一种用于测量水文综合信息的多功能浮标观测系统的制作方法

本发明涉及水文监测技术领域，更具体地说，它涉及一种用于测量水文综合信息的多功能浮标观测系统。

背景技术：

水文信息采集一般可分为两类，一种是对水文事件当时发生情况下实际观测的信息；另一种是对水文事件发生后进行调查所得到的信息。在水文信息采集中，以第一种采集为主，它是水文年鉴的重要数据来源。

水文信息能够为水上交通安全和航道管理和维护、工程建设、安全应急、智慧交通提供决策辅助支持，水文信息一般需要通过观测站进行观测得出，现有的观测装置功能较为单一，扩展性和兼容性均显得不足，难以满足水文信息监测的多方面需求。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种用于测量水文综合信息的多功能浮标观测系统，具有较好的扩展性和兼容性。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种用于测量水文综合信息的多功能浮标观测系统，包括:设置在岸上且用于收集岸上水文信息的岸基观测站、设置在水面上且用于收集水上水文信息的离岸浮标观测站和后台服务器，所述岸基观测站和离岸浮标观测站均与所述后台服务器通信连接。

可选的，所述岸基观测站包括：岸基供电模块、岸基控制模块、岸基通讯模块和岸基观测模块；所述岸基供电模块、岸基通讯模块和岸基观测模块均与所述岸基控制模块电连接；所述岸基通讯模块与后台服务器通信连接。

可选的，所述离岸浮标观测站包括：浮标本体、离岸供电模块和锚体，所述锚体设置于浮标本体的底部；所述浮标本体内设置有离岸通讯模块、离岸控制模块和离岸观测模块，所述离岸通讯模块、离岸供电模块和离岸观测模块均与离岸控制模块电连接；所述离岸通讯模块与后台服务器通信连接。

可选的，所述离岸观测模块包括：波浪观测单元、温盐观测单元和潮流观测单元；所述波浪观测单元、温盐观测单元和潮流观测单元均与所述离岸控制模块电连接。

可选的，所述波浪观测单元包括重力测波仪，所述重力测波仪固定在所述浮标本体内，所述重力测波仪与所述离岸控制模块电连接。

可选的，所述潮流观测单元包括声学多普勒流速剖面仪和两个换能器，两个所述换能器对称设置于所述浮标本体两侧的内底壁上，所述声学多普勒流速剖面仪和两个换能器均与所述离岸控制模块电连接。

可选的，所述温盐观测单元包括温盐仪，所述温盐仪固定在所述浮标本体内，所述浮标本体的底部设置有开口朝下的采集槽，所述采集槽的内壁开设有供所述温盐仪的探针伸出的安装孔，所述安装孔的内壁上设置有用于限制水进入安装孔内的单向瓣膜。

可选的，所述浮标本体内还设置有定位模块，所述定位模块与离岸控制模块电连接。

可选的，所述浮标本体上设置有仓门，所述仓门的侧壁上设置有密封条，所述仓门朝向浮标本体内壁的一侧设置有磁铁，所述浮标本体的内壁上设置有与所述磁铁相对应的霍尔传感器，所述霍尔传感器与离岸控制模块电连接。

可选的，所述浮标本体内还设置有水浸传感器，所述水浸传感器与离岸控制模块电连接。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

