一种河口区水质定点观测装置

摘要

一种用于远程控制监测河口区水质的观测装置，包括一个漂浮在水上的安装浮台，安装在浮台上部的警示装置和无线通讯装置；安装在浮台下部的水质测量装置，以及锚定装置。其中，安装浮台具有倒锥台状的浮箱以及设置在浮箱上部的安装平台，在浮箱的回转中部具有通孔，安装平台的回转中央也具有通孔，浮箱的通孔与平台的通孔相联通；安装平台为空心状，并且安装平台的内部通过隔板分割出多个安装空间；在多个安装空间中设置有电源、控制器、数据采集器、数据处理器以及通信装置。并且为了保证观测装置的安全，在该平台上还设置有警示装置，该警示装置优选的选择为警示灯或者蜂鸣装置；该警示装置的报警信息可通过通信装置发送到远程控制平台。

说明书

技术领域

本申请设计一种水文观测设备领域，尤其涉及一种适用于远程控制监测河口区水质的观测装置。

背景技术

长江口是多种鱼、虾、蟹类的繁殖、索饵场所，也是洄游鱼类的必经之路，是生态平衡极其脆弱的海域。随着国民经济发展和城市人口的增长，长江河口区的污染状况日益严重，已严重威胁河口渔业和沿岸养殖业的发展。因此，为保护河口生态环境及渔业资源，进行长江河口生态环境的研究刻不容缓。获得长时间的、序列可靠的河口区的水质数据对生态环境的研究以及沿岸的养殖业的发展来说非常的重要。

文献1公开了一种浮力可调的浮动水质观测系统，由中空的浮标体和装载于中空的浮标体内部的探测仪器组成中空的浮标体包括框架和环绕在框架外部的浮体材料；框架由上、下两组相互平行的平面架和连接两组平面架的骨架组成；平面架由外轮廓架和内支撑架构成；内支撑架由若干在同一平面内由内向外呈规则放射状的支撑条组成，其内端连接在一中空短管外壁上，外端均与外轮廓架固定连接；骨架是若干根形状相同且长度相等的杆，每根杆两端分别与上、下两组平面架的外轮廓架固定连接，且各杆之间呈等间距分布；该水质观测系统结构轻巧、简便，而且形态可以根据需要而灵活多变，浮力可调，为繁重的科学考察工作带来了极大的便利。

文献2公开了一种水质观测站，包括：一浮台；一支架，固设于所述浮台；一滚筒，枢接于所述支架；一缆线，以一端连接于所述滚筒且受所述滚筒卷动而进行施放或收回；一水质量测仪，连接于所述缆线的另一端；及一整线装置，包括：一轴杆，与所述滚筒平行地枢接于所述支架，且与所述滚筒连动；及一整线单元，设置于所述轴杆上，且可相对于所述轴杆位移，具有一抵靠于所述缆线的抵靠件，及一夹设所述缆线且导引其施放或收回的导引件。通过轴杆与滚筒同步作动下带动整线单元相对于轴杆的位移,再通过整线单元的抵靠件与导引件的相互配合，使得缆线无论是在施放或是收回过程中，均能保持整齐，进而提高了测量的准确性。

专利文献1：CN104691707A；

专利文献2：CN204188605U。

发明内容

现有技术中存在有如下技术问题，浮台式水质测量仪在水中的位置相对固定，对不同水深的水质测量数据准确性不高，浮力可调式的测试仪，由于安装方式的原因，应用的范围并不是很广泛；而且，在现有技术中，需要对监测仪进行收放，从而测量并获得数据，这就使得测量仪的使用复杂；同时，现有技术中还存在以下的技术问题，定期抽样方法的分析数据，并不能准确的分析河口区水质的变化和污染物的特征，因此，水质监测领域需要开发一个能够实时测量、收集和监测河口区相关场所中污染物浓度和流速的系统，并能够将实时测量数据用作分析数据，实现长江河口区水质的监控，并对相关生态环境的研究提供基础的数据。

用于解决技术问题的方案：

本发明提供一种用于远程控制监测河口区水质的观测装置，其包括一个漂浮在水上的安装浮台，安装在浮台上部的警示装置和无线通讯装置；安装在浮台下部的水质测量装置，以及锚定装置。

