全自动泥沙在线监测系统

一、系统应用背景

河流悬移质泥沙含量（含沙量）是重要的水文参数之一，河流含沙量监测对于水利水电工程建设，水资源开发利用，水土流失治理，工农业取水用水，水文预报等意义重大。目前水文上测量河流含沙量的主要方法是：人工取样，使用烘干法测量含沙量。该方法从样品的采集到分析，均需要大量人力，物力和时间的投入，而且测量周期长，操作过程繁琐，劳动强度大，难以实时，在线监测河流含沙量的变化。

近年来随着新产品新技术的不断引进，针对河流泥沙的监测积累了一些经验，取得了一些进展。目前，由我司研发的JBNS-100型 全自动泥沙在线监测系统已正式投入使用，本套系统可以实现了含沙量和输沙率的实时在线监测。

二、全自动泥沙在线监测系统简介

JBNS-100型 泥沙在线监测系统主要由泥沙传感器、数据采集与传输系统（含RTU）、供电系统、数据管理软件和安装支架等组成。

传感器满足《水利部水文仪器及岩土工程仪器质量监督检验测试中心》水文仪器特性要求。

2.1系统特点：

v 可直接输出测点泥沙含量值、水深、温度值；

v 自动计算断面平均含沙量与输沙率，24小时连续在线监测；

v 支持整合多个断面泥沙传感器数据；

v 建立泥沙与水位、流量等相关的关系线；

v 直接生成水文规范报表，可直接参与资料整编。

2.2测量原理

本套系统所使用的传感器基于组合红外吸收散射光线法，通过逆投影成像技术，可以连续精确测定水体中的悬移质泥沙含量。按照红外散射光线技术不受色度影响测定悬移质泥沙含量，可直接输出泥沙含量数据，实现实时在线监测。

2.3  JBNS-100型 泥沙在线监测仪

JBNS-100型 测沙传感器基于组合红外吸收散射光线法，通过逆投影成像技术可以连续精确测定水体中的悬浮泥沙含量。按照红外散射光线技术不受色度影响测定泥沙含量浓度值，即可直接输出泥沙含量数据，实现实时在线监测。根据使用环境可以选配带自清洗功能和保护装置。

传感器突出特点：

Ø 传感器采用多光束红外散射光逆投影成像技术结合TES91算法；音叉震动与电磁感应技术（高量程）；

Ø 内设自诊功能，保证数据准确；

Ø 可选配清洁刷自动清洗功能，减少传感器维护量；

Ø 数字化传感器，抗干扰能力强； 

Ø  泥沙同质性标定与分析识别；

Ø 低量程范围：0-45 kg/m³/120kg/m³，高量程范围：5kg-2500kg/m³，可定制型号和量程，满足不同测验环境要求。

表1 JBNS-100型 泥沙传感器规格

2.4数据采集与分析主机（含RTU功能）

系统主要功能如下：

（1）能自动采集及处理测沙传感器监测到的泥沙数据，并根据泥沙-断沙率定公式自动计算断面平均含沙量，支持导入断面流量数据，自动计算断面输沙率，对泥沙进行24小时连续在线监测，实现数据采集的准确性、完整性、及时性和可靠性；

（2）可同时接收多个水文站（或监测断面）的泥沙含量数据，每个水文站（或监测断面）可同时支持多个JBNS-100型 传感器；

（3）统计分析：实时监测的数据可自动传输并存储在中心数据库，并可进行数据统计，可生成逐日平均悬移质输沙率表和逐日平均含沙量表等符合《水文资料整编规范》的多种报表，与Excel无缝对接；

（4）远程控制：远程修改参数，异常数据报警等，同时可根据用户要求定制功能。

数据处理主机参数如下：

2.5供电系统

供电模块通过太阳能电池板和蓄电池的供电方式，配备充电控制器，可用交流电对电池进行充电。蓄电池100AH，100W太阳能板供电。

2.6数据管理软件

自动化接收处理软件可安装于中心站服务器、现场控制服务器，软件系统采用架构为C/S和B/S两种模式，能接收测站发来的各项有关信息，并能远程下载数据和设置测站工作参数。在非测流时间，能人工控制增加测次。根据测站实测数据生成《河流流量测验规范》（GB50179-2015）、《水文资料整编规范》（SL247-2012）等现行水文规范、标准所需报表。

