大水深断面水质在线自动监测系统及监测方法技术方案

本发明专利技术公开了大水深断面水质在线自动监测系统及监测方法，它包括水上平台，所述水上平台上设置有中控室和U形轨道；所述中控室内部安装有配电箱；所述U形轨道上安装有收绳器及机电设备；所述中控室屋面顶部通过支撑架安装有监控摄像头；所述配电箱内部安装有220V转5V开关电源、中央控制主机、GPS模块、4G无线路由器、DAM0404A控制器、电机调速器、220V转12V开关电源和来电自动重启模块；所述收绳器通过钢丝绳及多芯屏蔽线与多参数水质分析仪连接；所述收绳器通过电机驱动，所述电机通过电缆线与电机调速器相连。本系统在数据自动存储与智能传输、扩展性和集成性、GPS及视频监控、远程控制、监测预警及用户客户端智能化和便捷化等方面进行创新设计。

【技术实现步骤摘要】
大水深断面水质在线自动监测系统及监测方法
本专利技术涉及水质在线检测系统领域，特别是一种大水深断面水质在线自动监测系统及监测方法。
技术介绍
目前国内外的水质自动监测系统仅能实现某一固定水深不同水质参数的自动监测、数据传输等。流动式可移动的测量车(船)或浮标式自动监测系统也仅能实现不同空间表层水质自动监测。当水深较大，水质分层时，传统的剖面监测方法包括手动垂直剖面测量是用人工监测仪器分别置于水体中不同深度获取水质数据，以掌握水体垂直剖面水质特性，而此方法费时费力，数据获取有限；以及锚系仪器/传感器垂直阵列测量，如温度链，以获取水体垂直剖面上的有限深度的连续水质数据和生物差别，但此方法资金投入大，数据获取之后，水下不确定性风险较高。要实现水体垂直剖面水质自动监测，目前还存在诸多技术难点，如对监测体系的精密控制，大水深下设备数据传输及线缆缠绕，野外运行的可靠性，根据水位变化自动调整水上平台等。目前只有美国YSI公司研发了YSI6950系列能初步实现，但该系统监测水深只能在100m以内，对大于100m的水库无能为力，同时不能实现远程控制，操作性不是很好，水深间距0.5m过大，不能满足高精度水深断面水温分层监测的需求且智能化控制程度有限。同时该系统为进口设备，价格往往在百万左右，想在国内大规模应用并非易事。因此，结合现代水质监测的特殊需求发现，要想系统监测西南诸河流的水质特性，借助传统的监测方法太费时费力，操作性太低，遥感监测技术应用在西南诸河流也不成熟，而目前水质自动监测技术大多数为点式，对于沿水流纵向和沿水深垂向都需要关注的大水深水库也很难满足要求，目前的水体垂直剖面水质自动监测系统依然存在功能和使用上的不足。
技术实现思路
本专利技术为一套大水深垂直剖面水质在线自动监测系统及监测方法，有助于提升大水深水体中水质变化研究的观测能力的实现。对比传统的剖面水质监测方法，本系统将具有连续监测、智能控制、数据及时反馈，对比国外昂贵的剖面水质自动监测系统，本系统在数据自动存储与智能传输、扩展性和集成性、GPS及视频监控、远程控制、监测预警及用户客户端智能化和便捷化等方面进行创新设计，同时弥补了国内水体垂直剖面水温自动监测系统的空缺，为我国西南诸河流梯级水库以及全国各大水库水质的研究提供技术支持，为水质的综合指标的评价提供数据支撑，为我国大水深水质自动化监测系统的开发提供借鉴和参考。为了解决上述技术问题，本专利技术提出以下技术方案：大水深断面水质在线自动监测系统，它包括水上平台，所述水上平台上设置有中控室和U形轨道；所述中控室内部安装有配电箱；所述U形轨道上安装有收绳器及机电设备；所述中控室屋面顶部通过支撑架安装有监控摄像头；所述配电箱内部安装有220V转5V开关电源、中央控制主机、GPS模块、4G无线路由器、DAM0404A控制器、电机调速器、220V转12V开关电源和来电自动重启模块；所述收绳器通过钢丝绳及多芯屏蔽线与多参数水质分析仪连接；所述收绳器通过电机驱动，所述电机通过电缆线与电机调速器相连。