其中，安装浮台具有倒锥台状的浮箱以及设置在浮箱上部的安装平台，在浮箱的回转中部具有通孔，安装平台的回转中央也具有通孔，浮箱的通孔与平台的通孔相联通。安装平台为箱型，并且安装平台的内部通过隔板分割出多个安装空间。在多个安装空间中设置有电源、控制器、数据采集器、数据处理器以及通信装置。为了保证观测装置的安全，在该平台上还设置有警示装置，该警示装置优选的选择为警示灯或者蜂鸣装置；优选的，该警示装置的报警信息可通过通信装置发送到远程控制平台。

其中，在浮箱的下部固定连接有监测装置安装筒，安装筒为具有中空部的圆筒形结构，安装筒的外周的轴向上具有安装凹槽，安装凹槽的数量为多个；每个安装凹槽的内部设置有相对应数量的测试杆，测试杆的一端部设置有水质测试仪；测试杆的另一端可通过铰接的方式连接在安装筒的安装凹槽的底端；也可以根据实际的结构选择其他合适的连接方式。测试杆在收起时，完全收纳在凹槽内；测试杆在完全展开时，水质测试仪的一端位于测试深度的最底部。

优选的，根据所在位置的水位的深度以及所需要测试的水质的深度，从而，可以将该测试杆设置成2-4节的折叠杆式，该2-4节折叠杆之间也通过铰接的方式连接。

当然，测试杆的安装结构不限于上述铰接的安装结构，另一种设置方式可以如下描述所示，测试杆为节状的外空心杆结构，在外空心杆中，可以套设有可以在外空心杆内，可以轴向移动的内空心杆；在最内侧的空心杆的底侧端部设置有水质测试仪。

优选的，根据所在位置的水位深度，可以将测试杆设置成2-4节的伸缩的方式。

上述测试杆通过驱动装置驱动展开和收起，如通过连杆或者齿轮的方式驱动展开和收回，驱动装置并不限于上述方式；优选的，控制器控制该驱动装置以固定的时间和固定的幅度驱动测试杆，使得测试杆能够往复的运动，从而能够测试不同深度的水质数据，保证监测到的数据的准确性。

本发明的安装平台、浮箱和安装筒的中空部联通，锚定绳穿过上述中空部；安装平台上设置有收放电机、传动装置和滚筒；该滚筒卷绕有锚定装置的绳索，在该连接滚筒上安装有扭矩监测单元，上述扭矩监测单元与控制原件连接，当涨潮水位上升时，由于绳索的拉力增大，滚筒受到的扭矩也变大，此时，控制器控制电机放出绳索；当退潮时，监测单元监测到滚筒受到的扭矩变小，控制单元控制电机收起绳索。通常，该控制策略选择模糊控制的方式，为了避免误操作，监测单元监测到的扭矩在某一范围内时，控制单元不会控制电机转动。当然，为了提高监测精度，可以通过河口区历史风浪等数据，设置上述扭矩的误差范围。优选的，上述绳索还可以选择带有弹性的绳索。

完全通过电机达到上述效果，显然会对电机的功率以及控制的要求提出的很高的要求，本发明则进一步的通过在滚筒上设置摩擦制动器和电磁缓速器，配合电机的控制，从而达到控制绳索扭矩的目的。具体结构包括，收放电机，收放电机的轴伸部依次连接有双向离合器、行星减速器、摩擦制动器、电磁缓速器以及滚筒，该滚筒卷绕有锚定装置的绳索。其中，行星减速器、摩擦制动器以及电磁缓速器均设置在滚筒的内部。

滚筒的内部设置与安装平台固定连接的固定轴，固定轴的两端套设有滚针轴承，行星齿轮架通过该滚针轴承支撑在固定轴上，行星齿轮架的延伸部在滚筒的外部设置有输入齿轮，行星架上设置有行星齿轮；固定轴上设置有与行星齿轮啮合的太阳轮，太阳轮固定安装在固定轴上；在滚筒内壁设置有与行星齿轮啮合的外齿圈。在行星架的相对于滚筒外侧的内侧固定设置有永磁盘，与永磁盘偏置间隙距离设置有电芯盘，该电芯盘由绕组制成，该电芯盘的绕组出线端连接有摩擦制动器电磁操作机构。

