实时气象水文浮标监测系统设计_精品文档资料下载.pdf

1、流速、流向、水温、水位）。相关测量参数：主要技术指标：海流：采用挪威 Nortek 公司生产的“阔龙”60 4 序号 名 称 测 量 范 围 准 确 度 1 流速：010m/s 测量值的0.5 2 流向：0360 测量值的1 3 温度:-4到 40-4到 40-0.1 4 姿态:3030以内 以内 2 5 压力：0200 米 0200 米 取样值的 0.25%气象：采用美国 RM Young 公司的气象测量设施，包括 HMP45C温湿度、05106 风速风向、SVS1能见度传感器，序号 名 称 测 量 范 围 准 确 度 1 温度：-39.2 to+60C 0.5 2 湿度：0.8 to 10

2、0%RH,非冷凝状态 1%RH 3 风向:360 3 度 4 风速:0-100 m/s（224 mph）0.3 m/s（0.6 mph）or 1%of reading 5 能见度：标准：30m-16 km 10%RMSE 6 气压：1100-600mbar 至 12,000 英尺 0.35（20 度）7 雨量 可测量 0.1mm 的降水增量 1%（10mm/小时）3%（10-20mm/小时）5%（20-30mm/小时）GPRS 无线通讯方式 5 C、系统集成 i 系统集成图 C、系统集成 i 系统集成图 a）流程图 6 b）现场示意图 ii 系统集成工作原理 1系统组成 ii 系统集成工作原理

3、 1系统组成 a.阔龙剖面流速仪组件 包括：阔龙剖面流速仪 b.气象参数采集组件：RM Young 公司的气象测量设施，包括 HMP45C 温湿度、05103 风速风向、SVS1 能见度传感器 c.数据采集器:包括一个 CR800 数据采集器和传感器接口 d.数据传输终端组件及浮标体 包括：GPRS 数据终端、太阳能电池板、警示灯、蓄电池等 e.采集中心控制组件及客户端控制组件 包括：预报中心采集服务器、调制解调器和客户终端机和调制解调器。2组件连接和系统工作流程2组件连接和系统工作流程 a.组件连接：气象参数：各传感器直接与 CR800数据采集器连接，然后再与浮标体上的 GPRS数据传输终端

4、之间直接连接，GSM 数据传输终端与采集服务器之间通过 GPRS 网络连接，GPRS 数据传输终端与采集服务器之间的连接通过 GSM 网络无线连接。水文参数：声学多普勒流速剖面仪阔龙与浮标体上的 GPRS 数据传输终端之间直接连接，GSM 数据传输终端与采集服务器之间通过 GPRS 网络连接，GPRS 数据 7 传输终端与采集服务器之间的连接通过 GSM 网络无线连接。b.组件功能：阔龙剖面流速仪采集剖面流速数据 流速测量范围：+/-10 米 测量流层层宽：0.5-2 米可选择 测量水深范围：0-50 米 最大数据输出更新率：1Hz 原始数据都会被储存于水中阔龙内存中，然后通过 GSM 调制解

5、调器传送回采集服务器 气象传感器采集相关的气温、湿度、风速、风向和能见度数据，并将采集数据数传输至 CR800 数据采集器，再通过 GSM 调制解调器传送回采集服务器。GPRS 数据传输终端用于完成阔龙与数据采集器之间的无线连接，实现和气象数据和阔龙采集水文数据的实时在线传输。数据采集服务器用于实时接收、数据显视、数据分析、数据处理。控制机通过 GPRS 调制解调器经 GSM 网络接受阔龙采集的所有资料，对每次流速测量，当资料搜集的行程完成后仪器会搜集将的资料数据存储至器内存中。当控制中心呼叫时，自动将数据发送出去。数据会存储于流速仪中直到接收到呼叫的讯号为止。假如主动的传输失败了，流速仪应该

6、自动回到量测状态。1）预报中心主机图像显示界面：显示界面由目录列（Menu Bar）、工具列（Tool Bar）、状态列（Status Bar）以及各别分开的统计数据画面所组成。包括以下画面显示：1）通讯状态（活动式卷帘，联机讯息等）。2）最近一次取得的数据（表列式 raw data）。3）最后的统计参数数据，包括流速、水温、姿态等 5）流速流向及波高波向数据的逐时变化图。6）流速数据时间序列剖面图、水温变化、压力（水位）变化、水中仪器目前位置变化数据（heading、pitch、roll 等）。（）远程数据传输 由于使用 GSM 网络传输数据，只要网络支持，可在任意地点拨叫 GSM 数据终端

7、获取数据。也可预报中心获取数据后，使用本地网络，将所接收的阔龙测量的数据再传输至别处。8 3电源 3电源（1）阔龙备用电力 碱性电池装在一个电池筒内。使用期间：每隔 1 小时取样一次资料可持续 3 个月。电池筒：接碱性电池，含水下可拆接头。（2）预报采集服务器和采集服务器 交流 220 伏 50Hz（3）浮标体上的电源：太阳能供电系统是由太阳电池产生的电能经控制器贮存在蓄电池中，夜晚经控制器、逆变器为负载提供可靠的电能。本系统采用环保无污染的太阳能供电系统，太阳能电池板为最为可靠的产品，系统配置：光伏组件、列阵接线箱、控制器、逆变器、蓄电池、系统状态监测接口 技术指标：整个光伏系统采用全自动控

