CN220187754U - 一种水文气象、水质和藻类监测装置及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种水文气象、水质和藻类监测装置及系统，利用锚线将浮体定位在水体的某个位置，然后利用太阳能或者电缆直连提供电力，浮台上的水文气象监测设备获取大气环境、水质、藻类数据。本实用新型中，通过上述三类监测设备能够采集水体各方面的数据，并通过无线方式、有线方式或卫星方式上传至数据中心，数据中心对各项数据进行记录、处理和分析，实现了一个地区内的多个水体或者多个地区内的多个水体处的数据，为大数据分析、状态预判以及如何采取进一步的措施均提供了基础数据，而且采用新设备以及更多的联网方式，保证了数据采集的准确性、实时性以及有效性。

Description

一种水文气象、水质和藻类监测装置及系统

技术领域

本实用新型属于水环境监测技术领域，涉及水文气象、水质和藻类状态的监测技术，尤其是一种水文气象、水质和藻类监测装置及系统。

背景技术

水环境的保护工作涉及江、河、湖泊等处，需要关注以下几个方面，包括水文气象信息、水质信息以及藻类信息，其中，水文气象信息需要监测水位、降雨量、蒸发量、温度、湿度、风向、风速、太阳辐射强度等数据；水质信息需要监测叶绿素、蓝绿藻、氨氮、硝氮等数据；藻类信息需要监测水面藻类的种类、面积以及发展趋势等。水环境保护工作的开展离不开长期有效的监测，这样才能够对其中的动态化数据进行及时的掌握，从而实现对水质情况的准确分析，结合数据有效开展水资源的保护工作。

目前，自动化的监测技术已经得到了一定的应用，比如：浮箱式水质监测装置、固定式气象检测装置等，这些装置能够协助监测部门完成一定量的水环境监测任务，但仍然存在一些缺陷：1.相关设备建设比较早，存在监测设备落后、网络通讯落后的问题，即影响数据的采集，还影响数据的有效传输；2.集成度不高，设备中用于监测的单元安装在不同的柜体或箱体内，造成维护的繁琐；3.还有一部分的人工采集数据的地区，导致数据的实时性和有效性降低。除此之外，还存在各设备未纳入统一的监测网络，不利于大数据分析以及综合判断。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种液位显示机构。

本实用新型采取的技术方案是：

一种水文气象、水质和藻类监测装置，其特征在于：包括监测单元、通讯单元、供电单元和浮台；所述浮台漂浮于水体且用于设置所述监测单元、通讯单元和供电单元；所述监测单元用于获取水体的水文气象信息、水质信息和藻类信息；所述通讯单元通过传输所述信息；所述供电单元用于向监测单元和通讯单元提供电力。

进一步的：所述监测单元包括水文气象监测模块、水质监测模块、藻类监测模块和中央控制模块，中央控制模块连接水文气象监测模块、水质监测模块、藻类监测模块以及所述通讯单元。

进一步的：所述通讯单元包括无线通讯网络模块、有线通讯网络模块或卫星通讯网络模块中的任意一个、任意两个或全部三个。

进一步的：所述供电单元包括太阳能电池板、太阳能发电控制模块和电池模块，太阳能发电控制模块的一端连接太阳能电池板的输出端，太阳能发电模块的另一端连接所述电池模块。

进一步的：太阳能发电模块还通过电缆直连电源。

进一步的：所述浮台上端面设置有设备间，该设备间内设置所述水文气象监测模块、水质监测模块、藻类监测模块和通讯单元的设备端、中央控制模块、太阳能发电控制模块。

进一步的：水文气象监测模块的传感器端设置在设备间上或浮台上；水质监测模块的传感器端设置在浮台漂浮的水体内；藻类监测模块的图像获取端设置在设备件上或浮台上；太阳能电池设置在设备间内或浮台内；太阳能电池板设置在设备间上或浮台上。