2、能实现在线测流功能，严格依据水文测验规范及《水文资料整编规范》（SL247-2012）等现行有关规范、标准要求，建立各相关要素数据表结构，并提供数据库访问权限及访问技术支持。

3、管理要求：软件管理上进行权限分级，不同权限的管理者对其进行不同程度的操作。

三、安装设计（现场照片）

JBNS-100型 安装的目的是根据单点泥沙-断沙率定关系计算出断面平均含沙量，因此必须按规范布设在测验河道断面具有代表性的一点或具有代表性的垂线的多点上。JBNS-100型 为侧视测量，安装时需将仪器横立式固定（传感器面向下游），为使JBNS-100型 在低水时仍然能实时测量，安装深度应该低于最低水位。仪器将在固定位置测量河流含沙量，安装时应该考虑漂浮物对仪器的造成的影响。

1、 固定式安装，采用不锈钢支架制作，根据现场情况定做支架，保证支架的强度。

2、 浮标式安装，浮体直径1.0-2.0米不等，浮力500-800公斤，坚固的构造：

1）高分子聚合材料浮体

2）热浸镀锌钢板和铝合金框架

3）所有金属的保护与防锈采用环氧树脂涂料

3、 水密间隔保护：

1）密封防水电控室，保护数据采集控制器与电池系统

2）密封O形环

3）不锈钢舱口盖

4、 全面的配置：

a) 太阳能电池板；

b) 水密天线

c) 防撞击警示灯和雷达反射器；

d) 具有很强的固着能力的锚系统；

1）GPS全球定位系统

可通过程序设定浮标经纬度范围（定位精度在15米以下，实时监测浮标的经纬度），一旦浮标漂离规定范围，GPS测定后立即向预设电话报警，及时追回，有效的防止偷盗、锚缆断裂等意外事件。接收卫星信号，定位浮标的位置，同时，位置数据也会被数采器采集，与监测数据一起发送至数据服务中心。通过位置数据，可以使监测数据结合地图来显示，使结果显示更加形象具体。

2）系留系统

配套固定及回收系统，并可根据水下不同的情况选择不同形式的锚和不同的抛锚方式，以双锚双缆锚泊系留系统为例，每个菱形锚重达百公斤，具有极佳的固着力并便于回收，双链为钢缆和尼龙绳。稳定锤装有锌保护阳极，保护仪器设备不受电化学腐蚀。该套系统具有耐久、维护少、便于回收的优点，并且能极大的提高安全度，不易被偷盗。3）系留稳定系统

浮标体配置稳定硾，稳定整个浮标系统，在海洋中大风大浪也不易倾斜翻到。即使被大浪打翻也能迅速回正，竖直仪器。

4）金属太阳能板等支撑架

采用镀锌钢支撑架。

四、数据处理

（1）比测

第一步，我们需要将测得的泥沙数据与人工测验含沙量进行对比。

（2）分析数据，确定系数

在得到一定的率定数据后（通常需要经历高、中、低含沙量），我们可以通过EXCE软件求出关系曲线和关系式。然后，我们只需要把关系式输入到在线自动监测平台中，即可得到24小时不间断的断面悬移泥沙含量数据。

应用JBNS-100型 在线数据与人工测验含沙量比测，建立关系，实现了含沙量监测的技术转化，变人工监测为在线自动监测，解放生产力，提高工作效率，实现含沙量实时连续在线自动监测，在线自动监测数据采集间隔可调，传递快捷，数据便以电脑储存整编。

五、JBNS-100型 泥沙在线监测仪的独特优势

1、在泥沙自动测量中最重要的是悬移质（悬浮颗粒物）的同质性，泥沙可以分为很多种，如：青沙、黄沙、棕沙等，它们的质量不同、颜色不同，对光的反射率也完全不同，所以如果采用同一种方式去测同质性完全不同的泥沙，得出的结果可能相差甚远。泥沙传感器做了大量实验，会根据不同流域对传感器进行分大类来标定分析，并将逆投影成像技术计算方写进传感器软件，这样得出最终结果的绝对误差会减小甚多。

2、JBNS-100型 泥沙传感器可以根据泥沙含量的多少设置自动单次清洗次数和清洗时间间隔。

3、JBNS-100型 泥沙传感器是直接根据质量来标定和计算，所以可以直接输出质量单位（mg/L或Kg/m³）。在测量泥沙含量时无需通过浊度（NTU）来换算成重量单位（mg/L或Kg/m³），测量结果更直观，无需换算。

六、系统配置清单