一种浅水湖泊水下光场同步监测系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种浅水湖泊水下光场同步监测系统，该系统包括支撑小平台、供电系统、数据采集系统、数据传输系统和数据中心，所述支撑小平台包括小平台及建于小平台上的系统操作控制台；所述供电系统通过电线与数据采集系统和数据传输系统相连；所述数据采集系统包括水下光场采集仪器设备、配套仪器吊装架以及电控吊装升降系统，所述数据传输系统与数据采集系统连接。本实用新型的系统适合进行水下光场、固有光学属性以及环境要素含量的垂向剖面同步测量，为开展浮游植物垂向异质性对水下光场影响机制研究以及二类水体水色遥感生物光学模型闭合实验提供重要的野外实验平台。
【专利说明】一种浅水湖泊水下光场同步监测系统
【技术领域】
[0001]本实用新型属于环境遥感监测领域，涉及一种浅水湖泊水下光场同步监测系统。【背景技术】
[0002]通常情况下，研究人员通过分析其漫衰减系数来研究水体水下光场的，而求算漫衰减系数Kd时，大多数学者是以水体光学性质均一，下行辐照度Ed随水深呈指数衰减为前提，通过对不同深度处的下行福照度进行指数回归得到(Mobley C D, 1994 ；Huovinen P S等，2003 ;乐成峰等，2009 ;张运林等，2003)。
[0003]传统获取富营养化湖泊的水下光场信息的方法,是基于水体垂向均一的假设，通过目前野外监测结果分析，水体垂向均一的假设仅仅适用于风速偏大O 3.5m/s)的气象条件下，而在风速较小甚至风平浪静等有利于藻华形成的气象条件下，会出现显著的水体垂向分布不均一的情况，这种情况下依然选择基于水体垂向均一的假设会造成监测结果的巨大偏差，乃至影响到相关研究成果的准确性；
[0004]本系统利用吊装架真正实现了测量后项散射、光吸收乃至水质参数的时空的同步监测，解决了以往传统先后测量的数据同步误差，同时该系统操作简便，无需对操作人员有特殊体力要求即可完成相关监测(后项散射仪净重30kg、光吸收计净重10kg、水质仪净重5kg)。
[0005]本系统配合水体表面成像光谱系统对水体表面的同步监测，可以真正实现对二类水体水色遥感生物光学模型闭合实验的野外真实性检验，是湖泊水色遥感研究的重要的野外实验场。
实用新型内容
[0006]本实用新型的目的在于提供一种浅水湖泊水下光场系统，解决目前缺乏水下光场、固有光学属性以及环境要素含量的垂向剖面同步测量，为开展浮游植物垂向异质性对水下光场影响机制研究以及二类水体水色遥感生物光学模型闭合实验的野外实验平台，以及现场数据实时获取传输问题，是同步开展“空中传感器一水面光谱一水下光谱一水体水环境参数”的浅水湖泊遥感野外同步监测系统的重要组成部分。
[0007]本实用新型通过以下技术方案实现:
[0008]本实用新型公开了一种浅水湖泊水下光场同步测量系统，该系统包括支撑小平台、供电系统、水下光场及同步环境要素数据采集系统、数据传输系统、数据中心，所述支撑小平台包括由若干桩支撑的小平台4m2及建于小平台上的系统操作控制台；所述供电系统通过电线与数据采集系统和数据传输系统相连；所述数据采集系统包括水下光场采集仪器设备及其配套仪器吊装架，所述数据传输系统与数据采集系统连接。本实用新型的系统适合进行水下光场、固有光学属性以及环境要素含量的垂向剖面同步测量，为开展浮游植物垂向异质性对水下光场影响机制研究以及二类水体水色遥感生物光学模型闭合实验提供重要的野外实验平台。[0009]另外，根据本实用新型实施例的浅水湖泊水下光场监测系统可以具有如下附加的技术特征:
[0010]根据本实用新型的一个实施例，所述系统安装固定在面积4m2小平台上，供电系统以大平台系统的供电系统为依托，为数据采集系统的数据收集控制器以及数据传输系统提供动力，小平台的一侧安装吊装架。