进一步的：所述浮台内设置有浮台状态监测模块，该浮台状态监测模块连接所述中央控制模块。

进一步的：所述浮台连接至少一个锚线，锚线连接有锚石或锚钉。

本实用新型的另一个目的是提供一种水文气象、水质和藻类监测系统，其特征在于：包括多个水体，每个水体内设置至少一个监测装置，每个监测装置通过无线通讯方式、有线通讯方式或卫星通讯方式中的任意一种方式、任意两种方式或全部三种方式与数据中心进行通讯，该数据中心连接用户平台。

本实用新型的优点和积极效果是：

本实用新型中，利用锚线将浮体定位在水体的某个位置，然后利用太阳能或者电缆直连提供电力，浮台上的水文气象监测设备获取大气环境中的水位、降雨量、蒸发量、温度、湿度、风向、风速、太阳辐射强度等数据；水质监测设备获取水体中的叶绿素、蓝绿藻、氨氮、硝氮等数据；藻类监测设备获取水面藻类的种类、面积以及发展趋势等图像数据。通过上述三类监测设备能够采集水体各方面的数据，并通过无线方式、有线方式或卫星方式上传至数据中心，数据中心对各项数据进行记录、处理和分析，实现了一个地区内的多个水体或者多个地区内的多个水体处的数据，为大数据分析、状态预判以及如何采取进一步的措施均提供了基础数据，而且采用新设备以及更多的联网方式，保证了数据采集的准确性、实时性以及有效性。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是图1的控制原理图；

图3是系统构成的示意图。

具体实施方式

下面结合实施例，对本实用新型进一步说明，下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本实用新型的保护范围。

一种水文气象、水质和藻类监测装置，本实用新型的创新在于：包括监测单元、通讯单元、供电单元和浮台2；所述浮台漂浮于水体且用于设置所述监测单元、通讯单元和供电单元；所述监测单元用于获取水体的水文气象信息、水质信息和藻类信息；所述通讯单元通过传输所述信息；所述供电单元用于向监测单元和通讯单元提供电力。

如图1、2所示：所述监测单元包括水文气象监测模块、水质监测模块、藻类监测模块和中央控制模块，中央控制模块连接水文气象监测模块、水质监测模块、藻类监测模块以及所述通讯单元。通讯单元包括无线通讯网络模块、有线通讯网络模块或卫星通讯网络模块中的任意一个、任意两个或全部三个。供电单元包括太阳能电池板1、太阳能发电控制模块和电池模块，太阳能发电控制模块的一端连接太阳能电池板的输出端，太阳能发电模块的另一端连接所述电池模块。

浮台的具体结构是：浮台外形可以是船型、箱型、圆盘型等形状，浮台内部为中空结构，并且与水体接触的部分或整体采用不锈钢、玻璃钢等耐腐蚀的材料制成，在浮台上端面通过焊接或螺接的方式固定有一个外形为箱体的设备间4，设备间采用不锈钢材料制成，设备间表面的一侧或多测嵌装有散热百叶窗3、用于观察内部设备状态的玻璃窗5和用于维护设备的维护口，百叶窗外部可以安装一些用于遮挡雨水的遮罩，百叶窗内部还可以安装用于主动散热的风扇以实现多个百叶窗之间和设备间内部的空气的强制流通，设备间与浮台上端面之间应保持密封状态以避免水进入设备间内。在设备间内安装有水文气象监测模块、水质监测模块、藻类监测模块和通讯单元的设备端、中央控制模块、太阳能发电控制模块。水文气象监测模块的传感器端设置在设备间上或浮台上；水质监测模块的传感器端设置在浮台漂浮的水体内；藻类监测模块的图像获取端设置在设备件上或浮台上；太阳能电池设置在设备间内或浮台内；太阳能电池板设置在设备间上或浮台上。

上述设备端是指为了满足模块正常工作的必要的电路结构、开关结构等，比如：继电器、保护电路、存储器、总线电路等。上述传感器端是指用于检测各种数据的传感器，比如：温度传感器、湿度传感器、风速传感器、氨氮传感器等。