在固定轴上设置有摩擦制动器的支架，该支架具有左连杆和右连杆，其中右连杆的一端铰接在右安装套上，右安装套固定安装在固定轴上、左连杆同样以铰接的方式安装在左安装套上，左安装套以滑动的方式安装在固定轴上，在左安装套和右安装套之间设置有复位弹簧。

其中左安装套上固定有铁芯，该铁芯能够被电磁操作机构吸引，使摩擦制动器的左安装套能够克服弹簧的弹力，从而使摩擦离合器断开。通常情况下，该制动器为常闭式的制动器。制动力的存在使滚筒保持固定状态。

在左连杆和右连杆的另一端设置有摩擦块，在滚筒的内壁，与摩擦块径向相对应的位置设置有摩擦带。

其中的双向离合器设置成，水位上涨时间里，监测装置随着水位的上涨，滚筒的旋转放下绳索，此时的双向离合器旋转为断开状态，亦即，放锚定绳的操作无需电机的参与；当在退潮阶段时，即需要收绳时，双向离合器为结合状态。通过该操作方式，可以减少能量的损耗。

通常，锚定绳的收放控制策略选择模糊控制的方式，为了避免误操作，监测单元监测到的扭矩在某一范围内时，控制单元不会控制电机转动。当然，为了提高监测精度，可以通过河口区历史风浪等数据，设置上述扭矩的误差范围。优选的，上述绳索还可以选择带有弹性的绳索。

在安装平台的安装空间中设置有控制器、数据采集器、存储器、数据处理器以及远程通信装置，数据采集器从水质测试仪收集数据，并将测试到的数据传输到存储装置中，数据处理器对存储器中的数据进行处理，将处理后的数据通过远程通信装置，实时或者以固定的时间依次轮流的，传输到远程控制中心。

数据采集器还可以收集各仪器的数据，并对各仪器的状态进行监测，上述仪器包括电机，变速箱，电源等。

其中，在安装平台上还设置有警示装置，如警示灯或者蜂鸣装置，上述装置为常开的状态，避免航行的船只撞到，从而导致事故的发生。

其中，安装平台的安装空间内还设置有供给各种装置工作的电源，并且，安装平台的外部设置有塑料等复合材料制成的护罩，避免进水对各种装置的影响。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种远程水质监测系统，包括：一个或多个设置在河口区定点位置的水质测量装置，通过水质测量装置测量水质的具体参数，如水中颗粒物的浓度、污染物的浓度、微生物的浓度等，所需要测量的数据可以根据实际的监测需要进行调整，并输出测量值信号和仪器状态信号；从控制中心监控或控制一个或多个水质测量装置的远程控制命令的数据采集器，数据采集器实时收集测量值信号和仪器状态信号以创建和存储平均数据，并将平均数据传输到控制中心；水质监测装置，从水质测量仪中连续流过水样的样本，使水质测量仪器能够持续测量水质。

远程控制中心可以实时或者间隔部分时间采集测量值信号和仪器状态信号，可以创建和存储平均数据和实时数据，并可以管理数据采集器，控制中心可以通过执行一个或多个远程控制功能、数据采集/分析/存储功能、自动测量的数据管理功能、一般数据采集/存储/管理功能、预测/警告功能、确认自动测量数据的管理数据以及系统故障功能来监视和控制一个或多个故障。

远程控制中心可从数据传输请求、瞬时测量数据请求、存储数据请求、校正执行命令、校正值搜索命令、水质测量仪控制、时间更改请求、密码更改请求、数据采集器初始化命令中选择的一个或多个远程控制命令传输到数据采集器。以及用于监视一个或多个河口区，并分析其他数据的信息请求。

远程水质监测系统可进一步包括：当数据采集器的数量为一个或多个时，一个中间数据采集器收集一个或多个数据采集器的数据，并将数据传输到控制中心；和在每个数据采集器中释放的自输出装置，以输出测量仪器测量的测量值信号。