[0011]根据本实用新型的一个实施例，数据采集系统包括仪器吊装架、电控吊装升降系统、后项散射仪、光吸收计以及水质仪等，其中，吊装塔架通过大底座安装固定在小平台一侦牝主立杆上通过旋转云台安装有2个支架臂，上面分别安装液压支杆和电控升降导轨；后项散射仪安装固定在吊装架南侧的支架臂吊钩上，光吸收计和水质仪同时吊装在另一支架臂吊钩上。
[0012]根据本实用新型的一个实施例，所述数据传输系统包括接线盒和通信模块，接线盒与通信模块相连接，通信模块与数据中心相连接。
[0013]根据本实用新型的一个实施例，所述数据中心设备主要包括一台安装有数据库的服务器和显不器。
[0014]根据本实用新型的一个实施例，所述数据传输系统通过3G无线网络连接数据中心，还可以实现数据中心对该监测系统的远程控制。
[0015]本实用新型具有以下优点:
[0016]1、系统安全稳定，由于采用大型管桩以及大量的警示及安全设施，极大的提高了整个平台系统抵御自然灾害(台风、洪水等)和人为破坏(船只碰撞、盗窃等)的能力；并能保证系统能在一种平稳的环境中运行，降低由于震动对设施设备的损耗；
[0017]2、供电系统的持久稳定,保障系统稳定运行。在水体环境中，电力供应一直是技术瓶颈。由于湖泊水下光场监测需要在晴好天气进行，因此，太阳能供电系统完全可以满足系统内所有仪器的供电要求。本系统采用太阳能电池板供电保障，使得同步监测系统能够在各种恶劣天气条件下维持监控和报警系统稳定运行。同时这套电力系统也足以保证多套功耗较大设施设备的能耗，极大的提高平台配置仪器设备的能力；
[0018]3、运行迅速稳定、维护方便。本系统采用吊装架辅助后项散射仪、光吸收计以及水质仪，可以在较短的时间内完成水面下不同深度处的水下光场及水质信息的同步采集工作，真正实现水下光场剖面信息的同步监测；系统所依托的平台与浮标相比，所建平台面积大且牢固，能够方便现场工作人员的日程维护，且能保证其安全性；
[0019]4、能够做到准确、同步捕捉不同深度处的湖泊水下光场信息及水质信息。
[0020]本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中:
[0022]图1a是根据本实用新型实施例的适用于浅水湖泊水下光场同步监测系统的结构示意正视图；
[0023]图1b是根据本实用新型实施例的适用于浅水湖泊水下光场同步监测系统的结构不意侧视图；
[0024]图1c是根据本实用新型实施例的适用于浅水湖泊水下光场同步监测系统的结构不意俯视图；
[0025]图2是根据本实用新型实施例的适用于浅水湖泊水下光场同步监测系统中的控制系统布直图；
[0026]图3是根据本实用新型实施例的适用于浅水湖泊水下光场同步监测系统的原理图。
【具体实施方式】
[0027]下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
[0028]实施例一
[0029]图la、lb、lc是本实用新型的结构示意图，如图所示，浅水湖泊水面成像光谱同步监测系统，该系统包括支撑小平台、供电系统、水下光场数据采集系统、数据传输系统、数据中心。
[0030]所述支撑小平台2须比所在水域历史最高水位高出lm，其由管桩I共计8根支撑，每根长8m，打入湖底约3m左右，上面铺设防腐木隔板(B卩小平台4m2)，平台一侧安装固定有吊装架18。此平台系统可以承受极大的负重，能够在台风洪水的袭击下保持足够的平稳性，且能够在高温高湿条件下长期存在。后项散射仪15、光吸收计16及水质仪17固定于吊装架18的不同吊钩下14。
[0031]保护设施包括小平台2上四周焊接保护围栏3，并在大平台系统外围设立防护围桩。此套保护设施可以更好的保护平台系统免受雷击、盗窃及船只碰撞等引起的破坏。保护围栏由钢柱和镀锌管构成，防护围桩主要由正方形水泥桩和镀锌管构成。