浮台上的水文气象监测设备获取大气环境中的水位、降雨量、蒸发量、温度、湿度、风向、风速、太阳辐射强度等数据。水质监测设备获取水体中的叶绿素、蓝绿藻、氨氮、硝氮等数据。上述数据为大气环境的数据时，涉及的传感器可以安装在设备间的上端面处的支架9处，也可以安装在浮台上单独安装的支撑柱10的上端，比如：风向传感器11、湿度传感器等；上述数据为水体数据时，涉及的传感器可以安装在浮台侧面或下方安装的连接杆12下端的位于水体内的传感器盒13内，比如：水位传感器、氨氮传感器等。上述中央控制模块可以采用工控机、集成各种接口的安卓模块或者计算机。

由于水文气象信息的各种传感器以及水质信息的各种传感器的应用均比较成熟，其安装位置、防尘防水、与设备端的连接方式、数据传输的格式以及中央控制模块内置的处理程序等均为现有技术，在此不做详细描述。

藻类监测设备的图像获取端是指具有转动功能的摄像头或摄像机，比如：设备间上端面锁装立柱7上端部的云台摄像机6等，该摄像头或摄像机采用高清规格的产品，并且具备光学防抖和光学变焦的能力，能够受控的进行焦距的变换，以便观察或获取具体浮台较远的水体表面的图像或视频，这些图像或视频可以由计算机自动的或者人工的判断水面藻类的种类、面积，还可以依据预先设置的模型来分析、判断藻类的发展趋势，该发展趋势也可以由人工的方式进行分析、判断。

上述太阳能发电控制模块为市售的太阳能发电控制器，其具有过压过流保护功能以及自动判断电力来源的功能，即可以由太阳能电池板为电池模块进行充电或者由直连电源的电缆为电池模块进行充电，还可以判断是由电池模块为其它设备供电或者由电缆直连的电源为其它设备供电。在阴天、雨天等太阳能发电不足时，太阳能发电控制模块可以自动切换电池模块供电或者电缆直连电源供电。太阳能电池板的安装方式可以如图1所示，在浮台上端面较大的空间处安装朝向太阳的电池板1以及在设备间上端面安装横向的电池板1。

上述无线通讯网络模块可以采用符合4G或者5G无线传输协议的网络设备并通过各地区的基站17实现远距离数据传输，还可以在具备条件的地区采用网线或光纤连接至基站的有线通讯方式。为了保证采集数据的传输，可以给每个监测点位安装卫星通讯网络模块，该卫星通讯网络模块采用符合北斗卫星通讯标准的设备，利用北斗卫星16进行超远程通讯并且为其它无线、有线方式传输的数据进行校验及补充。所以，优选的通讯方案是：设备间或浮台内安装符合4G或者5G无线传输协议的网络设备以及符合北斗卫星通讯标准的设备，并利用设备间或浮台上的天线8实现远程数据传输。

浮台连接至少一个锚线，锚线连接有锚石或锚钉。如图1所示，浮台为船型的形状，船头安装倾斜的太阳能电池板，船中部安装设备间，船尾安装的支撑柱10上安装呢有多种气象传感器，在船头两侧分别安装一个锚线15，在船尾两侧分别安装一个锚线，四个锚线的下端部分别有一个锚石14。锚石的重量通过锚线拉住浮台，使其漂浮在水体的某个深度以及范围内。

在浮台内设置有浮台状态监测模块，该浮台状态监测模块连接所述中央控制模块。浮台状态检测模块用于监测浮台在水体上的位置以及自身的状态，比如：通过北斗定位来监测浮台是否漂移出预设的范围；再比如：通过陀螺仪会水平仪等来监测浮台是否出现倾覆、翻倒等事故。

浮台的施工过程是：

将组装并经过测试的浮台运输至现场。要求：信号控制线缆采用屏蔽线，带电部件不裸露并做接口接缝防水处理，机箱采取防水、防尘、防冻、防盗等措施。

安装队伍选择有水上作业资质的单位或人员，将锚石连接好不锈钢锚线和浮漂，在浮台前端和后端的四个方位对位的水体处投下锚石(水泥墩)，锚线预留一定长度，比如：120米，每个锚线绑好浮标。

