一、系統(tǒng)應(yīng)用背景
河流懸移質(zhì)泥沙含量（含沙量）是重要的水文參數(shù)之一，河流含沙量監(jiān)測(cè)對(duì)于水利水電工程建設(shè)，水資源開(kāi)發(fā)利用，水土流失治理，工農(nóng)業(yè)取水用水，水文預(yù)報(bào)等意義重大。目前水文上測(cè)量河流含沙量的主要方法是：人工取樣，使用烘干法測(cè)量含沙量。該方法從樣品的采集到分析，均需要大量人力，物力和時(shí)間的投入，而且測(cè)量周期長(zhǎng)，操作過(guò)程繁瑣，勞動(dòng)強(qiáng)度大，難以實(shí)時(shí)，在線監(jiān)測(cè)河流含沙量的變化。
近年來(lái)隨著新產(chǎn)品新技術(shù)的不斷引進(jìn)，針對(duì)河流泥沙的監(jiān)測(cè)積累了一些經(jīng)驗(yàn)，取得了一些進(jìn)展。目前，由我司研發(fā)的JBNS-100型 全自動(dòng)泥沙在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已正式投入使用，本套系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)了含沙量和輸沙率的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。
二、全自動(dòng)泥沙在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)介
JBNS-100型 泥沙在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由泥沙傳感器、數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)（含RTU）、供電系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理軟件和安裝支架等組成。
傳感器滿(mǎn)足《水文儀器及巖土工程儀器質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心》水文儀器特性要求。
2.1系統(tǒng)特點(diǎn)：
v 可直接輸出測(cè)點(diǎn)泥沙含量值、水深、溫度值；
v 自動(dòng)計(jì)算斷面平均含沙量與輸沙率，24小時(shí)連續(xù)在線監(jiān)測(cè)；
v 支持整合多個(gè)斷面泥沙傳感器數(shù)據(jù)；
v 建立泥沙與水位、流量等相關(guān)的關(guān)系線；
v 直接生成水文規(guī)范報(bào)表，可直接參與資料整編。
2.2測(cè)量原理
本套系統(tǒng)所使用的傳感器基于組合紅外吸收散射光線法，通過(guò)逆投影成像技術(shù)，可以連續(xù)精確測(cè)定水體中的懸移質(zhì)泥沙含量。按照紅外散射光線技術(shù)不受色度影響測(cè)定懸移質(zhì)泥沙含量，可直接輸出泥沙含量數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。
2.3 JBNS-100型 泥沙在線監(jiān)測(cè)儀
JBNS-100型 測(cè)沙傳感器基于組合紅外吸收散射光線法，通過(guò)逆投影成像技術(shù)可以連續(xù)精確測(cè)定水體中的懸浮泥沙含量。按照紅外散射光線技術(shù)不受色度影響測(cè)定泥沙含量濃度值，即可直接輸出泥沙含量數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。根據(jù)使用環(huán)境可以選配帶自清洗功能和保護(hù)裝置。
傳感器突出特點(diǎn)：
? 傳感器采用多光束紅外散射光逆投影成像技術(shù)結(jié)合TES91算法；音叉震動(dòng)與電磁感應(yīng)技術(shù)（高量程）；
? 內(nèi)設(shè)自診功能，保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確；
? 可選配清潔刷自動(dòng)清洗功能，減少傳感器維護(hù)量；
? 數(shù)字化傳感器，抗力強(qiáng)；
? 泥沙同質(zhì)性標(biāo)定與分析識(shí)別；
? 低量程范圍：0-45 kg/m3/120kg/m3，高量程范圍：5kg-2500kg/m3，可定制型號(hào)和量程，滿(mǎn)足不同測(cè)驗(yàn)環(huán)境要求。
表1 JBNS-100型 泥沙傳感器規(guī)格
規(guī)格 | 詳細(xì)信息 |
尺寸 | 直徑90mm*長(zhǎng)度 478mm |
重量 | 6KG |
主要材料 | 機(jī)身：鈦合金+POM+316L不銹鋼 |
O型環(huán)：氟橡膠 | |
線纜：PVC | |
防水等級(jí) | IP68/NEMA6P |
測(cè)量范圍 | 0.001kg/m3-120kg/m3，可根據(jù)定制量程 |
測(cè)量精度 | 誤差小于測(cè)量值的±5% |
