、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。

傳感器滿足《水利部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，抗干擾能力強(qiáng)； 

?  泥沙同質(zhì)性標(biāo)定與分析識(shí)別；

? 低量程范圍：0-45 kg/m?/120kg/m?，高量程范圍：5kg-2500kg/m?，可定制型號(hào)和量程，滿足不同測(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/m?-120kg/m?，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，z大到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，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)用戶要求定制功能。

數(shù)據(jù)處理主機(jī)參數(shù)如下：

名   稱	參  數(shù)	描述說明
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，z高傳輸速度可達(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)用戶自定義燈
用戶按鍵	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)

供電模塊通過太陽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)庫訪問權(quán)限及訪問技術(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z低水位。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。

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