8、制，无需人工操作。系统具有防过充、过放、限流等多重保护功能，可以为负载同时提供直流和交流供电电源。三、附件三、附件 1、阔龙相关原理介绍 1、阔龙相关原理介绍 阔龙声学多普勒海流波浪测量仪 2M/1M/600KHz Aquadopp Profiler“阔龙”图片 A：1 MHz“阔龙”性能指标 A：1 MHz“阔龙”性能指标 a.声波探头数：3 个声学换能器，三个波束与轴线夹角 25。b.系统工作模式：自容式、在线式两种工作方式。c.最大测量深度（范围）：25 米。d.剖面分层厚度：0.34 米（软件可调）。e.剖面分层数量：一般为 2050 个，最多 128 个。9 f.最快数据输出频率：1

9、 秒 g.仪器内采样频率：46Hz h.流速测量范围：最大10m/s 附带传感器：附带传感器：A 温度传感器：热敏电阻内置。操作环境：-4到 40。精度/分辨率：-0.1/0.01。响应时间：一般 10 分钟以内。B罗盘：液态 Flux-gate。最大倾角：30以内。2/0.1以内。C倾斜仪：液态水平仪。0.2/0.1以内。向上/向下：自动识别。D压力计：压力阻抗式（Poezoresistive）。量测范围：0100m 精度/分辨率：测量值的 0.25%/0.005%以内。B：“阔龙”工作原理 B：“阔龙”工作原理 如上图所示声波信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

10、流速流向计算出来，量测的流速为该水层的平均流速。因其声波束相当窄小所以没有旁波效应（sidelobe 即当声波束接近不同介质接口时所产生的偏折现象）。10 多普勒偏移及测量方式多普勒偏移及测量方式 “阔龙”是利用著名的多普勒频移的物理原理测量水流速度。如果视声源相对于接收器而移动，则其相对的声波传输频率会有所偏移。在阔龙中，这现象系以下列公式表示：所以当我们得知Doppler、Source、即可计算出 v。VFDopplerF Source（C/2）其中Doppler 所接收到频率的变化量，即所谓的多普勒偏移 Source “阔龙”所送出声波的频率 水流速度 音速（如在水中则为水中声速）在“阔

11、龙”中，同一声波探头系同时作为发声器及接收器。传出的声波会被水里的物体所反射，然后由同一声波探头所接收。此时探头所接收到回传的多普勒位移实际上为水中微细颗粒的两倍移动速度（相对于声波探头）所造成。这是因为阔龙上之声波探头既是发声源也是接收器，而当水中颗粒接收由探头传来的入射声波时因颗粒与探头的相对速度 V 产生了第一次的多普勒频移；然后当探头接收到此移动颗粒反射回来的声波时（此时的声波频率已经有多普勒频移）又因为颗粒与探头的相对速度 V 而产生了第二次的多普勒频移。阔龙声波探头传送出一个已知频率的声波脉冲，当此脉冲在水中行进时，会被水里的物体所反射。此种反射也就是散射，而此散射的强弱（即反射的

12、强度，是一个水中颗粒数量及大小的函数）即称为讯号强度（strength）或讯号振幅（Amplitude）。回传的讯号由声波探头所接收，阔龙经由计算频率的改变，来算出水中颗粒相对于探头的速度。“阔龙”声波探头会将大部分的声波能量集中在一条狭窄的波束中发送。水中颗粒经过各波束而测得的多普勒偏移，与颗粒本身的速度成一定的比例关系。而水流的速度可视为其所带动颗粒的速度；所有垂直于波束的颗粒移动都不会造成多普勒偏移。综合数个声波探头所得的速度，并且知道这些颗粒与探头的相对方向后，三度空间的速度即可算出。测量层（depth cells）的位置：在测量多普勒频移时，“阔龙”会发送一个脉冲。此脉冲沿着声波束传递，并在从阔龙离开时产生 回音。这个回音被接收后会先放大，再分割成小的 段落，每一个段落都对应一个量测到的速度层。在 决定速度层的确实位置时，有三项原则必须遵守：1.速度层的大小与位置，系由传输脉冲长度与所回 收到的回音段落大小所决定。就数学而言，速度层 是传输脉冲长度与回音段落的矩阵转换。2.速度层并非将该层内所有点都付予同样比重，而 是以向中心点靠近者逐渐增加其比重。当传输脉冲 与接收脉冲在阔龙中相符合时，比重函数会类似一 个三角形（如右图所示）。3.由于速度层所显示的速度是以该层向中心点靠近者 逐渐增加比重，因此我们以速度层三角比