耐壓范圍 | ≤0.3Mpa/0-30m水深標(biāo)配，到50米 |
流速 | ≤5.0m/s |
存儲(chǔ)溫度 | -25到85℃ |
測(cè)量環(huán)境溫度 | 0到55℃ |
校準(zhǔn) | 斜率校準(zhǔn)/多點(diǎn)校準(zhǔn) |
傳感器線 | 標(biāo)準(zhǔn)整體電纜，可定制 |
深度傳感器 | 量程：0-100M，精度：0.01M |
溫度傳感器 | 量程：-20℃-120℃，精度：0.1℃ |
電源 | DC12V |
輸出 | 通過(guò)6mm抗拉屏蔽線纜輸出數(shù)字信號(hào) |
顯示輸出 | 本地觸摸屏顯示，遠(yuǎn)程WEB端顯示，手機(jī)APP查看 |
軟件 | 可實(shí)時(shí)顯示測(cè)量值并保存，可與系統(tǒng)報(bào)表對(duì)接 |
2.4數(shù)據(jù)采集與分析主機(jī)（含RTU功能）
系統(tǒng)主要功能如下：
（1）能自動(dòng)采集及處理測(cè)沙傳感器監(jiān)測(cè)到的泥沙數(shù)據(jù)，并根據(jù)泥沙-斷沙率定公式自動(dòng)計(jì)算斷面平均含沙量，支持導(dǎo)入斷面流量數(shù)據(jù)，自動(dòng)計(jì)算斷面輸沙率，對(duì)泥沙進(jìn)行24小時(shí)連續(xù)在線監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性、完整性、及時(shí)性和可靠性；
（2）可同時(shí)接收多個(gè)水文站（或監(jiān)測(cè)斷面）的泥沙含量數(shù)據(jù)，每個(gè)水文站（或監(jiān)測(cè)斷面）可同時(shí)支持多個(gè)JBNS-100型 傳感器；
（3）統(tǒng)計(jì)分析：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)可自動(dòng)傳輸并存儲(chǔ)在中心數(shù)據(jù)庫(kù)，并可進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，可生成逐日平均懸移質(zhì)輸沙率表和逐日平均含沙量表等符合《水文資料整編規(guī)范》的多種報(bào)表，與Excel無(wú)縫對(duì)接；
（4）遠(yuǎn)程控制：遠(yuǎn)程修改參數(shù)，異常數(shù)據(jù)報(bào)警等，同時(shí)可根據(jù)用戶(hù)要求定制功能。
數(shù)據(jù)處理主機(jī)參數(shù)如下：
名 稱(chēng) | 參 數(shù) | 描述說(shuō)明 |
主要參數(shù) | ||
CPU | AM3352BZCZD60@600MHZ | ARM Cortex-A8構(gòu)架，工業(yè)級(jí)溫寬 |
內(nèi)存 | 256M DDR3 | 工業(yè)級(jí)溫寬：-40℃ ? +85℃ |
NandFlash或e.MMC | 256MB SLC NandFlash/4GBe.MMC | 工業(yè)級(jí)溫寬：-40℃ ? +85℃ |
數(shù)據(jù)接口 | ||
百兆以太網(wǎng)接口 | 2路 | 2路10/100自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)接口 |
3G/4G模塊接口 | 1路 | 用于擴(kuò)展3G/4G通信模塊 |
WIFI模塊接口 | 1路 | 2.4G WIFI |
USB HOST | 2路 | USB2.0高速 |
TF卡接口 | 1路 | 支持大容量TF卡和MicrsSD卡，設(shè)計(jì)了熱拔插檢測(cè)，支持SD Memory Card協(xié)議v2.0 |
SIM卡接口 | 1路 | MICRO-SIM卡 |
調(diào)試串口 | 1路 | RS232 |
RS485接口 | 4路 | 可根據(jù)總線擴(kuò)展N個(gè)接口 |
RS232接口 | 4路 | 與485復(fù)用 |
CAN接口 | 2路 | 支持CAN2.0 Part A和2.0Part B，傳輸速度可達(dá)1Mbit/S |
RTC時(shí)鐘 | 高精度時(shí)鐘芯片 | 采用高精度RX8025時(shí)鐘芯片，后備電池，可以再斷電時(shí)保證時(shí)間不丟失 |
LED指示燈 | 2個(gè) | 1個(gè)CPU工作心跳燈，1個(gè)用戶(hù)自定義燈 |
用戶(hù)按鍵 | 1個(gè) | 可自定義按鍵功能 |
電氣特性 | ||
輸入電壓 | DC12V | 9-30V |
工作溫度 | -40℃ ? +85℃ | 工業(yè)級(jí)溫寬 |
工作濕度 | 5% ? 95% | |
結(jié)構(gòu)參數(shù) | ||
機(jī)盒尺寸 | 159mm×105mm×33mm | |
2.5供電系統(tǒng)
供電模塊通過(guò)太陽(yáng)能電池板和蓄電池的供電方式，配備充電控制器，可用交流電對(duì)電池進(jìn)行充電。蓄電池100AH，100W太陽(yáng)能板供電。