(1)系统可支持多种类型传感器，观测元素更多，选择空间更大，可根据实际需求合理选型使用；

(2)离岸浮标观测站布设灵活，可远离岸线布设，有效扩大了观测站布设范围，提升观测资料代表性；

(3)采用模块化设计，便于系统维护。

附图说明

图1是本申请设置在河流处的位置示意图；

图2是离岸浮标观测站的剖视结构示意图；

图3是图2中a的放大示意图；

图4是本申请的电路框架图。

图中：1、岸基观测站；2、离岸浮标观测站；3、后台服务器；4、岸基供电模块；5、岸基控制模块；6、岸基通讯模块；7、岸基观测模块；71、验潮仪；72、水流量传感器；73、流速传感器；74、含沙量测量仪；75、气象仪；8、浮标本体；9、离岸供电模块；91、蓄电池；92、太阳能充电板；10、锚体；11、离岸通讯模块；12、离岸控制模块；13、离岸观测模块；131、重力测波仪；132、温盐仪；133、潮流观测单元；1331、声学多普勒流速剖面仪；1332、换能器；14、采集槽；15、安装孔；16、单向瓣膜；17、定位模块；18、仓门；19、密封条；20、磁铁；21、霍尔传感器；22、水浸传感器；23、电缆；24、保护管道。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种用于测量水文综合信息的多功能浮标观测系统,如图1-4所示，包括:设置在岸上且用于收集岸上水文信息的岸基观测站1、设置在水面上且用于收集水上水文信息的离岸浮标观测站2和后台服务器3，所述岸基观测站1和离岸浮标观测站2均与所述后台服务器3通信连接。

在采集水文信息时，岸基观测站1在岸上收集近水的水文信息，并将近水的水文信息发送给后台服务器3；离岸浮标观测站2在航道上收集航道上的水文信息，并将航道上的水文信息发送给后台服务器3；后台服务器3根据岸基观测站1和离岸浮标观测站2的位置对水文信息进行整理，并将流域内的水文信息与实时地图进行叠加分析，从而对流域内的波浪、潮位、潮流等水文数据和水温、气温、大气压、电压、信号质量等测站环境数据进行显示；并且后台服务器3还可实现站点的实时地图显示、站点参数设置、站点数据及环境数据的图形显示、表格显示、叠加分析及统计分析等，方便管理用户实时掌握观测站信息，对其进行管理维护。后台服务器3还具有对岸基观测站1和离岸浮标观测站2进行管理、监控的功能，还具备基本的数据访问权限管理、数据浏览、数据查询、数据展示等功能。

在实际应用中，后台服务器3除了上述的基本管理功能外，还可增加对应风、浪、流、潮等数据统计分析功能，可预留基于实时数据修正的数值模拟预测预报接口，以便于面向应用的各项服务功能。

在实际应用中，本申请适用于河流、沿海以及海岛海域。若在离岸浮标观测站2上增加微波通信，卫星通信模块后，还适合远海应用。

进一步地，岸基观测站1包括岸基供电模块4、岸基控制模块5、岸基通讯模块6和岸基观测模块7；岸基供电模块4、岸基通讯模块6和岸基观测模块7均与岸基控制模块5电连接；岸基通讯模块6与后台服务器3通信连接。本实施例中的岸基控制模块为单片机。

岸基观测站1应配备验潮仪71、水流量传感器72、流速传感器73、含沙量测量仪74、气象仪75等多种传感器，结合移动数据通信、太阳能供电系统等，实现数据的实时观测与遥报。建设时可根据现场实际情况布设于码头、沿岸堤坝、灯塔等位置，其占用空间较小，对周围影响较小。具体的，搭配压力式潮位传感器时，为提升水位观测精度，宜在现场布设钢管式消浪井，同时采用通气管实现潮位数据的实时大气压修正；搭配气象传感器时，应充分考虑周围环境，避免遮挡等。

在实际应用中，岸基观测站1至少具有：安全可靠的岸基供电模块4，可采用市电经过稳压、降压后接入观测站供电系统，确保岸基观测站1的岸基控制模块5和岸基通讯模块6的供电正常；稳定可靠的岸基控制模块5，负责对观测站的各个子系统进行有效控制和管理，同时岸基控制模块5还具有存储器，当网络信号不好有数据丢失的情况下，仪器可自动将未发送成功的数据重新发送。同时，还可指定历史时间段进行历史数据重新传送；可靠的数据通讯系统，宜采用手机移动网络加卫星通讯相结合的方式进行数据传输；岸基观测站1配备的岸基观测模块7在选型时应充分考虑功耗，确保岸基供电模块4能持续有效地满足岸基观测模块7的供电要求；岸基观测站1还内置有gnss定位功能，并具有每天自动校时功能；岸基观测站1还具备防雷装置，其外置天线宜具备ipx67防水等级，雨雾天气能正常作业。