附图说明

图1为本发明观测装置的轴测视图；

图2为本发明观测装置的主视图；

图3为本发明的安装平台的俯视图；

图4为本发明的滚筒的结构示意图；

图5为本发明远程水质观测系统的示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面借助于附图描述本发明实施例；显而易见地，下述的附图仅仅是本发明的一些实施例，并非对本发明的限定。

参考附图1-3本发明提供一种用于远程控制监测河口区水质的观测装置，其包括一个漂浮在水上的安装浮台，安装在浮台上部的警示装置18和无线通讯装置，无线通讯装置在附图中未示出，器可以是本领域中的GSM、3G、4G等网络；安装在浮台下部的水质测量装置，以及锚定装置。

其中，安装浮台具有倒锥台状的浮箱20以及设置在浮箱20上部的安装平台10，在浮箱20的回转中部具有通孔，安装平台的中央也具有通孔，浮箱的通孔与平台的通孔相联通。安装平台10为空心状，并且安装平台的内部通过隔板分割出多个安装空间11,12,13。在多个安装空间中设置有电源、控制器、数据采集器、数据处理器以及通信装置。并且为了保证观测装置的安全，在该平台上还设置有警示装置18，该警示装置优选的选择为警示灯或者蜂鸣装置；优选的，该警示装置18的报警信息可通过通信装置发送到远程控制平台。其中，浮箱20的浮力控制在将安装平台10浮出水面W。

其中，在浮箱的下部设置有监测装置安装筒30，安装筒30为具有中空部的圆筒形结构，安装筒的外周的轴向上具有安装凹槽，安装凹槽的数量为多个，本实施例中为4个；每个安装凹槽的内部设置有相对应数量的测试杆40，测试杆40的端部设置有水质测试仪50；

测试杆为节状的外空心杆结构，在外空心杆中，可以套设有可以在外空心杆内，可以轴向移动的内空心杆；在最内侧的空心杆的底侧端部设置有水质测试仪50。

优选的，根据所在位置的水位深度，可以将测试杆设置成2-4节的伸缩的方式。

在另一个实施例中个，测试杆40的另一端通过销钉较接在安装筒的安装凹槽的底端。测试杆在收起时，完全收纳在凹槽内；测试杆在展开时，水质测试仪的一端位于测试深度的最底部。

根据所在位置的水位的深度以及所需要测试的水质的深度，从而，可以将该测试杆40设置成2-4节的折叠杆式，可以设置成如雨伞骨架式折叠，该2-4节折叠杆之间也通过铰接的方式连接。

上述测试杆通过驱动装置驱动展开和收起，如通过连杆或者齿轮的方式驱动展开和收回，驱动装置并不限于上述方式；优选的，控制器控制该驱动装置以固定的时间和固定的幅度驱动测试杆，使得测试杆能够往复的运动，从而能够测试不同深度的水质数据，保证监测到的数据的准确性。

参见附图2，安装平台10、浮箱20和安装筒30的中空部联通，所述锚定绳60穿过上述中空部，锚定绳的底部设置有固定锚61；参见附图3，安装平台上设置有收放电机14、滚筒17；该滚筒卷17绕有锚定装置的绳索，在该连接滚筒17上安装有扭矩监测单元，上述扭矩监测单元与控制器连接，当涨潮水位上升时，由于绳索的拉力增大，滚筒受到的扭矩也变大，此时，放出绳索；当退潮时，监测单元监测到滚筒17受到的扭矩变小，控制单元控制电机14收起绳索。通常，扭矩的控制策略选择模糊控制的方式，为了避免误操作，监测单元监测到的扭矩在某一范围内时，控制单元不会控制电机转动。当然，为了提高监测精度，可以通过河口区历史风浪等数据，设置上述扭矩的误差范围。优选的，上述绳索60还可以选择带有弹性的绳索。

参见附图3和附图4，其中，滚筒17的结构包括，收放电机14，收放电机14的轴伸部依次连接有双向离合器16、行星减速器100、电磁缓速器、摩擦制动器200，滚筒17卷绕有锚定装置的绳索60。其中，行星减速器100、摩擦制动器200以及电磁缓速器均设置在滚筒17的内部。

