一、系統應用背景
河流懸移質(zhì)泥沙含量（含沙量）是重要的水文參數之一，河流含沙量監測對于水利水電工程建設，水資源開(kāi)發(fā)利用，水土流失治理，工農業(yè)取水用水，水文預報等意義重大。目前水文上測量河流含沙量的主要方法是：人工取樣，使用烘干法測量含沙量。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，而且測量周期長(cháng)，操作過(guò)程繁瑣，勞動(dòng)強度大，難以實(shí)時(shí)，在線(xiàn)監測河流含沙量的變化。
近年來(lái)隨著(zhù)新產(chǎn)品新技術(shù)的不斷引進(jìn)，針對河流泥沙的監測積累了一些經(jīng)驗，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(xiàn)監測系統已正式投入使用，本套系統可以實(shí)現了含沙量和輸沙率的實(shí)時(shí)在線(xiàn)監測。
二、全自動(dòng)泥沙在線(xiàn)監測系統簡(jiǎn)介
JBNS-100型 泥沙在線(xiàn)監測系統主要由泥沙傳感器、數據采集與傳輸系統（含RTU）、供電系統、數據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)量監督檢驗測試中心》水文儀器特性要求。
2.1系統特點(diǎn)：
v 可直接輸出測點(diǎn)泥沙含量值、水深、溫度值；
v 自動(dòng)計算斷面平均含沙量與輸沙率，24小時(shí)連續在線(xiàn)監測；
v 支持整合多個(gè)斷面泥沙傳感器數據；
v 建立泥沙與水位、流量等相關(guān)的關(guān)系線(xiàn)；
v 直接生成水文規范報表，可直接參與資料整編。
2.2測量原理
本套系統所使用的傳感器基于組合紅外吸收散射光線(xiàn)法，通過(guò)逆投影成像技術(shù)，可以連續精確測定水體中的懸移質(zhì)泥沙含量。按照紅外散射光線(xiàn)技術(shù)不受色度影響測定懸移質(zhì)泥沙含量，可直接輸出泥沙含量數據，實(shí)現實(shí)時(shí)在線(xiàn)監測。
2.3 JBNS-100型 泥沙在線(xiàn)監測儀
JBNS-100型 測沙傳感器基于組合紅外吸收散射光線(xiàn)法，通過(guò)逆投影成像技術(shù)可以連續精確測定水體中的懸浮泥沙含量。按照紅外散射光線(xiàn)技術(shù)不受色度影響測定泥沙含量濃度值，即可直接輸出泥沙含量數據，實(shí)現實(shí)時(shí)在線(xiàn)監測。根據使用環(huán)境可以選配帶自清洗功能和保護裝置。
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)結合TES91算法；音叉震動(dòng)與電磁感應技術(shù)（高量程）；
? 內設自診功能，保證數據準確；
? 可選配清潔刷自動(dòng)清洗功能，減少傳感器維護量；
? 數字化傳感器，抗力強；
? 泥沙同質(zhì)性標定與分析識別；
? 低量程范圍：0-45 kg/m3/120kg/m3，高量程范圍：5kg-2500kg/m3，可定制型號和量程，滿(mǎn)足不同測驗環(huán)境要求。
表1 JBNS-100型 泥沙傳感器規格
規格 | 詳細信息 |
尺寸 | 直徑90mm*長(cháng)度 478mm |
重量 | 6KG |
主要材料 | 機身：鈦合金+POM+316L不銹鋼 |
O型環(huán)：氟橡膠 |
線(xiàn)纜：PVC |
防水等級 | IP68/NEMA6P |
測量范圍 | 0.001kg/m3-120kg/m3，可根據定制量程 |
測量精度 | 誤差小于測量值的±5% |
耐壓范圍 | ≤0.3Mpa/0-30m水深標配，到50米 |
流速 | ≤5.0m/s |
存儲溫度 | -25到85℃ |
測量環(huán)境溫度 | 0到55℃ |
校準 | 斜率校準/多點(diǎn)校準 |
傳感器線(xiàn) | 標準整體電纜，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(xiàn)纜輸出數字信號 |
顯示輸出 | 本地觸摸屏顯示，遠程WEB端顯示，手機APP查看 |
軟件 | 可實(shí)時(shí)顯示測量值并保存，可與系統報表對接 |
2.4數據采集與分析主機（含RTU功能）
系統主要功能如下：
（1）能自動(dòng)采集及處理測沙傳感器監測到的泥沙數據，并根據泥沙-斷沙率定公式自動(dòng)計算斷面平均含沙量，支持導入斷面流量數據，自動(dòng)計算斷面輸沙率，對泥沙進(jìn)行24小時(shí)連續在線(xiàn)監測，實(shí)現數據采集的準確性、完整性、及時(shí)性和可靠性；
（2）可同時(shí)接收多個(gè)水文站（或監測斷面）的泥沙含量數據，每個(gè)水文站（或監測斷面）可同時(shí)支持多個(gè)JBNS-100型 傳感器；
（3）統計分析：實(shí)時(shí)監測的數據可自動(dòng)傳輸并存儲在中心數據庫，并可進(jìn)行數據統計，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《水文資料整編規范》的多種報表，與Excel無(wú)縫對接；
（4）遠程控制：遠程修改參數，異常數據報警等，同時(shí)可根據用戶(hù)要求定制功能。
數據處理主機參數如下：
名 稱(chēng) | 參 數 | 描述說(shuō)明 |