用吊车吊装浮台整体下水，再用拖船将浮台整体拖运到指定水域，解除连接水泥墩锚线上的浮标，将四个方位的锚线分别牢固连接浮台的拉环，使浮台的锚定方向，船头朝南偏西15°，船尾朝北偏西15°。

在上述监测装置的基础上可以组建大规模的监测系统，如图3所示，可以在一个地区的多个水体或者多个地区的多个水体中均设置至少一个浮台，水体较大时可以在一个水体内设置多个监测装置，每个监测装置通过无线通讯方式、有线通讯方式或卫星通讯方式中的任意一种方式、任意两种方式或全部三种方式与数据中心进行通讯，该数据中心连接用户平台。

本实用新型中，利用锚线将浮体定位在水体的某个位置，然后利用太阳能或者电缆直连提供电力，浮台上的水文气象监测设备获取大气环境中的水位、降雨量、蒸发量、温度、湿度、风向、风速、太阳辐射强度等数据；水质监测设备获取水体中的叶绿素、蓝绿藻、氨氮、硝氮等数据；藻类监测设备获取水面藻类的种类、面积以及发展趋势等图像数据。通过上述三类监测设备能够采集水体各方面的数据，并通过无线方式、有线方式或卫星方式上传至数据中心，数据中心对各项数据进行记录、处理和分析，实现了一个地区内的多个水体或者多个地区内的多个水体处的数据，为大数据分析、状态预判以及如何采取进一步的措施均提供了基础数据，而且采用新设备以及更多的联网方式，保证了数据采集的准确性、实时性以及有效性。

Claims (6)

1.一种水文气象、水质和藻类监测装置，其特征在于：包括监测单元、通讯单元、供电单元和浮台；所述浮台漂浮于水体且用于设置所述监测单元、通讯单元和供电单元；所述监测单元用于获取水体的水文气象信息、水质信息和藻类信息；所述通讯单元通过传输所述信息；所述供电单元用于向监测单元和通讯单元提供电力；

所述监测单元包括水文气象监测模块、水质监测模块、藻类监测模块和中央控制模块，中央控制模块连接水文气象监测模块、水质监测模块、藻类监测模块以及所述通讯单元；

所述通讯单元包括无线通讯网络模块或有线通讯网络模块中的任意一个或全部两个；

所述浮台上端面设置有设备间，该设备间内设置所述水文气象监测模块、水质监测模块、藻类监测模块和通讯单元的设备端、中央控制模块、太阳能发电控制模块；

所述浮台内设置有浮台状态监测模块，该浮台状态监测模块连接所述中央控制模块。

2.根据权利要求1所述的一种水文气象、水质和藻类监测装置，其特征在于：所述供电单元包括太阳能电池板、太阳能发电控制模块和电池模块，太阳能发电控制模块的一端连接太阳能电池板的输出端，太阳能发电模块的另一端连接所述电池模块。

3.根据权利要求2所述的一种水文气象、水质和藻类监测装置，其特征在于：太阳能发电模块还通过电缆直连电源。

4.根据权利要求3所述的一种水文气象、水质和藻类监测装置，其特征在于：水文气象监测模块的传感器端设置在设备间上或浮台上；水质监测模块的传感器端设置在浮台漂浮的水体内；藻类监测模块的图像获取端设置在设备间上或浮台上；太阳能电池设置在设备间内或浮台内；太阳能电池板设置在设备间上或浮台上。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种水文气象、水质和藻类监测装置，其特征在于：所述浮台连接至少一个锚线，锚线连接有锚石或锚钉。

6.一种水文气象、水质和藻类监测系统，其特征在于：包括多个水体，每个水体内设置至少一个如权利要求5所述的监测装置，每个监测装置通过无线通讯方式或有线通讯方式中的任意一种方式或全部两种方式与数据中心进行通讯，该数据中心连接用户平台。