所述中央控制主机通过RS232串口连接线与GPS模块连接，所述GPS模块通过红黑双芯电线与220V转5V开关电源连接，并给GPS模块供电，所述GPS模块还连接有GPS天线；所述中央控制主机通过接线柱以及多芯屏蔽线与多参数水质分析仪连接；中央控制主机通过网线与4G无线路由器连接，4G无线路由器通过红黑双芯电线与220V转12V开关电源连接，给路由器供电；中央控制主机通过USB转485转换器以及红黑双芯电线与DAM0404A控制器连接；中央控制主机通过来电自动重启模块以及红黑双芯电线与220V转12V开关电源连接，给主机供电；中央控制主机通过USB转485转换器以及红黑双芯电线与监控摄像头连接。所述DAM0404A控制器包含21个接线柱，各接线柱连接方式如下，接线柱①接12V电源+极，接线柱②接12V电源﹣极，接线柱③接USB转485转换器的信号A+极，接线柱④接USB转485转换器的B﹣极，接线柱接电机调速器COW端，接线柱接电机调速器COM端，接线柱接电机调速器CW端，接线柱接220V供电电源﹣极，接线柱接电机调速器AC端，接线柱接电机调速器AC端，接线柱接220V供电电源﹢极，接线柱接电机调速器AC端，电机调速器另一端通过连接线连接自动提升系统电机端。所述收绳器一端通过定滑轮以及钢丝绳及多芯屏蔽线连接多参数水质分析仪，定滑轮通过铁质支撑架支撑于收绳器外侧；电机通过链条以及齿轮与收绳器中心轴连接，并驱动收绳器。所述钢丝绳及多芯屏蔽线由编织线套包裹，编织线套内部有多芯屏蔽线和钢丝绳，所述多芯屏蔽线内一共有4根线，包括电源﹣极线、电源+极线、信号线A+和信号线B﹣。所述监控摄像头固定于焊接在水上平台的支撑架的顶端，支撑架采用截面形状为方形的中空长条钢材，监控摄像头的信号线通过USB转485转换器与主机相连，电源线为红黑双色线，接于220V转5V开关电源上，给监控摄像头供电，信号线与电源线均穿过支撑架。所述水上平台的顶部安装有操作平台，所述操作平台的边缘安装有护栏，所述U形轨道设置在操作平台的中部。采用任意一项大水深断面水质在线自动监测系统的监测方法，它包括机电设备和水质监测仪的联合运行和监测数据的查询：机电设备和水质监测仪的联合运行：监测包括固定断面和垂直断面的循环监测，当客户端软件发出固定断面循环监测的指令时，中央控制主机通过控制机电设备运行，机电设备带动收绳器运转，将水质分析仪移动至固定水深进行水质参数监测，监测频率为每1min一组数据；当客户端软件发出垂直断面循环监测的指令时，中央控制主机通过控制机电设备运行，机电设备带动收绳器运转，从水体表面开始监测，因系统有一个稳定时间，故设置水质监测仪在0m水深时的停留时间为2min，待2min后，主机发出指令，电机逆时针旋转，水质监测仪下降，系统设置电机运行速度为0.2m/s，5s之后，电机停止运转，监测仪处于水深为1m处，停留1min，进行水质参数监测，1min后，系统重复上述操作，进行水质参数监测，当仪器施放到底部，识别到两个深度变化很小或者不变时即为到底，发出指令给控制设备，通过机电设备停止施放，转而收起监测仪器。当仪器快到水面，中央控制主机所接收到仪器测得深度小于0.5m时，发出指令给控制设备，通过机电设备将监测仪器停留在表层，等待下一次垂直剖面监测指令，如此循环。系统不断重复上述操作，即可得到垂直断面循环监测数据；监测数据的管理查询：当水质监测仪完成水质监测后，监测数据通过信号线传输至中央控制主机，用户可登陆客户端软件，进入查询界面后点击数据查询，即可查到水温、溶解氧、电导率、pH、浊度、叶绿素a、蓝绿藻蛋白和水深数据，同时也可以在办公室远程运行野外现场的自动监测系统，切换手动运行模式或自动运行模式；数据处理可对监测数据进行合理性检查和实时处理，按规定格式存入数据库；数据分析能分析统计计算数据，并能按规定标准进行水质评价和各类图表处理；监测预警可根据设定的参数限值或计算模型对数据实时分析并预警；同时设置数据库操作模块，由于大部分数据都存储在数据库中，设计该模块主要用于相应的数据库操作，如查询、更新、插入、删除、创建；根据系统设置对关系数据库按指定要求进行数据备份。本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
