CN107576314A - 浮标式无人区河流湖泊自动监测*** - Google Patents
浮标式无人区河流湖泊自动监测*** Download PDFInfo
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Abstract
一种浮标式无人区河流湖泊自动监测设备，该设备包括浮球、多功能系留缆绳和水底装置，浮球、系留缆绳和水底装置依次连接；所述的浮球顶部设置有通讯设备，底部设置有流速传感器、水温传感器和水质传感装置，能够有效的对信号进行传送，实现湖泊水体的水质、水流速度以及水温的在线监测；浮球外部由太阳能电池板构成，可以实现自己供电，低功耗的运行；设置了水面压力传感器和水底压力传感器，通过压力差进而测量得到湖泊的相对水位，克服了大气压力变化等环境因素对水位测量的影响。
Description
技术领域
本发明属于水域监测技术领域,具体涉及一种浮标式无人区河流湖泊自动监测***。
背景技术
目前，我国水资源紧张、水污染严重，水质监测是水资源管理与保护的重要基础，水质监测提供的水质信息显得尤为重要，尤其是一些亟待开发的湖泊水质的监测。对于需要随意改变监测点的海域、河流、湖泊水体的监测主要是通过浮标式水质监测站来实现，通过监测达到及时掌握主要流域重点断面水体的水深、流速以及水质状况等。
现有的浮标式水质监测***大多数都应用于监测条件优越的的河流和湖泊，对于高寒、高盐、气候恶劣的无人区河流湖泊监测应用较少，现有的浮标式水质监测设备存在以下的缺点：(1)无法再不具备施工条件的无人区部署；(2)无法适应无人区恶劣的自然环境。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种浮标式无人区河流湖泊自动监测***，其能够在无人区恶劣气候下的河流、湖泊等环境下稳定运行，无需基建、无需建立通讯基站，运行和维护成本低。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种浮标式无人区河流湖泊自动监测***，包括浮球、水底装置和连接于浮球和水底装置之间的系留缆绳；所述水底装置自然嵌入在水底，所述的浮球内部设置有控制中枢和通讯设备，浮球的外部设置有太阳能电池板；湖泊自动监测***设置有湖水传感器单元，实现水位、流速、水质、水温参数的测量；所述控制中枢与湖水传感器单元、太阳能电池板电联接，并将湖水传感器单元监测的数据通过通讯设备传输至外部的数据中心。
进一步的，浮球的底部设置有水面压力传感器，水底装置的顶部设置有水底压力传感器，所述的系留缆绳内置传输电缆，将水底压力传感器与控制单元电联接；所述的系留缆绳的比重与测量湖水的密度相当；自动监测***获取水面压力传感器和水底压力传感器数据，计算得到水面和水底压力差，进而测量得到河流、湖泊的相对水位参数。
进一步的，所述的水面压力传感器设置在水面以下0.3-2m。
进一步的，所述的浮球底部设置有流速传感器、水温传感器和水质传感装置。
进一步的，所述的太阳能电池板沿360°布置在浮球的上半球外圈。
进一步的，所述的通讯设备的天线设置在浮球的顶端。
进一步的，所述的水面压力传感器和水底压力传感器均为压力传感器，所述的压力传感器与控制中枢电连接。
进一步的，所述的水质传感装置包括溶解氧、Ph值、密度、盐度和浊度指标的水质传感器，所述水质传感器均与控制中枢电连接。
进一步的，所述的流量传感器是一种超声波流量传感器，与控制中枢电连接。
进一步的，所述的多功能系留缆绳由防护外皮及内置的多芯传输电缆、塑料填充物和芳纶绳组成。
进一步的，所述水底装置外表面采用喷铝封闭的处理，同时水底装置下水前涂抹长效防污漆，以防止海洋生物的附着。
进一步的，所述的水底装置为船锚或金属重物。
本发明的有益效果是：
一、本发明的浮球上设置有通讯设备，浮球底部设置有流速传感器、水温传感器和水质传感装置能够有效的对检测到的信号进行传送，实现湖泊实时水流速度、水温以及水质的在线监测。
