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)測對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，物力和時間的投入，而且測量周期長，操作過程繁瑣，勞動強度大，難以實時，在線監(jiān)測河流含沙量的變化。
近年來隨著新產(chǎn)品新技術(shù)的不斷引進，針對河流泥沙的監(jiān)測積累了一些經(jīng)驗，取得了一些進展。目前，由我司研發(fā)的JBNS-100型 全自動泥沙在線監(jiān)測系統(tǒng)已正式投入使用，本套系統(tǒng)可以實現(xiàn)了含沙量和輸沙率的實時在線監(jiān)測。
二、全自動泥沙在線監(jiān)測系統(tǒng)簡介
JBNS-100型 泥沙在線監(jiān)測系統(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)督檢驗測試中心》水文儀器特性要求。
2.1系統(tǒng)特點：
v 可直接輸出測點泥沙含量值、水深、溫度值；
v 自動計算斷面平均含沙量與輸沙率，24小時連續(xù)在線監(jiān)測；
v 支持整合多個斷面泥沙傳感器數(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)范報表，可直接參與資料整編。
2.2測量原理
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)不受色度影響測定懸移質(zhì)泥沙含量，可直接輸出泥沙含量數(shù)據(jù)，實現(xiàn)實時在線監(jiān)測。
2.3 JBNS-100型 泥沙在線監(jiān)測儀
JBNS-100型 測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)不受色度影響測定泥沙含量濃度值，即可直接輸出泥沙含量數(shù)據(jù)，實現(xiàn)實時在線監(jiān)測。根據(jù)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：
? 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)準確；
? 可選配清潔刷自動清洗功能，減少傳感器維護量；
? 數(shù)字化傳感器，抗干擾能力強；
? 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，滿足不同測驗環(huán)境要求。
表1 JBNS-100型 泥沙傳感器規(guī)格
規(guī)格 | 詳細信息 |
尺寸 | 直徑90mm*長度 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 |
線纜：PVC |
防水等級 | IP68/NEMA6P |
測量范圍 | 0.001kg/m3-120kg/m3，可根據(jù)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，最大到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/多點校準 |
傳感器線 | 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6mm抗拉屏蔽線纜輸出數(shù)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 | 可實時顯示測量值并保存，可與系統(tǒng)報表對接 |
2.4數(shù)據(jù)采集與分析主機（含RTU功能）
系統(tǒng)主要功能如下：
（1）能自動采集及處理測沙傳感器監(jiān)測到的泥沙數(shù)據(jù)，并根據(jù)泥沙-斷沙率定公式自動計算斷面平均含沙量，支持導(dǎo)入斷面流量數(shù)據(jù)，自動計算斷面輸沙率，對泥沙進行24小時連續(xù)在線監(jiān)測，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的準確性、完整性、及時性和可靠性；
（2）可同時接收多個水文站（或監(jiān)測斷面）的泥沙含量數(shù)據(jù)，每個水文站（或監(jiān)測斷面）可同時支持多個JBNS-100型 傳感器；
（3）統(tǒng)計分析：實時監(jiān)測的數(shù)據(jù)可自動傳輸并存儲在中心數(shù)據(jù)庫，并可進行數(shù)據(jù)統(tǒng)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(guī)范》的多種報表，與Excel無縫對接；
（4）遠程控制：遠程修改參數(shù)，異常數(shù)據(jù)報警等，同時可根據(jù)用戶要求定制功能。
數(shù)據(jù)處理主機參數(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)級溫寬 |
內(nèi)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(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(diào)試串口 | 1路 | RS232 |
RS485接口 | 4路 | 可根據(jù)總線擴展N個接口 |
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，最高傳輸速度可達1Mbit/S |
RTC時鐘 | 高精度時鐘芯片 | 采用高精度RX8025時鐘芯片，后備電池，可以再斷電時保證時間不丟失 |
LED指示燈 | 2個 | 1個CPU工作心跳燈，1個用戶自定義燈 |
用戶按鍵 | 1個 | 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)級溫寬 |
工作濕度 | 5% ? 95% | |
結(jié)構(gòu)參數(shù) |
機盒尺寸 | 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，可用交流電對電池進行充電。蓄電池100AH，100W太陽能板供電。
2.6數(shù)據(jù)管理軟件
自動化接收處理軟件可安裝于中心站服務(wù)器、現(xiàn)場控制服務(wù)器，軟件系統(tǒng)采用架構(gòu)為C/S和B/S兩種模式，能接收測站發(fā)來的各項有關(guān)信息，并能遠程下載數(shù)據(jù)和設(shè)置測站工作參數(shù)。在非測流時間，能人工控制增加測次。根據(jù)測站實測數(shù)據(jù)生成《河流流量測驗規(guī)范》（GB50179-2015）、《水文資料整編規(guī)范》（SL247-2012）等現(xiàn)行水文規(guī)范、標準所需報表。
2、能實現(xiàn)在線測流功能，嚴格依據(jù)水文測驗規(guī)范及《水文資料整編規(guī)范》（SL247-2012）等現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范、標準要求，建立各相關(guān)要素數(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：軟件管理上進行權(quán)限分級，不同權(quán)限的管理者對其進行不同程度的操作。
三、安裝設(shè)計（現(xiàn)場照片）
JBNS-100型 安裝的目的是根據(jù)單點泥沙-斷沙率定關(guān)系計算出斷面平均含沙量，因此必須按規(guī)范布設(shè)在測驗河道斷面具有代表性的一點或具有代表性的垂線的多點上。JBNS-100型 為側(cè)視測量，安裝時需將儀器橫立式固定（傳感器面向下游），為使JBNS-100型 在低水時仍然能實時測量，安裝深度應(yīng)該低于最低水位。儀器將在固定位置測量河流含沙量，安裝時應(yīng)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(jù)現(xiàn)場情況定做支架，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(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）所有金屬的保護與防銹采用環(huán)氧樹脂涂料
3、 水密間隔保護：
1）密封防水電控室，保護數(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) 太陽能電池板；
b) 水密天線
c) 防撞擊警示燈和雷達反射器；
d) 具有很強的固著能力的錨系統(tǒng)；
1）GPS全球定位系統(tǒng)
可通過程序設(shè)定浮標經(jīng)緯度范圍（定位精度在15米以下，實時監(jiān)測浮標的經(jīng)緯度），一旦浮標漂離規(guī)定范圍，GPS測定后立即向預(yù)設(shè)電話報警，及時追回，有效的防止偷盜、錨纜斷裂等意外事件。接收衛(wèi)星信號，定位浮標的位置，同時，位置數(shù)據(jù)也會被數(shù)采器采集，與監(jiān)測數(shù)據(jù)一起發(fā)送至數(shù)據(jù)服務(wù)中心。通過位置數(shù)據(jù)，可以使監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)合地圖來顯示，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，每個菱形錨重達百公斤，具有極佳的固著力并便于回收，雙鏈為鋼纜和尼龍繩。穩(wěn)定錘裝有鋅保護陽極，保護儀器設(shè)備不受電化學(xué)腐蝕。