可选地，离岸浮标观测站2包括浮标本体8、离岸供电模块9和锚体10，锚体10设置于浮标本体8的底部，浮标本体8内设置有离岸通讯模块11、离岸控制模块12和离岸观测模块13，离岸通讯模块11、离岸供电模块9和离岸观测模块13均与离岸控制模块12电连接；离岸通讯模块11与后台服务器3通信连接。离岸控制模块12控制立案观测模块对水文信息进行采集，离岸控制模块12对采集的水文信息进行处理后控制离岸通讯模块11将处理后的水文信息发送给后台服务器3。

可选地，离岸观测模块13包括波浪观测单元、温盐观测单元和潮流观测单元133；波浪观测单元、温盐观测单元和潮流观测单元133均与离岸控制模块12电连接。

在实际应用中，离岸控制模块12采用采集与通信分行的结构，即采集模块与离岸观测模块13中的波浪观测单元、温盐观测单元和潮流观测单元133一一对应；采集模块将外接仪器数字化成规范格式，通信模块采用总线方式与多个采集模块通信，获取数据并进行存储与数据发送等，该结构系统扩展性强，各采集模块工作运行独立，任务简单固定，运行可靠，当遇到新功能需要扩展只需开发单独采集模块就行，无需整体修改，可加快系统的开发进程。

本实施例中的离岸控制模块12为单片机；离岸控制模块12主要完成数据采集、处理、存储、传输和过程控制，离岸控制模块12具备模块化、低功耗、快速度、高可靠的性能。离岸控制模块12根据一定的时序控制波浪观测单元、温盐观测单元和潮流观测单元133的加断电，采集及处理波浪观测单元、温盐观测单元和潮流观测单元133的信号，将处理后的数据通过离岸通讯模块11发送到后台服务器3，并将原始数据保存到存储器中，并随时响应波浪观测单元、温盐观测单元和潮流观测单元133的各类检测应答信号。

进一步地，波浪观测单元包括重力测波仪131，重力测波仪131固定在浮标本体8内，重力测波仪131与离岸控制模块12电连接。由于浮标本体8随波浪运动，浮标本体8内的重量测波仪通过测量海水质点沿重力方向的加速度经过二次积分后得到波高，即可测出表面的波参数。

进一步地，潮流观测单元133包括声学多普勒流速剖面仪1331和两个换能器1332，两个换能器1332对称设置于浮标本体8两侧的内底壁上，声学多普勒流速剖面仪1331和两个换能器1332均与离岸控制模块12电连接。离岸控制模块12控制声学多普勒流速剖面仪1331发出声波脉冲信号，声波脉冲信号与水体中悬浮的或随水体运动的散射体接触并发送反射，换能器1332对回波信号接收将声能转换为电能发送给离岸控制模块12，离岸控制模块12根据换能器1332传递的电信号进行计算得出反射体的运动速度，即可得到海流各层相对于散射体的流速剖面。

进一步地，温盐观测单元包括温盐仪132，温盐仪132固定在浮标本体8内，浮标本体8的底部设置有开口朝下的采集槽14，采集槽14的内壁开设有供温盐仪132的探针伸出的安装孔15，安装孔15的内壁上设置有用于限制水进入安装孔15内的单向瓣膜16。浮标本体8置于水面上时海水进入采集槽14内，温盐仪132的探针穿过单向瓣膜16进入采集槽14内，对采集槽14内的水体进行水温和盐度的测量；单向瓣膜16具有单向导通的作用，即浮标本体8内的温盐仪132的探针能够穿过单向瓣膜16进入采集槽14内，采集槽14内的水被单向瓣膜16阻挡无法进入浮标本体8内，能够避免浮标本体8内部进水。