二、本发明的控制中枢计算水底压力传感器和水面压力传感器的数据，计算得到水面和水底压力差，进而测量得到河流湖泊的相对水位，克服了大气压力变化等环境因素对水位测量的影响。同时系留缆绳的密度与水的密度相当，避免了对压力测量结果的影响。
三、本发明的浮球外部由360°覆盖的太阳能电池板构成，可以实现自己供电，低功耗的运行。
四、本发明装置可通过飞机船舶等抛投即可，无需基建。同时可以抵抗无人区恶劣的自然环境，稳定工作，彻底解决了无人区河流湖泊的长期自动监测问题。
附图说明
图1本发明河流湖泊自动监测设备的结构示意图。
图2本发明河流湖泊自动监测设备的信号传送示意图。
图3本发明河流湖泊自动监测设备工作示意图。
图中：1.浮球，2.多功能系留缆绳，3.水底装置，4.通讯设备，5.流速传感器，6.水温传感器，7.水质传感装置，8.控制中枢，9.太阳能电池板，11.水面，12.水底，21.水面压力传感器，22.水底压力传感器。
具体实施方式
以下结合具体的实施方式对发明的原理和工作过程进行描述，所列举的实例只用于解释本发明，但非用于限定本发明的范围。
如图1-3所示，本发明的湖泊自动监测设备包括浮球1、水底装置3和连接于浮球1和水底装置3之间的系留缆绳2；所述的浮球1内部设置有通讯设备4和控制中枢8,浮球1的上半球外部设置有太阳能电池板9；所述的太阳能电池板9是360°布置在浮球1的上半球外圈，浮球1外部的太阳能电池板9用来吸收太阳能并且产生的能量用来维持该浮标式无人区河流湖泊自动监测设备的运行；所述的通讯设备4的天线设置在浮球1的顶端；所述的浮球1底部的流速传感器5、水温传感器6和水质传感装置7。
所述的浮球1底部设置有水面压力传感器21；所述水底装置3嵌入在水底，水底装置3的顶部设置有水底压力传感器22，所述的多功能系留缆绳2内置传输电缆，将水底压力传感器22与控制单元电联接；所述的系留缆绳2的比重与测量湖水的密度相当；控制中枢8获取水面压力传感器21和水底压力传感器22数据，计算得到水面和水底压力差，进而测量得到湖泊的相对水位。所述的水面压力传感器21和水底压力传感器22均为振弦式压力传感器，所述的振弦式压力传感器与控制中枢8电连接。所述的水质监测传感装置7包括用于探测溶解氧、Ph值、密度、盐度和浊度指标的水质传感器，所述水质传感器均与控制中枢8电连接。
所述水底装置3可以为船锚或金属重物，用于将系留缆绳2及水底压力传感器22沉在水底的任意位置，并保持位置不动，其外表面采用喷铝封闭的处理，下水前涂抹长效防污漆，以防止海洋生物的附着。
如何测量无人区河流湖泊的相对水位变化是本技术领域的难点之一。常规的方法需要人为干预，给其实施带来难度,本发明采取了一个巧妙的方法解决了这个问题。
本发明采用直升机或船只将监测***投入湖泊，水底装置3会沉入水底的任意位置处，浮球1漂浮在水面11上，水底装置3嵌入至水底12的固定位置后保持不动，水底压力传感器22固定在船锚的顶部，相当于提供了一个压力的测量基准，由于多功能系留缆绳2比最深处的湖深还要长，故浮球1则浮出水面，水面压力传感器21设置在浮球的底部也就是水下0.5m-2m的位置处的固定位置，随着河流湖泊水的涨落而上升或下降。
本发明采用水面压力传感器21和水底压力传感器22同时测量压力差，再根据水质传感器实测的湖水的密度，计算得到水面压力传感器21和水底压力传感器22之间的高度差，也就是水位差即水位的相对变化。这种双压力传感器的优势在于通过差值的方法克服了或者减小了大气压力、环境温度等对水深测量结果的影响，由于采用相同规格且一致性较好的压力传感器，确保了水位的测量精度。此外多功能系留缆绳2进行了配重设计，通过内部增加塑料填充物与传输的金属电缆匹配，确保其比重与湖水相当，不会将浮球1拉入水中，也不会将水底装置3带走偏离固定的湖床位置，确保了测量精度。
