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一、系統(tǒng)應(yīng)用背景
河流懸移質(zhì)泥沙含量（含沙量）是重要的水文參數(shù)之一，河流含沙量監(jiān)測對于水利水電工程建設(shè)，水資源開發(fā)利用，水土流失治理，工農(nóng)業(yè)取水用水，水文預(yù)報等意義重大。目前水文上測量河流含沙量的主要方法是：人工取樣，使用烘干法測量含沙量。該方法從樣品的采集到分析，均需要大量人力，物力和時間的投入，而且測量周期長，操作過程繁瑣，勞動強度大，難以實時，在線監(jiān)測河流含沙量的變化。
近年來隨著新產(chǎn)品新技術(shù)的不斷引進，針對河流泥沙的監(jiān)測積累了一些經(jīng)驗，取得了一些進展。目前，由我司研發(fā)的JBNS-100型 全自動泥沙在線監(jiān)測系統(tǒng)已正式投入使用，本套系統(tǒng)可以實現(xiàn)了含沙量和輸沙率的實時在線監(jiān)測。
二、全自動泥沙在線監(jiān)測系統(tǒng)簡介
JBNS-100型 泥沙在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由泥沙傳感器、數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)（含RTU）、供電系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理軟件和安裝支架等組成。
傳感器滿足《水利部水文儀器及巖土工程儀器質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心》水文儀器特性要求。
2.1系統(tǒng)特點：
v 可直接輸出測點泥沙含量值、水深、溫度值；
v 自動計算斷面平均含沙量與輸沙率，24小時連續(xù)在線監(jiān)測；
v 支持整合多個斷面泥沙傳感器數(shù)據(jù)；
v 建立泥沙與水位、流量等相關(guān)的關(guān)系線；
v 直接生成水文規(guī)范報表，可直接參與資料整編。
2.2測量原理
本套系統(tǒng)所使用的傳感器基于組合紅外吸收散射光線法，通過逆投影成像技術(shù)，可以連續(xù)**測定水體中的懸移質(zhì)泥沙含量。按照紅外散射光線技術(shù)不受色度影響測定懸移質(zhì)泥沙含量，可直接輸出泥沙含量數(shù)據(jù)，實現(xiàn)實時在線監(jiān)測。
2.3 JBNS-100型 泥沙在線監(jiān)測儀
JBNS-100型 測沙傳感器基于組合紅外吸收散射光線法，通過逆投影成像技術(shù)可以連續(xù)**測定水體中的懸浮泥沙含量。按照紅外散射光線技術(shù)不受色度影響測定泥沙含量濃度值，即可直接輸出泥沙含量數(shù)據(jù)，實現(xiàn)實時在線監(jiān)測。根據(jù)使用環(huán)境可以選配帶自清洗功能和保護裝置。
傳感器突出特點：
? 傳感器采用多光束紅外散射光逆投影成像技術(shù)結(jié)合TES91算法；音叉震動與電磁感應(yīng)技術(shù)（高量程）；
? 內(nèi)設(shè)自診功能，**數(shù)據(jù)準確；
? 可選配清潔刷自動清洗功能，減少傳感器維護量；
? 數(shù)字化傳感器，抗干擾能力強；
? 泥沙同質(zhì)性標定與分析識別；
? 低量程范圍：0-45 kg/m3/120kg/m3，高量程范圍：5kg-2500kg/m3，可定制型號和量程，滿足不同測驗環(huán)境要求。
表1 JBNS-100型 泥沙傳感器規(guī)格
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規(guī)格 |
詳細信息 |
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尺寸 |
直徑90mm*長度 478mm |
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重量 |
6KG |
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主要材料 |
機身：鈦合金+POM+316L不銹鋼 |
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O型環(huán)：氟橡膠 |
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線纜：PVC |
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防水等級 |
IP68/NEMA6P |
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測量范圍 |
0.001kg/m3-120kg/m3，可根據(jù)定制量程 |
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測量精度 |
誤差小于測量值的±5% |
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耐壓范圍 |
≤0.3Mpa/0-30m水深標配，**到50米 |
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流速 |
≤5.0m/s |
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存儲溫度 |
-25到85℃ |
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測量環(huán)境溫度 |
0到55℃ |
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校準 |
斜率校準/多點校準 |
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傳感器線 |
標準整體電纜，可定制 |
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深度傳感器 |
量程：0-100M，精度：0.01M |
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溫度傳感器 |
量程：-20℃-120℃，精度：0.1℃ |
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電源 |
DC12V |
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輸出 |
通過6mm抗拉屏蔽線纜輸出數(shù)字信號 |
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顯示輸出 |
本地觸摸屏顯示，遠程WEB端顯示，手機APP查看 |
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軟件 |
可實時顯示測量值并保存，可與系統(tǒng)報表對接 |
2.4數(shù)據(jù)采集與分析主機（含RTU功能）
系統(tǒng)主要功能如下：
（1）能自動采集及處理測沙傳感器監(jiān)測到的泥沙數(shù)據(jù)，并根據(jù)泥沙-斷沙率定公式自動計算斷面平均含沙量，支持導入斷面流量數(shù)據(jù)，自動計算斷面輸沙率，對泥沙進行24小時連續(xù)在線監(jiān)測，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的準確性、完整性、及時性和可靠性；