滚筒17的内部设置有与安装平台10固定连接的固定轴15，固定轴15的两端套设有滚针轴承109，行星减速器100上的行星齿轮架103通过滚针轴承109支撑在固定轴15上，行星齿轮架103的延伸部在滚筒的外部设置有输入齿轮101，该输入齿轮101可以根据实际的传动布置设置成圆锥齿轮或者直齿轮，行星齿轮架103上设置有行星齿轮102；固定轴15上固定设置有与行星齿轮啮合的太阳轮；在滚筒17内壁设置有与行星齿轮102啮合的外齿圈104。在行星架103的相对于滚筒外侧的内侧固定设置有永磁盘105，与永磁盘105偏置间隙距离设置有电芯盘106，该电芯盘106由绕组制成，该电芯盘106的绕组出线端连接有摩擦制动器电磁操作机构107，该电磁操作机构107的侧边设置有缓冲垫圈108。

在固定轴15上设置有摩擦制动器200的支架，该支架具有左连杆202和右连杆203，其中右连杆203的一端铰接在右安装套204上，右安装套204固定安装在固定轴15上、左连杆202同样以铰接的方式安装在左安装套201上，左安装套201以滑动的方式安装在固定轴15上，在左安装套202和右安装套203之间设置有复位弹簧207。

其中左安装套201上固定有铁芯，该铁芯能够被电磁操作机构107吸引，通过上述吸引力使摩擦制动器200的左安装套201能够克服弹簧207的弹力，从而使摩擦制动器200断开，缓冲垫圈108用于对左安装套201进行缓冲。通常情况下，该摩擦制动器200为常闭式的制动器。制动力的存在使滚筒17相对于固定轴保持固定状态。

其中的双向离合器16设置成，水位上涨时间里，监测装置随着水位的上涨，滚筒的旋转放下绳索，此时的双向离合器旋转为断开状态，亦即，放锚定绳的操作无需电机的参与；当在退潮阶段时，即需要收绳时，双向离合器为结合状态。通过该操作方式，可以减少能量的损耗。

在左连杆202和右连杆203的另一端设置有摩擦块205，在滚筒17的内壁、与摩擦块205径向相对应的位置设置有摩擦带206。

如前述所描述的，安装平台10、浮箱20和安装筒30的中空部联通，所述锚定绳60穿过上述中空部，在锚定绳60的底部设置有锚61；在该滚筒17上安装有扭矩监测单元，通过扭矩监测单元控制滚筒的收放，其中上述滚筒的控制策略选择模糊控制的方式，为了避免误操作，将电机14启动的扭矩设置在某一范围内时，在上述范围内，控制单元不会控制电机14转动。当然，为了提高监测精度，可以通过河口区历史风浪等数据，设置上述扭矩的误差范围。优选的，上述绳索60还可以选择带有弹性的绳索。

参见附图5，在安装平台10的安装空间11,12中设置有控制器、数据采集器、存储器、数据处理器以及远程通信装置，数据采集器从水质测试仪收集数据，并将测试到的数据传输到存储装置中，数据处理器对存储器中的数据进行处理，将处理后的数据通过远程通信装置，实时或者以固定的时间依次轮流的，传输到远程控制中心。

数据采集器还可以收集各仪器的数据，并对各仪器的状态进行监测，上述仪器包括电机，变速箱，电源等。

其中，在安装平台上还设置有警示装置18，如警示灯或者蜂鸣装置，上述装置为常开的状态，避免航行的船只撞到，从而导致事故的发生。

其中，安装平台10的安装空间11、12内还设置有供给各种装置工作的电源，并且，安装平台的外部设置有塑料等复合材料制成的护罩19，避免进水对各种装置的影响。

图5是根据本发明的水质测试系统示意图，说明远程水质观测系统的图。参考图5，远程水质监测系统是一个系统，其示出了两个监测装置点300的示意图，系统通过正常测量从被指定的工作场所的水质，并将水质测量仪器50与控制中心406的主计算机在线连接，通过使用水质测试仪50采集样品，该系统可以24小时监测污染物排放情况。

远程水质监测系统包括河口区测试点200，监测装置点300，中间数据采集器400，自输出装置401个，控制中心406。监测装置点300测量水污染物，并将数据传输到控制中心406，通过虚拟专用网络402和406收集和管理数据，保证监测装置点300和互联网404的通信和安全。

