉冲电流与扭转波的时间差可以精确地确定浮子所在的位置，即磁致伸缩传感器距浮子内磁环的距离，浮子所在的位置即液面的警戒潮位。
在本申请实施例中，所述功能控制箱中还包括声光警示器(51)；
所述中央控制处理器(52)与所述声光警示器(51)相连接，用于在监测的警戒潮位处于对应的潮位区间时，控制所述声光警示器(51)进行相应的四色(红、橙、黄、蓝)LED声光报警。
根据国家海洋部门核定的警戒潮位值，由低到高分为蓝、黄、橙、红4 个级别，每个级别对应相应的潮位区间。
我国全部大陆岸线划分为259个警戒岸段，每个岸段的警戒潮位值都是根据当地的实际情况设定的，所以每台装置的潮位区间需要根据实际安装地点进行调整，而且同一个岸段每5年要重新核定一次，因此监测的警戒潮位和对应的潮位区间在系统程序里可以人为调整对应关系。
在监测到警戒潮位以后，将其与设定的蓝色警戒潮位门限值进行比较，如果警戒潮位小于该门限值，则判断为正常状态，系统继续按正常时间间隔通过通信天线向岸端服务器发送本站测得的警戒潮位，如果警戒潮位大于该门限值，则判断为紧急状态，继续将其与预设的红、橙、黄、蓝或正常5个区间范围进行比较，当判断该警戒潮位位于具体某一个区间内，确定结果后则控制4色LED声光警示器(51)发出相应级别颜色的灯光和声音警示信号，同时可以向岸端服务器发送相应级别的警报信息。
在警戒潮位不处于正常区间时，可以自动缩短采集时间间隔，对警戒潮位进行加密采集计算，随时判断警戒潮位级别，以执行相应的报警行为，直至潮位降至蓝色警戒门限值以下。
需要说明的是，本申请虽然采用了中央控制处理器(52)控制所述声光警示器(51)进行相应的四色(红、橙、黄、蓝)LED声光报警，但是两者之间是单纯的电连接关系，两者之间的交互依赖的是电信号的传输和控制，本申请并不涉及对其算法和程序进行改进，只致力于对预警发布式的警戒潮位监测装置的结构、组成和连接关系进行改进。
在本申请实施例中，所述功能控制箱中还包括微型气象站(55)和通信天线(56)；
所述中央控制处理器(52)和所述微型气象站(55)相连接，用于接收所述微型气象站(55)采集的气象信号；
所述中央控制处理器(52)和所述通信天线(56)相连接，用于将所述气象信号和监测的警戒潮位通过所述通信天线远程发送给岸端服务器。
在本申请实施例中，所述功能控制箱中还包括智能电源管理模块(53) 和蓄电池(54)；
所述功能控制箱(5)上安装有太阳能供电装置(6)，通过所述太阳能供电装置(6)与所述智能电源管理模块(53)和所述蓄电池(54)相连接，所述蓄电池(54)用于为所述预警发布式的警戒潮位监测装置供电。
所述功能控制箱(5)的内部设置有中央控制处理器(52)、智能电源管理模块(53)和蓄电池(54)；所述功能控制箱(5)朝阳的方向安装太阳能供电装置(6)比如太阳能电池板，通过所述智能电源管理模块(53)给所述蓄电池(54)供电，与所述太阳能供电装置(6)相对的箱体侧面向外延伸出一个支架，所述支架用于安装微型气象站(55)和通信天线(56)，通信天线 (56)可以为GPRS通信天线，箱体顶上安装四色(红、橙、黄、蓝)LED 声光警示器(51)。
图4为本申请实施例提供的预警发布式的警戒潮位监测装置的内部连接关系示意图。在本申请实施例中，所述中央控制处理器(52)与所述磁致伸缩液位传感器(4)、所述微型气象站(55)、所述通信天线(56)通过相关功能模块和通讯协议连接，比如所述中央控制处理器(52)与所述磁致伸缩液位传感器(4)通过TTL转RS485模块相连接，数据传输遵循Modbus RTU 协议；所述中央控制处理器(52)与所述微型气象站(55)通过TTL转RS422 模块相连接，数据传输遵循NMEA 0183标准；所述中央控制处理器(52)通过通信天线(56)进行数据远程传输，所述中央控制处理器(52)通过开关量输出模块与所述声光警示器(51)相连接。
由智能电源管理模块(53)和蓄电池(54)组成的供电系统通过智能电源管理模块分别向中央控制处理器、继电器、声光警示器、微型气象仪和磁致伸缩液位传感器提供24V直流电源，中央控制处理器采集磁致伸缩液位传感器和微型气象仪所测得的数据，内部程序计算出警戒潮位后，通过开关量输出控制继电器和声光警示器，同时通过通信天线(GPRS模块)向岸端服务器发送监测数据和报警信号。