（2）可同時接收多個水文站（或監(jiān)測斷面）的泥沙含量數(shù)據(jù)，每個水文站（或監(jiān)測斷面）可同時支持多個JBNS-100型 傳感器；
（3）統(tǒng)計分析：實時監(jiān)測的數(shù)據(jù)可自動傳輸并存儲在中心數(shù)據(jù)庫，并可進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，可生成逐日平均懸移質(zhì)輸沙率表和逐日平均含沙量表等符合《水文資料整編規(guī)范》的多種報表，與Excel無縫對接；
（4）遠程控制：遠程修改參數(shù)，異常數(shù)據(jù)報警等，同時可根據(jù)用戶要求定制功能。
數(shù)據(jù)處理主機參數(shù)如下：
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名 稱 |
參 數(shù) |
描述說明 |
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主要參數(shù) |
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CPU |
AM3352BZCZD60@600MHZ |
ARM Cortex-A8構(gòu)架，工業(yè)級溫寬 |
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內(nèi)存 |
256M DDR3 |
工業(yè)級溫寬：-40℃ ? +85℃ |
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NandFlash或e.MMC |
256MB SLC NandFlash/4GBe.MMC |
工業(yè)級溫寬：-40℃ ? +85℃ |
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數(shù)據(jù)接口 |
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百兆以太網(wǎng)接口 |
2路 |
2路10/100自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)接口 |
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3G/4G模塊接口 |
1路 |
用于擴展3G/4G通信模塊 |
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WIFI模塊接口 |
1路 |
2.4G WIFI |
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USB HOST |
2路 |
USB2.0高速 |
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TF卡接口 |
1路 |
支持大容量TF卡和MicrsSD卡，設(shè)計了熱拔插檢測，支持SD Memory Card協(xié)議v2.0 |
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SIM卡接口 |
1路 |
MICRO-SIM卡 |
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調(diào)試串口 |
1路 |
RS232 |
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RS485接口 |
4路 |
可根據(jù)總線擴展N個接口 |
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RS232接口 |
4路 |
與485復(fù)用 |
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CAN接口 |
2路 |
支持CAN2.0 Part A和2.0Part B，**傳輸速度可達1Mbit/S |
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RTC時鐘 |
高精度時鐘芯片 |
采用高精度RX8025時鐘芯片，后備電池，可以再斷電時**時間不丟失 |
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LED指示燈 |
2個 |
1個CPU工作心跳燈，1個用戶自定義燈 |
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用戶按鍵 |
1個 |
可自定義按鍵功能 |
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電氣特性 |
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輸入電壓 |
DC12V |
9-30V |
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工作溫度 |
-40℃ ? +85℃ |
工業(yè)級溫寬 |
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工作濕度 |
5% ? 95% |
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結(jié)構(gòu)參數(shù) |
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機盒尺寸 |
159mm×105mm×33mm |
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2.5供電系統(tǒng)
供電模塊通過太陽能電池板和蓄電池的供電方式，配備充電控制器，可用交流電對電池進行充電。蓄電池100AH，100W太陽能板供電。
2.6數(shù)據(jù)管理軟件
自動化接收處理軟件可安裝于中心站服務(wù)器、現(xiàn)場控制服務(wù)器，軟件系統(tǒng)采用架構(gòu)為C/S和B/S兩種模式，能接收測站發(fā)來的各項有關(guān)信息，并能遠程下載數(shù)據(jù)和設(shè)置測站工作參數(shù)。在非測流時間，能人工控制增加測次。根據(jù)測站實測數(shù)據(jù)生成《河流流量測驗規(guī)范》（GB50179-2015）、《水文資料整編規(guī)范》（SL247-2012）等現(xiàn)行水文規(guī)范、標準所需報表。
2、能實現(xiàn)在線測流功能，嚴格依據(jù)水文測驗規(guī)范及《水文資料整編規(guī)范》（SL247-2012）等現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范、標準要求，建立各相關(guān)要素數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)，并提供數(shù)據(jù)庫訪問權(quán)限及訪問技術(shù)支持。
3、管理要求：軟件管理上進行權(quán)限分級，不同權(quán)限的管理者對其進行不同程度的操作。
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