河口区测试点200为所需要测试的点，河口区测试点可根据实际的数据或者历史的水质数据情况进行更换。

监测装置点300包括样品滤水装置301、流量计302、测试仪器303、驱动装置304和数据采集器305，用于测量河口区的水质情况的测试仪器303，包括生物测试设施和化学测试设施。

滤水装置301滤过从测试点200的水质样本，用于使用测量仪器303进行分析，流量计302在河口区测试点200中处理，用于测量河口区测试点200的水量，并将水流数据传输给数据采集器305，通过测试水流数据对水质的数据进行修正。

测量仪器303从滤水装置301接收样品，实时测量河口区测试点200的"污染物浓度"，并将测量仪器303的测量信号和"状态信号"传输到控制中心406。

驱动装置304根据流量仪器303的以及水质的数据，响应控制中心406的命令，使测量仪器303能够测量不同深度的数据。

驱动装置304可以是一种用于连续或者间隔时间调整测试仪器303的装置，用于测量不同深度污染物的浓度，分析采集的样品很长一段时间，并将数据提交到控制中心406。

数据采集器305接收从流量计302、测量仪器303和驱动装置304传输的数据，收集和存储流量计302和测量仪器303测量的数据，并将数据传输到控制中心406，并命令驱动装置304响应控制中心406的命令。

中间数据采集器400在提供多个数据采集器305时接收来自多个数据采集器305的数据，用于将接收的数据传输到控制中心406。

备用接口401连接到测量仪器303或中间数据采集器400，是一个系统，用于允许其他的设备通过备用结构401创建的测量数据，并为控制中心利用，来修正水质数据。

控制中心406提供来自测量点300的数据采集/分析/存储功能、远程控制功能、自动测量的数据管理功能、一般数据采集/存储/管理功能、预测/警告功能、确认自动测量数据管理数据的功能以及系统故障预防功能。

测量仪器303作为数据日志传输到数据采集器305的测量数据实时存储。

存储的测量数据以存储在数据采集器305中的5分钟平均数据和时间平均数据创建。此时，测量仪器303、流量计302、驱动装置304的状态信息，也传输到数据采集器305中并存储。

数据采集器305存储接收的测量数据和状态信息30天或更长时间，并根据控制中心406的要求或预定的时间间隔将接收到的测量数据和状态信息传输到控制中心406。

当数据由于虚拟专用网络402和405以及Internet404等的交通堵塞而未传输时，控制中心406会将非传输数据的重新传输请求传输到数据采集器305或中间数据采集器400。

如图5所示，控制中心406和数据采集器305或中间数据采集器400使用无线网络GSM、3G、4G和虚拟专用网络(包括第一个VPN402和第二个VPN405)相互通信，用于测量数据的安全性。

远程水质监测系统根据本发明测量的项目包括pH、有机材料、SS、T-N、T-P、流速等；滤水装置301连接一个100μm或以上的过滤器，用于去除有机样品中的掺杂物，但不应影响水污染物的浓度。

测量仪器303是测量pH值、有机材料、SS、T-N、T-P和流速的仪器。根据测量仪器303的特性，可以提供过滤分析样品的预处理装置。

电气控制器306是运行远程水质监测系统或控制电源所需的部分电源。由于远程水质监测系统通常以无人方式运行。

数据采集器305由控制中心406控制，构建远程水质监测系统。更具体地说，在构建远程水质监测系统时，数据采集器305应该能够将测量仪器303测量的数据和状态信息传输到控制中心406，并应该能够远程控制驱动装置304，以回应控制中心406的远程命令。

测量的数据主要通过无线网络传输。

另一方面，测量地点300应具有能够阻挡雨水和风的环境条件，适合测量仪器303，并应考虑到维护空间来设计。当测量仪器303由于某些地理原因与河口区测试点200分开时，滤水装置301中过滤水的性质可能会发生变化，因此测量结果可能会出错。设置位置检测装置，如GPS装置也是必要的，可通过GPS的信息修正检测数据。

本发明应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。本说明书内容不应理解为对本发明的限制。