可选地，浮标本体8内还设置有定位模块17，定位模块17与离岸控制模块12电连接。定位模块17对浮标本体8的位置进行实时定位，并传递给控制模块，离岸控制模块12控制离岸通讯模块11发送给后台服务器3；后台服务器3根据位置信息与设定位置进行比较，若当前位置与设定位置之间的距离超过预设距离，则发出位移报警，报警模式包括网络在线报警、收集短信息报警等多种模式，使管理人员第一时间获知报警信息。

可选地，为了方便对浮标本体8内的波浪观测单元、温盐观测单元和潮流观测单元133进行调整，本实施例中在浮标本体8上设置有仓门18，仓门18的侧壁上设置有密封条19，仓门18朝向浮标本体8内壁的一侧设置有磁铁20，浮标本体8的内壁上设置有与磁铁20相对应的霍尔传感器21，霍尔传感器21与离岸控制模块12电连接。由于水上难以对浮标本体8进行监控，故难以检测浮标本体8的仓门18被打开；而本实施例中通的霍尔传感器21在仓门18开启时检测到磁通量发生变化，并向离岸控制模块12发送电信号，离岸控制模块12控制离岸通讯模块11将仓门18开启的电信号发送给后台服务器3，后台服务器3接收到仓门18开启的电信号向管理人员发出报警。

可选地，由于浮标本体8内均为精密度较高的电子元器件，因此需要避免浮标本体8内进水，故在浮标本体8内还设置有水浸传感器22，水浸传感器22与离岸控制模块12电连接。当浮标本体8内进水时，水浸传感器22向离岸控制模块12发送电信号，离岸控制模块12控制离岸通讯模块11将进水信息发送给后台服务器3，后台服务器3收到浮标本体8内进水的电信号向管理人员发出报警。

可选地，浮标本体8布设宜直接沿用现有航道灯浮标位置，通过以定制测量所需专用浮标整体替换现有水面浮标方式，同时实现浮标本体8的航道导助航功能、测量功能。浮标本体8定制时，浮标本体8材质、直径、灯器、颜色及配套设施均与现有浮标保持一致，以保证所定制的专用浮标符合国际航道标志协会要求，满足航道导助航的需要。同时为各类测量传感器、控制系统、通信系统、供电系统等提供单独仪器舱，并确保各仪器舱的水密性、设备安全性。

可选地，离岸供电模块9、离岸控制模块12、离岸通讯模块11和离岸观测模块13之间的连接电缆23等应全部采用专用管道布置，并全部位于内部。在浮标表面看不到任何线缆，避免人为对电缆23的破坏以及复杂海洋环境对裸露电缆23的破坏。adcp等声呐观测设备应全部安装于浮标体内，基本无凸出部分，可有效减少设备受撞击损坏的风险。

可选地，离岸供电模块9包括蓄电池91和太阳能充电板92，太阳能充电板92与蓄电池91电连接，太阳能充电板92设置于浮标本体8的顶端，蓄电池91安装在浮标本体8内，太阳能充电板92通过电缆23与蓄电池91连接，电缆23外部设置有保护管道24。

在具体实施过程中，通过沿航道布设用于测量水文信息的岸基观测站1和离岸浮标观测站2，能够对航道潮位、潮流、波浪要素的进行一体化采集、远程传输、在线分析与动态共享，实现港口波浪、潮流、潮位等水文要素的全天候实时监测与信息化管理，为水上交通安全和航道管理和维护、工程建设、安全应急、智慧交通提供决策辅助支持。

本发明的一种用于测量水文综合信息的多功能浮标观测系统，可支持多种类型传感器，观测元素更多，选择空间更大，可根据实际需求合理选型使用；离岸浮标观测站布设灵活，可远离岸线布设，有效扩大了观测站布设范围，提升观测资料代表性；采用模块化设计，便于系统维护。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。