水文、水质、气象实时监测系统设计
目录
一、概述
二、实时监测系统的结构组成及工作原理
1．结构组成及框图
2．中心配置
3．通讯网络
4．监测设备及相关技术指标
5．系统功能
6．系统集成
系统集成图及集成说明
a系统集成图
b集成说明
7．电源供给
附件：相关仪器简介：
阔龙多普勒流速剖面仪
气象仪
水质监测仪
一、概述
该系统适用于水文部门对江、河、湖泊、水库、渠道和地下水等水文参数进行实时监测。及时反应各水域的水文特征，以便相关部门做出安排，防范洪涝灾害事故的发生。监测内容包括：水温、水位、流量、流速等。系统采用无线通讯方式
实时传送监测数据，可以大大提高水文部门的工作效率。另外，本系统还还可以加入风速、风向、气温、湿度、气压、降雨量、能见度等气象参数和电导、PH、溶解氧、浊度、叶绿素等水质监测参数。本监测系统，通过各种探测器，探测到水温度、湿度、风速、风向、雨量、水质、水流速、水量、数字化信息，通过GPRS/CDMA通道，上传到在线监测监视中心，同时可通过内部网登录各种内部管理系统和调度自动化系统。
监控中心设屏幕显示，各种在线监测数据、图象等信息能直观显示，使监控人员能及时监视现场情况，准确判断状态，指挥专业人员处理各种检修和抢修工作。
二、实时监测系统的结构组成及工作原理
1.结构组成
本系统由监测中心、通信网络、测量设备三部分组成。
◆监测中心：由服务器、公网专线（或移动专线）、水文监测系统软件组成。
◆通信网络：GPRS/短消息/北斗卫星、Internet公网/移动专线等及相关终
端设备
◆测量设备：剖面流速仪、气象仪、水质分析仪等
结构组成框图
2、中心配置
◆监测中心设备主要由服务器和公网专线组成，服务器上安装操作系统软件、数据库软件和水文监测系统软件。水文监测系统软件需有操作权限的管理人员，只要安装访问客户端即可远程登入该系统，保证了系统的安全性和灵活性。
◆监测系统软件是对水文监测点数据进行接收、汇总、统计、分析的一个平台，
该软件具备动态实时监测、历史数据查询、报警数据查询、登录日志及操作日志查询、时段统计、用户管理、历史数据导入等多项功能。
3、通信网络
监测中心具备宽带网络（类型：光纤、网线、ADSL等），并绑定固定IP。
监测设备可采用CDMA、短消息或北斗卫星等多种通讯方式向监测中心传输数据。采用超低功耗设计，核心产品选用CDMA低功耗测控终端，可大大减少太阳能供电成本，同时降低施工难度。
4、监测设备及相关技术指标
●水文：采用挪威Nortek公司生产的“阔龙”600Khz多普勒流速剖面仪（观测要素：
流速、流向、流量、水温、水位）。
●气象：采用美国R.M.YOUNG公司生产的海洋型气象系统（观测要素：风速、风向、气温、
气压、湿度）。
●水质：采用YSI生产的6600监测仪（观测要素：电导、PH、溶解氧、浊度、叶绿素）。
主要技术指标：
●水文：
序号名称测量范围准确度
1流速：0～10m/s测量值的1﹪
2流向：0～360°2°
3剖面范围2-100m
4温度:-4℃到40℃0.1℃
5姿态:30°以内2°
6压力：0～50米取样值的0.25%
●气象：
序号名称测量范围准确度
1风速：0～60m/s±0.3m/s
2风向：0～360°±0.3°
3气温(0℃时)：–50to+50°C±0.1℃
4气压(20℃时)：600～1100hpa±0.3hpa
5湿度(20℃时)：0～100%RH3﹪
●水质：
序号名称测量范围准确度
1
溶解氧(%空气饱和度)0至500%读数之±2%或2%空气饱和度
溶解氧(毫克/升)0至50毫克/升读数之±2%或0.2毫克/升
2电导率0至100毫西门子/厘米读数之±0.5%+0.001毫西门子/厘米3PH酸碱度0至14±0.2
4氧化还原电位-999至+999毫伏±20毫伏
5盐度0至70ppt读数之±1.0%或0.1ppt
6浊度0至1,000NTU读数之±2%或0.3NTU
5、系统功能
管理功能：具有数据分级管理功能，监测点管理等功能。
采集功能：采集监测点水文、气象、水质等监测数据。
通信功能：各级监测中心可分别与被授权管理的监测点进行通讯。
告警功能：水位、降雨量等数据超过告警上限时，监测点主动向上级告警。
查询功能：监测系统软件可以查询各种历史记录。
存储功能：前端监测设备具备大容量数据存数功能；监测中心数据库可以记录
所有历史数据。
分析功能：水文、水质、气象等数据可以生成曲线及报表，供趋势分析。
6、系统集成
系统集成图及集成说明
a系统集成图
b集成说明：
实时监测系统采用三种不同观测设备集成，根据监测项目分别安置在水上和水下。水上部分有终端监视、气象观测系统，水下部分有水文和水质观测系统组成。水文、水质、气象实测数据通过传输电缆经接口装置送至终端监视系统，通过计算机对每项要素的计算处理，将所得观测的各要素以文字和图示的方式显示在桌面上，操作人员可将现场实测数据,实时提供给所需的对方。
7、监测点位电源供给
前端监测点位电源供给完全使用太阳能供电实现，配备2*50瓦实时太阳能供电系统，
并配备高性能大功率免维护蓄电瓶，确保15日内无日照情况下连续工作。
附件：
