一、系统应用背景
河流悬移质泥沙含量(含沙量)是重要的水文参数之一,河流含沙量监测对于水利水电工程建设,水资源开发利用,水土流失治理,工农业取水用水,水文预报等意义重大。目前水文上测量河流含沙量的主要方法是:人工取样,使用烘干法测量含沙量。该方法从样品的采集到分析,均需要大量人力,物力和时间的投入,而且测量周期长,操作过程繁琐,劳动强度大,难以实时,在线监测河流含沙量的变化。
近年来随着新产品新技术的不断引进,针对河流泥沙的监测积累了一些经验,取得了一些进展。目前,由我司研发的JBNS-100型全自动泥沙在线监测系统已正式投入使用,本套系统可以实现了含沙量和输沙率的实时在线监测。
二、全自动泥沙在线监测系统简介
JBNS-100型 泥沙在线监测系统主要由泥沙传感器、数据采集与传输系统(含RTU)、供电系统、数据管理软件和安装支架等组成。
传感器满足《水利部水文仪器及岩土工程仪器质量监督检验测试中心》水文仪器特性要求。
2.1系统特点:
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可直接输出测点泥沙含量值、水深、温度值;
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自动计算断面平均含沙量与输沙率,24小时连续在线监测;
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支持整合多个断面泥沙传感器数据;
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建立泥沙与水位、流量等相关的关系线;
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直接生成水文规范报表,可直接参与资料整编。
2.2测量原理
本套系统所使用的传感器基于组合红外吸收散射光线法,通过逆投影成像技术,可以连续***测定水体中的悬移质泥沙含量。按照红外散射光线技术不受色度影响测定悬移质泥沙含量,可直接输出泥沙含量数据,实现实时在线监测。
2.3JBNS-100型泥沙在线监测仪
JBNS-100型测沙传感器基于组合红外吸收散射光线法,通过逆投影成像技术可以连续***测定水体中的悬浮泥沙含量。按照红外散射光线技术不受色度影响测定泥沙含量浓度值,即可直接输出泥沙含量数据,实现实时在线监测。根据使用环境可以选配带自清洗功能和保护装置。
传感器突出特点:
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传感器采用多光束红外散射光逆投影成像技术结合TES91算法;音叉震动与电磁感应技术(高量程);
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内设自诊功能,保证数据准确;
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可选配清洁刷自动清洗功能,减少传感器维护量;
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数字化传感器,抗干扰能力强;
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泥沙同质性标定与分析识别;
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低量程范围:0-45 kg/m?/120kg/m?,高量程范围:5kg-2500kg/m?,可定制型号和量程,满足不同测验环境要求。
表1 JBNS-100型 泥沙传感器规格
规格
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详细信息
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尺寸
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直径90mm*长度478mm
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重量
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6KG
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主要材料
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机身:钛合金+POM+316L不锈钢
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O型环:氟橡胶
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线缆:PVC
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防水等级
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IP68/NEMA6P
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测量范围
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0.001kg/m?-120kg/m?,可根据定制量程
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测量精度
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误差小于测量值的±5%
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耐压范围
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≤0.3Mpa/0-30m水深标配,***大到50米
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流速
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≤5.0m/s
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存储温度
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-25到85℃
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测量环境温度
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0到55℃
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校准
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斜率校准/多点校准
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传感器线
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标准整体电缆,可定制
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深度传感器
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量程:0-100M,精度:0.01M
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温度传感器
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量程:-20℃-120℃,精度:0.1℃
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电源
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DC12V
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输出
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通过6mm抗拉屏蔽线缆输出数字信号
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显示输出
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本地触摸屏显示,远程WEB端显示,手机APP查看
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软件
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可实时显示测量值并保存,可与系统报表对接
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2.4数据采集与分析主机(含RTU功能)
系统主要功能如下:
(1)能自动采集及处理测沙传感器监测到的泥沙数据,并根据泥沙-断沙率定公式自动计算断面平均含沙量,支持导入断面流量数据,自动计算断面输沙率,对泥沙进行24小时连续在线监测,实现数据采集的准确性、完整性、及时性和可靠性;
(2)可同时接收多个水文站(或监测断面)的泥沙含量数据,每个水文站(或监测断面)可同时支持多个JBNS-100型传感器;
(3)统计分析:实时监测的数据可自动传输并存储在中心数据库,并可进行数据统计,可生成逐日平均悬移质输沙率表和逐日平均含沙量表等符合《水文资料整编规范》的多种报表,与Excel无缝对接;
(4)远程控制:远程修改参数,异常数据报警等,同时可根据用户要求定制功能。
数据处理主机参数如下:
名称
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参数
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描述说明
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主要参数
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CPU
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AM3352BZCZD60@600MHZ
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ARM Cortex-A8构架,工业级温宽
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内存
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256M DDR3
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工业级温宽:-40℃+85℃
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NandFlash或e.MMC
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256MB SLC NandFlash/4GBe.MMC
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工业级温宽:-40℃+85℃
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数据接口
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百兆以太网接口
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2路
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2路10/100自适应网络接口
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3G/4G模块接口
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1路
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用于扩展3G/4G通信模块
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WIFI模块接口
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1路
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2.4G WIFI
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USB HOST
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2路
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USB2.0高速
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TF卡接口
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1路
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支持大容量TF卡和MicrsSD卡,设计了热拔插检测,支持SD Memory Card协议v2.0
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SIM卡接口
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1路
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MICRO-SIM卡
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调试串口
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1路
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RS232
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RS485接口
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4路
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可根据总线扩展N个接口
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RS232接口
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4路
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与485复用
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CAN接口
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2路
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支持CAN2.0 Part A和2.0Part B,***高传输速度可达1Mbit/S
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RTC时钟
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高精度时钟芯片
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采用高精度RX8025时钟芯片,后备电池,可以再断电时保证时间不丢失
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LED指示灯
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2个
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1个CPU工作心跳灯,1个用户自定义灯
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用户按键
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1个
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可自定义按键功能
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电气特性
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输入电压
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DC12V
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9-30V
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工作温度
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-40℃+85℃
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工业级温宽
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工作湿度
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5%95%
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结构参数
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机盒尺寸
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159mm×105mm×33mm
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2.5供电系统
供电模块通过太阳能电池板和蓄电池的供电方式,配备充电控制器,可用交流电对电池进行充电。蓄电池100AH,100W太阳能板供电。
2.6数据管理软件
自动化接收处理软件可安装于中心站服务器、现场控制服务器,软件系统采用架构为C/S和B/S两种模式,能接收测站发来的各项有关信息,并能远程下载数据和设置测站工作参数。在非测流时间,能人工控制增加测次。根据测站实测数据生成《河流流量测验规范》(GB50179-2015)、《水文资料整编规范》(SL247-2012)等现行水文规范、标准所需报表。
2、能实现在线测流功能,严格依据水文测验规范及《水文资料整编规范》(SL247-2012)等现行有关规范、标准要求,建立各相关要素数据表结构,并提供数据库访问权限及访问技术支持。