[0032]如图3所示，本系统的供电系统以大平台的太阳能供电系统为依托，可提供最大功率2kw，连续阴雨10天平均功率50W的不间断供电。整体系统由太阳能电池板、光伏控制器、蓄电池组、逆变器组成。太阳能电池板组采用4块240W的单片电池板，单片电池板开路电压37V，工作电压29V，工作电流8.5A，电池板组采用2串2并连接，输出电压约58V。光伏控制器为智能控制器，无需配置。蓄电池组采用8块12V150AH铅酸蓄电池，电池组由4串2并组成，可提供48V，300AH的供电能力。48V逆变器提供峰值输出功率2KW的单相逆变输出。
[0033]所述水下光场监测系统包括吊装架(3m) 18、电控导轨系统6、后项散射仪15、光吸收计16和水质仪17。其中，吊装架(3m) 18安装固定在小平台2的一侧，安装在吊装架上的电控导轨升降系统由钢丝绳12、吊臂8、滑轮13、电机11、云台10及控制系统6组成，由于工作环境在室外水面上，湿度较大，为了达到防腐的要求，导轨及运动部分采用304不锈钢材料，可保证长时间使用不腐蚀；驱动部分采用防护等级IP65的电动机及减速器，链条及链轮同样采用不锈钢材料；控制系统由高速单片机完成系统控制，长度传感器将滑车运动的深度实时送到单片机处理后由控制器面板上液晶显示屏显示出实时水下位置值。[0034]所述后项散射仪15、光吸收计16以及水质仪17可记录距离水面不同深度处的400-1000nm向上/向下辐照度、向上辐亮度、后项散射系数以及水温、浊度、藻蓝素、叶绿素
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[0035]所述数据传输系统以大平台系统的数据传输系统为依托，具体包括控制系统的通信模块和接线盒，所述后项散射仪15、光吸收计16以及水质仪17接入接线盒，接线盒通过导线和数据线与蓄电池组和通信模块相连接，数据通信模12块则负责将传感器收集数据暂存在本节点和通过3G网络传输给数据中心。数据中心设备主要是一台安装有数据库和发布网站的服务器及监视器构成。
[0036]尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解:在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。
【权利要求】
1.一种浅水湖泊水下光场同步监测系统，其特征在于，该系统包括支撑平台、供电系统、数据采集系统、数据传输系统和数据中心，其中 所述支撑平台包括由若干桩支撑的平台及建于平台上的系统操作台； 所述供电系统通过电线与数据采集系统和数据传输系统相连； 所述数据采集系统包括仪器吊装架、电控吊装升降系统、后向散射仪、光吸收计以及水质仪，其中，所述仪器吊装架通过大底座安装固定在平台一侧，所述仪器吊装架的主立杆通过旋转云台安装有2个吊臂，上面分别安装液压支杆和电控升降导轨；所述后向散射仪安装固定在所述仪器吊装塔架远离平台一侧的吊臂的吊钩上，所述光吸收计和水质仪同时吊装在靠近平台的一吊臂吊钩上； 所述数据传输系统与所述数据采集系统连接。
2.根据权利要求1所述的浅水湖泊水下光场同步监测系统，其特征在于，所述数据传输系统包括接线盒和通信模块。
3.根据权利要求1所述的浅水湖泊水下光场同步监测系统，其特征在于，所述数据中心包括数据库服务器和显示器。
4.根据权利要求1所述的浅水湖泊水下光场同步监测系统，其特征在于，所述数据传输系统通过3G无线网络连接数据中心。
【文档编号】G01N21/31GK203720076SQ201320747282
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2013年11月22日 优先权日:2013年11月22日
【发明者】张玉超, 马荣华, 段洪涛 申请人:中国科学院南京地理与湖泊研究所