2.6數(shù)據(jù)管理軟件
自動(dòng)化接收處理軟件可安裝于中心站服務(wù)器、現(xiàn)場(chǎng)控制服務(wù)器，軟件系統(tǒng)采用架構(gòu)為C/S和B/S兩種模式，能接收測(cè)站發(fā)來(lái)的各項(xiàng)有關(guān)信息，并能遠(yuǎn)程下載數(shù)據(jù)和設(shè)置測(cè)站工作參數(shù)。在非測(cè)流時(shí)間，能人工控制增加測(cè)次。根據(jù)測(cè)站實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)生成《河流流量測(cè)驗(yàn)規(guī)范》（GB50179-2015）、《水文資料整編規(guī)范》（SL247-2012）等現(xiàn)行水文規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)所需報(bào)表。
2、能實(shí)現(xiàn)在線測(cè)流功能，嚴(yán)格依據(jù)水文測(cè)驗(yàn)規(guī)范及《水文資料整編規(guī)范》（SL247-2012）等現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)要求，建立各相關(guān)要素?cái)?shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)，并提供數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)權(quán)限及訪問(wèn)技術(shù)支持。
3、管理要求：軟件管理上進(jìn)行權(quán)限分級(jí)，不同權(quán)限的管理者對(duì)其進(jìn)行不同程度的操作。
三、安裝設(shè)計(jì)（現(xiàn)場(chǎng)照片）
JBNS-100型 安裝的目的是根據(jù)單點(diǎn)泥沙-斷沙率定關(guān)系計(jì)算出斷面平均含沙量，因此必須按規(guī)范布設(shè)在測(cè)驗(yàn)河道斷面具有代表性的一點(diǎn)或具有代表性的垂線的多點(diǎn)上。JBNS-100型 為側(cè)視測(cè)量，安裝時(shí)需將儀器橫立式固定（傳感器面向下游），為使JBNS-100型 在低水時(shí)仍然能實(shí)時(shí)測(cè)量，安裝深度應(yīng)該低于水位。儀器將在固定位置測(cè)量河流含沙量，安裝時(shí)應(yīng)該考慮漂浮物對(duì)儀器的造成的影響。
1、 固定式安裝，采用不銹鋼支架制作，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況定做支架，保證支架的強(qiáng)度。
2、 浮標(biāo)式安裝，浮體直徑1.0-2.0米不等，浮力500-800公斤，堅(jiān)固的構(gòu)造：
1）高分子聚合材料浮體
2）熱浸鍍鋅鋼板和鋁合金框架
3）所有金屬的保護(hù)與防銹采用環(huán)氧樹(shù)脂涂料
3、 水密間隔保護(hù)：
1）密封防水電控室，保護(hù)數(shù)據(jù)采集控制器與電池系統(tǒng)
2）密封O形環(huán)
3）不銹鋼艙口蓋
4、 全面的配置：
a) 太陽(yáng)能電池板；
b) 水密天線
c) 防撞擊警示燈和雷達(dá)反射器；
d) 具有很強(qiáng)的固著能力的錨系統(tǒng)；
1）GPS定位系統(tǒng)
可通過(guò)程序設(shè)定浮標(biāo)經(jīng)緯度范圍（定位精度在15米以下，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)浮標(biāo)的經(jīng)緯度），一旦浮標(biāo)漂離規(guī)定范圍，GPS測(cè)定后立即向預(yù)設(shè)電話(huà)報(bào)警，及時(shí)追回，有效的防止偷盜、錨纜斷裂等意外事件。接收衛(wèi)星信號(hào)，定位浮標(biāo)的位置，同時(shí)，位置數(shù)據(jù)也會(huì)被數(shù)采器采集，與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)一起發(fā)送至數(shù)據(jù)服務(wù)中心。通過(guò)位置數(shù)據(jù)，可以使監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)合地圖來(lái)顯示，使結(jié)果顯示更加形象具體。
2）系留系統(tǒng)
配套固定及回收系統(tǒng)，并可根據(jù)水下不同的情況選擇不同形式的錨和不同的拋錨方式，以雙錨雙纜錨泊系留系統(tǒng)為例，每個(gè)菱形錨重達(dá)百公斤，具有的固著力并便于回收，雙鏈為鋼纜和尼龍繩。穩(wěn)定錘裝有鋅保護(hù)陽(yáng)極，保護(hù)儀器設(shè)備不受電化學(xué)腐蝕。該套系統(tǒng)具有耐久、維護(hù)少、便于回收的優(yōu)點(diǎn)，并且能極大