大水深断面水质在线自动监测系统，其特征在于：它包括水上平台(1)，所述水上平台(1)上设置有中控室(40)和U形轨道(41)；所述中控室(40)内部安装有配电箱(18)；所述U形轨道(41)上安装有收绳器(26)及机电设备；所述中控室(40)屋面顶部通过支撑架(19)安装有监控摄像头(20)；所述配电箱(18)内部安装有220V转5V开关电源(2)、中央控制主机(8)、GPS模块(4)、4G无线路由器(7)、DAM0404A控制器(9)、电机调速器(14)、220V转12V开关电源(17)和来电自动重启模块(11)；所述收绳器(26)通过钢丝绳及多芯屏蔽线(29)与多参数水质分析仪(30)连接；所述收绳器(26)通过电机(23)驱动，所述电机(23)通过电缆线(22)与电机调速器(14)相连。

【技术特征摘要】
1.大水深断面水质在线自动监测系统，其特征在于：它包括水上平台(1)，所述水上平台(1)上设置有中控室(40)和U形轨道(41)；所述中控室(40)内部安装有配电箱(18)；所述U形轨道(41)上安装有收绳器(26)及机电设备；所述中控室(40)屋面顶部通过支撑架(19)安装有监控摄像头(20)；所述配电箱(18)内部安装有220V转5V开关电源(2)、中央控制主机(8)、GPS模块(4)、4G无线路由器(7)、DAM0404A控制器(9)、电机调速器(14)、220V转12V开关电源(17)和来电自动重启模块(11)；所述收绳器(26)通过钢丝绳及多芯屏蔽线(29)与多参数水质分析仪(30)连接；所述收绳器(26)通过电机(23)驱动，所述电机(23)通过电缆线(22)与电机调速器(14)相连。2.根据权利要求1所述的大水深断面水质在线自动监测系统，其特征在于：所述中央控制主机(8)通过RS232串口连接线(3)与GPS模块(4)连接，所述GPS模块(4)通过红黑双芯电线与220V转5V开关电源(2)连接，并给GPS模块供电，所述GPS模块(4)还连接有GPS天线(5)；所述中央控制主机通过接线柱(12)以及多芯屏蔽线(21)与多参数水质分析仪(30)连接；中央控制主机通过网线(6)与4G无线路由器(7)连接，4G无线路由器(7)通过红黑双芯电线与220V转12V开关电源(16)连接，给路由器供电；中央控制主机通过USB转485转换器(10)以及红黑双芯电线与DAM0404A控制器(9)连接；中央控制主机通过来电自动重启模块(11)以及红黑双芯电线与220V转12V开关电源(16)连接，给主机供电；中央控制主机通过USB转485转换器(10)以及红黑双芯电线与监控摄像头(20)连接。3.根据权利要求2的大水深断面水质在线自动监测系统，其特征在于：所述DAM0404A控制器(9)包含21个接线柱，各接线柱连接方式如下，接线柱①接12V电源+极，接线柱②接12V电源﹣极，接线柱③接USB转485转换器(10)的信号A+极，接线柱④接USB转485转换器(10)的B﹣极，接线柱接电机调速器(14)COW端，接线柱接电机调速器(14)COM端，接线柱接电机调速器(14)CW端，接线柱接220V供电电源﹣极，接线柱接电机调速器(14)AC端，接线柱接电机调速器(14)AC端，接线柱接220V供电电源﹢极，接线柱接电机调速器(14)AC端，电机调速器(14)另一端通过连接线连接自动提升系统电机端。4.根据权利要求1的大水深断面水质在线自动监测系统，其特征在于：所述收绳器(26)一端通过定滑轮(27)以及钢丝绳及多芯屏蔽线(29)连接多参数水质分析仪(30)，定滑轮(27)通过铁质支撑架(28)支撑于收绳器外侧；电机(23)通过链条(24)以及齿轮(25)与收绳器(26)中心轴连接，并驱动收绳器(26)。5.根据权利要求1或4的大水深断面水质在线自动监测系统，其特征在于：所述钢丝绳及多芯屏蔽线(29)由编...

【专利技术属性】
技术研发人员：纪道斌，王雄，刘德富，杨正健，肖泽云，龙良红，吕林鹏，李欣，黄亚男，吴庆，徐慧，刘展，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42