主要參數 |
CPU | AM3352BZCZD60@600MHZ | ARM Cortex-A8構架，工業(yè)級溫寬 |
內存 | 256M DDR3 | 工業(yè)級溫寬：-40℃ ? +85℃ |
NandFlash或e.MMC | 256MB SLC NandFlash/4GBe.MMC | 工業(yè)級溫寬：-40℃ ? +85℃ |
數據接口 |
百兆以太網(wǎng)接口 | 2路 | 2路10/100自適應網(wǎng)絡(luò )接口 |
3G/4G模塊接口 | 1路 | 用于擴展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，設計了熱拔插檢測，支持SD Memory Card協(xié)議v2.0 |
SIM卡接口 | 1路 | MICRO-SIM卡 |
調試串口 | 1路 | RS232 |
RS485接口 | 4路 | 可根據總線(xiàn)擴展N個(gè)接口 |
RS232接口 | 4路 | 與485復用 |
CAN接口 | 2路 | 支持CAN2.0 Part A和2.0Part B，傳輸速度可達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 |
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輸入電壓 | DC12V | 9-30V |
工作溫度 | -40℃ ? +85℃ | 工業(yè)級溫寬 |
工作濕度 | 5% ? 95% |
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結構參數 |
機盒尺寸 | 159mm×105mm×33mm |
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2.5供電系統
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，可用交流電對電池進(jìn)行充電。蓄電池100AH，100W太陽(yáng)能板供電。
2.6數據管理軟件
自動(dòng)化接收處理軟件可安裝于中心站服務(wù)器、現場(chǎng)控制服務(wù)器，軟件系統采用架構為C/S和B/S兩種模式，能接收測站發(fā)來(lái)的各項有關(guān)信息，并能遠程下載數據和設置測站工作參數。在非測流時(shí)間，能人工控制增加測次。根據測站實(shí)測數據生成《河流流量測驗規范》（GB50179-2015）、《水文資料整編規范》（SL247-2012）等現行水文規范、標準所需報表。
2、能實(shí)現在線(xiàn)測流功能，嚴格依據水文測驗規范及《水文資料整編規范》（SL247-2012）等現行有關(guān)規范、標準要求，建立各相關(guān)要素數據表結構，并提供數據庫訪(fǎng)問(wèn)權限及訪(fǎng)問(wèn)技術(shù)支持。
3、管理要求：軟件管理上進(jìn)行權限分級，不同權限的管理者對其進(jìn)行不同程度的操作。
三、裝設計（現場(chǎng)照片）
JBNS-100型 安裝的目的是根據單點(diǎn)泥沙-斷沙率定關(guān)系計算出斷面平均含沙量，因此必須按規范布設在測驗河道斷面具有代表性的一點(diǎn)或具有代表性的垂線(xiàn)的多點(diǎn)上。JBNS-100型 為側視測量，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)測量，安裝深度應該低于水位。儀器將在固定位置測量河流含沙量，安裝時(shí)應該考慮漂浮物對儀器的造成的影響。
1、 固定式安裝，采用不銹鋼支架制作，根據現場(chǎng)情況定做支架，保證支架的強度。
2、 浮標式安裝，浮體直徑1.0-2.0米不等，浮力500-800公斤，堅固的構造：
1）高分子聚合材料浮體
2）熱浸鍍鋅鋼板和鋁合金框架
3）所有金屬的保護與防銹采用環(huán)氧樹(shù)脂涂料
3、 水密間隔保護：
1）密封防水電控室，保護數據采集控制器與電池系統
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(xiàn)
c) 防撞擊警示燈和雷達反射器；
d) 具有很強的固著(zhù)能力的錨系統；
1）GPS定位系統
可通過(guò)程序設定浮標經(jīng)緯度范圍（定位精度在15米以下，實(shí)時(shí)監測浮標的經(jīng)緯度），一旦浮標漂離規定范圍，GPS測定后立即向預設電話(huà)報警，及時(shí)追回，有效的防止偷盜、錨纜斷裂等意外事件。接收衛星信號，定位浮標的位置，同時(shí)，位置數據也會(huì )被數采器采集，與監測數據一起發(fā)送至數據服務(wù)中心。通過(guò)位置數據，可以使監測數據結合地圖來(lái)顯示，使結果顯示更加形象具體。
2）系留系統
配套固定及回收系統，并可根據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為例，每個(gè)菱形錨重達百公斤，具有的固著(zhù)力并便于回收，雙鏈為鋼纜和尼龍繩。穩定錘裝有鋅保護陽(yáng)極，保護儀器設備不受電化學(xué)腐蝕。該套系統具有耐久、維護少、便于回收的優(yōu)點(diǎn)，并且能極大的提高安全度，不易被偷盜。
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