仪器简介：
1、阔龙多普勒流速剖面仪
“阔龙”（Continental）声学多普勒水流剖面仪提供
了更远的测量范围，600KHz阔龙能达到40米剖面范围。阔龙的出色设计令其体积不庞大，结实耐用，提供最高的性价比。阔龙的主机壳材料是耐蚀塑料，换能器外壳为钛合金。内部先进的数据采集器确保数据采集万无一失。阔龙可以和两个外部传感器通讯，共同工作。罗盘、倾斜仪、压力和温度传感器、9M存储器为标准配置。
典型应用如下：港口监测，海洋学研究，
近岸监测，浮标应用。
测量原理：
如右图所示声波讯号沿着相同的波束被发送及接收,根据
多普勒原理将水中的悬浮粒子的流速流向计算出来量测的流速为
该水层的平均流速。。
测量参数：
阔龙附带温度、压力、罗盘、倾斜仪等传感器，因此，阔龙可给
以下测量参数：
剖面流速（即剖面范围内的每一分层流速）
剖面流向（即剖面范围内的每一分层流向）
声散射强度（可用于分析估算泥沙含量）
水温、所处水深、仪器姿态、信噪比等测量
参数。
阔龙测流的优势：
优于传统的流速量测科技：
a)只要一个阔龙即能量测整个水层剖面流速
b)不需要考虑水层中的障碍物对仪器本身所造成的干扰
c)没有需替换的零件（如螺旋桨等）
d)不需作定期校正
e)不会因有附着物而产生量测误差
2、R.M.YOUNG气象监测站
R.M.YOUNG气象监测站为气候观测，流动气象观测
哨、短期科学考察、季节性生态监测等开发生产的多
要素自动气象站。可测量风向、风速、温度、湿度、
气压等常规气象要素；又可根据用户需求定制其他测
量要素。
主要应用于气象观测，科研教学，如防汛期间的堤坝、桥梁
等；又可作为环境科研监测观测仪器。
基本配置：
a.具有液晶显示功能的自动气象站监测仪
b.传感器（温度，湿度，风速，风向，气压）
c.三脚架
技术特点：
a)便携式结构设计，安装方便快捷。
b)测量精度高。
c)数据采集密度可设置
d)通讯方式灵活，用微机下载监测数据，EXCEL格式存储文件。
e)节能设计，充电电池供电（一次充电使用时间大于72小时），适于野外作业，也可配太阳能电池板，适合无电地区常年使用。
f)可对大气温度，环境湿度，露点温度，大气压力，平均风速风向，瞬时风速风向，太阳辐射，降水，时间等进行采集，存储，显示处理。
g)大容量数据存储器，连续存储整点数据3个月以上。
h)大屏幕图形液晶显示屏，一屏显示所有气象要素数据，便于现场直接观测。
3水质测量仪
YSI多参数水质监测仪
技术参数
溶解氧(%空气饱和度)：测量范围0至500%；分辨率0.1%；准确度(1)0至200%：读数之±2%或2%空气饱和度，以较大者为准(2)200至500%：读数之±6%
溶解氧(毫克/升)：测量范围0至50毫克/升；分辨率0.01毫克/升；准确度(1)0至20毫克/升：读数之±2%或0.2毫克/升，以较大者为准(2)20至50毫克/升：读数之±6%
电导率：测量范围0至100毫西门子/厘米；分辨率0.001至0.1毫西门子/厘米(视量程而定)；准确度读数之±0.5%+0.001毫西门子/厘米
温度：测量范围-5至50℃；分辨率0.01℃；准确度±0.15℃
酸碱度：测量范围0至14；分辨率0.01；准确度±0.2
氧化还原电位：测量范围-999至+999毫伏；分辨率0.1毫伏；准确度±20毫伏
盐度：测量范围0至70ppt；分辨率0.01ppt；准确度读数之±1.0%或0.1ppt，以较大者为准
深度(浅水)：测量范围0至9米；分辨率0.001米；准确度±0.018米
深度(中水)：测量范围0至61米；分辨率0.001米；准确度±0.12米
深度(深水)：测量范围0至200米；分辨率0.001米；准确度±0.3米
透气式水位：测量范围0至9米；分辨率0.001米；准确度0.003米
浊度：测量范围0至1,000NTU（深度：61米）；分辨率0.1NTU；准确度读数之±2%或0.3NTU,以较大者为准
主要特点
·多参数水质监测仪：体积小、功能强，适用于不同水体的多点采样、定点式数据采集、长期连续在线监测和剖面分析
·快速脉冲溶解氧传感器：YSI独有技术，读数不易受沾污影响，有效延长维护周期，30天校准漂移低于5%·溶解氧传感器无流速依赖性，不需搅拌，可真实反映静止生态水体的过饱和现象
·光学传感器自带清洁刷，有效消除气泡、减少沾污对测量的影响，同时也不受外界光线干扰
·叶绿素传感器提供的现场监测，可探测浮游植物的叶绿素状况，用于预测藻类生长状况和水营养状况·除深度传感器外，其余探头均可在现场更换、校准和维护
·非散失性存储器：数据不会因断电而丢失，可存储多达150,000个读数
·RS-232和SDI-12接口：可连接绝大部分数据记录采集平台、水质自动监测站和遥测系统
·EcoWatch数据分析软件：实时监测、数据处理、统计分析、生成报表，中英文版本免费随机赠送
仪器介绍
这是一款适用于多点采样测量、长期现场监测与剖面分析的多参数仪器，可同时监测多达17个参数。具有90天电池寿命与9组探头结构，其中包括两个供浊度、叶绿素或罗丹明探头同时安装的光学口。操作水深
达200米。
测量优势:
精度高、体积小、内存大、耗电省