工作时，浮标式无人区河流湖泊自动监测设备固定在湖床，通过浮球1表面的太阳能电池板9产生的能量供应整个***的正常运行。水底装置3嵌入在水底，水底压力传感器将采集的信息通过多功能系留缆绳2的电单元传送数据到浮球底部中的控制中枢8，浮球1底部的水面压力传感器21通过电单元传送数据到浮球底部中的控制中枢8，控制中枢8通过相应的数据运算计算水面压力传感器和水底压力传感器测量的压力差，进而得出动态的水深情况；将水深的数据通过通讯设备4将数据信息传送到数据中心，水位高度超过预设的水位高度时，数据中心进行报警。
所述的水质传感器将对溶解氧、Ph值、密度、盐度和浊度进行检测，将检测后的数据传送控制中枢8，控制中枢8通过通讯设备4将处理后的信息传送到数据中心，水质达标，则数据中心显示正常；水质不达标，数据中心进行报警。
所述的水温传感器将对湖泊的水体温度进行测量，将检测到的数据传送控制中枢8，控制中枢8通过通讯设备4将数据信息传送到数据中心。
系留缆绳由防护外皮及内置的多芯传输电缆、塑料填充物等组成，塑料填充物电性能好、密度小、价格低、成型容易被广泛的应用于电缆的填充；在实际的制作过程中，应保证系留缆绳的比重与测量湖水的密度大致相当，测量时系留缆绳不上浮也不下沉，避免对测量结果的影响。
Claims (10)
1.一种浮标式无人区河流湖泊自动监测***，其特征在于：包括浮球(1)、水底装置(3)和连接于浮球(1)和水底装置(3)之间的系留缆绳(2)；所述水底装置(3)嵌入在水底，所述的浮球(1)内部设置有控制中枢(8)和通讯设备(4)，浮球(1)的外部设置有太阳能电池板(9)；自动监测***设置有传感器单元，实现水位、流速、水质、水温参数的测量；所述控制中枢(8)与传感器单元、太阳能电池板(9)电联接，并将传感器单元监测的数据通过通讯设备(4)传输至外部的数据中心。
2.根据权利要求1所述的浮标式无人区河流湖泊自动监测***，其特征在于：所述的浮球(1)的底部设置有水面压力传感器(21)，水底装置(3)的顶部设置有水底压力传感器(22)，所述的系留缆绳(2)内置传输电缆，将水底压力传感器(22)与控制单元电联接；所述的系留缆绳(2)的比重与测量区域水的密度相当，自动监测***获取水面压力传感器(21)和水底压力传感器(22)数据，计算得到水面和水底压力差，进而测量得到河流湖泊的相对水位参数。
3.根据权利要求1或2所述的浮标式无人区河流湖泊自动监测***，其特征在于：所述的水面压力传感器(21)设置在水面以下0.3-2m。
4.根据权利要求1或2所述的浮标式无人区河流湖泊自动监测***，其特征在于：自动监测***还包括设置在浮球(1)底部的流速传感器(5)、水温传感器(6)和水质传感装置(7)。
5.根据权利要求4所述的浮标式无人区河流湖泊自动监测***，其特征在于：所述的水质传感装置(8)包括溶解氧、Ph值、盐度、密度和浊度指标的水质传感器，所述水质传感器均与控制中枢(8)电连接。
6.根据权利要求1或2所述的浮标式无人区河流湖泊自动监测***，其特征在于：所述的太阳能电池板(9)沿360°布置在浮球(1)的上半球外圈。
7.根据权利要求1或2所述的浮标式无人区河流湖泊自动监测***，其特征在于：所述的通讯设备(4)的天线设置在浮球(1)的顶端。
8.根据权利要求1或2所述的浮标式无人区河流湖泊自动监测***，其特征在于：所述的水面压力传感器(21)和水底压力传感器(22)均为压力传感器，所述的压力传感器与控制中枢(8)电连接。
9.根据权利要求1或2所述的浮标式无人区河流湖泊自动监测***，其特征在于：系留缆绳(2)的比重与测量湖水的密度相当,系留缆绳(2)的长度大于湖泊最深处的深度。
10.根据权利要求1或2所述的浮标式无人区河流湖泊自动监测***，其特征在于：所述的水底装置(3)为船锚或金属重物。
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