本申请实施例提供的预警发布式的警戒潮位监测装置简便灵活，可以多处设置，可以通过优选安装位置，改变以往风暴潮预警报结果只针对单一验潮站、与应急响应脱节的情况，有效解决“警戒潮位不警戒”的问题；同时，由于采用磁致伸缩原理测量警戒潮位，测量条件不受大气气压、温度、湿度等环境因素影响，抗干扰性强、数据精确度高，维护工作量小，节约成本；还可以进行主动式现场声光警示，更能引起易受灾范围的民众注意，提高避险意识，主动向岸端监控系统发送监测和预警信息，实时提供决策支持。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种预警发布式的警戒潮位监测装置，其特征在于，包括：
自下而上设置的湿端(2)、干端(3)和功能控制箱(5)；
所述湿端(2)为中空结构，底部设置有进水口，内部设置有消波管(41)，且所述消波管(41)中设置有磁致伸缩液位传感器(4)；
所述功能控制箱(5)通过所述干端(3)与所述湿端(2)相连接，所述功能控制箱(5)中设置有中央控制处理器(52)，所述中央控制处理器(52)与所述磁致伸缩液位传感器(4)相连接，用于根据所述磁致伸缩液位传感器(4)输出的信号进行警戒潮位监测。
2.根据权利要求1所述的预警发布式的警戒潮位监测装置，其特征在于，所述功能控制箱中还包括：
声光警示器(51)；
所述中央控制处理器(52)与所述声光警示器(51)相连接，用于在监测的警戒潮位处于对应的潮位区间时，控制所述声光警示器(51)进行相应的声光报警。
3.根据权利要求2所述的预警发布式的警戒潮位监测装置，其特征在于，所述功能控制箱中还包括：
微型气象站(55)和通信天线(56)；
所述中央控制处理器(52)和所述微型气象站(55)相连接，用于接收所述微型气象站(55)采集的气象信号；
所述中央控制处理器(52)和所述通信天线(56)相连接，用于将所述气象信号和监测的警戒潮位通过所述通信天线远程发送给岸端服务器。
4.根据权利要求3所述的预警发布式的警戒潮位监测装置，其特征在于：
所述中央控制处理器(52)与所述磁致伸缩液位传感器(4)通过TTL转RS485模块相连接，数据传输遵循Modbus RTU协议；
所述中央控制处理器(52)与所述微型气象站(55)通过TTL转RS422模块相连接，数据传输遵循NMEA 0183标准；
所述中央控制处理器(52)通过开关量输出模块与所述声光警示器(51)相连接。
5.根据权利要求1所述的预警发布式的警戒潮位监测装置，其特征在于，所述功能控制箱中还包括：
智能电源管理模块(53)和蓄电池(54)；
所述功能控制箱(5)上安装有太阳能供电装置(6)，通过所述太阳能供电装置(6)与所述智能电源管理模块(53)和所述蓄电池(54)相连接，所述蓄电池(54)用于为所述预警发布式的警戒潮位监测装置供电。
6.根据权利要求1所述的预警发布式的警戒潮位监测装置，其特征在于：
所述湿端(2)为长度4000-4500mm、直径600-700mm的空心圆筒状结构，所述进水口处安装有过滤网(21)，所述湿端(2)内部设置有两个支架(22)和(23)，两个所述支架(22)和(23)用于固定位于所述湿端(2)轴心位置的所述消波管(41)；
所述消波管(41)的下端接近所述湿端(2)的下部；所述消波管(41)的下端设置有开口，所述开口处设置有小孔滤网(44)。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的预警发布式的警戒潮位监测装置，其特征在于：
所述磁致伸缩液位传感器(4)设置在所述消波管(41)的顶部，所述磁致伸缩液位传感器(4)的测杆(42)与所述消波管(41)等长，所述测杆(42)设置在所述消波管(41)的轴心处；
所述消波管(41)靠近所述磁致伸缩液位传感器(4)的部分开设有通气孔(45)，所述测杆(42)上套设有浮子(43)。
8.根据权利要求1-6中任意一项所述的预警发布式的警戒潮位监测装置，其特征在于：
所述干端(3)的底部通过法兰与所述湿端(2)的顶部连接固定；
所述功能控制箱(5)位于所述干端(3)的顶部，所述功能控制箱(5)的箱体侧面开设有用于安装和维护内部设备的门。
9.根据权利要求1-6中任意一项所述的预警发布式的警戒潮位监测装置，其特征在于：
所述干端(3)为下粗上细的锥筒型结构，长度为2000-2500mm，所述干端(3)的一侧开设有一窗口(31)，所述窗口(31)用于安装和维护所述干端(3)内部的仪器设备，所述窗口(31)处还配备有窗盖(32)；
所述消波管(41)的上端伸入到所述干端(3)的内部，从所述窗口(31)能够实现对所述磁致伸缩液位传感器(4)的安装和维护。
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