水文站组合测流数据采集传输系统、预警系统的制作方法

1.本实用新型属于水质监测技术领域，具体涉及一种水文站组合测流数据采集传输系统、预警系统。


背景技术：

2.水污染不仅会影响环境，也会极大地危害人类健康，所以必须做好水污染的防治工作，水质监测就是其中必不可少的关键环节。目前的水质监测方法主要有人工采样监测法、水质监测站监测法、无线遥感监测法、无线传感器网络监测法等。其中人工采样监测法和水质监测站监测法存在人员工作量大、监测成本高、实时性差等缺点；无线遥感监测法存在监测成本高、不能量化到具体监测指标等缺点；而现有的基于gprs等技术的无线传感器网络监测法存在设备功耗较大、监测成本昂贵等缺点。
3.传统的远距离传输信号方式有rs232有线方式，传输距离小于20米；rs485有线方式，传输距离最远达1000米；4
‑
20ma电流有线方式传输，距离约几百米；水利行业专用230mhz超短波电台方式，传输距离根据发射功率从几百米到几十公里不等。水情信息短距离传输（水利枢纽、涵闸群、水文站内）主要采用rs232有线、rs485、电流环、水利超短波、内部局域网、光纤等通讯方式。针对目前现有的水情信息传输，现有的传输方式都存在一定的缺陷，分析如下：rs232/485及4
‑
20ma电流、光纤等有线方式都需要进行布线，在水利枢纽、涵闸群、水文站内实现有线方式就需要采用地埋铺设或者架空布线方式。其缺点主要是硬件实现起来比较繁琐，而且有线方式穿越道路，或地埋或架空，容易被损坏或破坏。水利超短波电台方式可以无线传输，但是超短波电台水利频段在使用时需要无线电管理备案，并且本身设备价格较贵，天线也易遭受雷击等灾害性天气影响。gsm/gprs、卫星等无线方式传输，是基于公网的数据通信业务，对应用者其维护工作量小，但应用时将产生通信费用且后续费用将一直存在。但是对于水利枢纽、涵闸群、水文站内短距离传输目前基本没有特别方便的传输方法。对于雨量、水位、闸位、流量等信息，基本采用超短波进行传输，并且需要规划附近站点的频率资源。对于雨量、蒸发等水文信息，基本采用有线传输，需要布设线缆。在部分站点曾经尝试过无线wifi、zigbee等高频通讯方案，因为通讯距离、组网方式等，应用方面成功经验不多，阻碍了水情监测前端设备智慧化程度。
4.并且现在的水文站监控往往忽略汛期对汇入水域的地表径流量进行监控，无法做到很好的预警监控功能。
5.因此，亟需开发一种新的水文站组合测流数据采集传输系统、水文站预警系统及工作方法，以解决上述问题。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的是提供一种水文站组合测流数据采集传输系统、水文站预警系统及工作方法。
7.为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种水文站组合测流数据采集传输系
统，其包括：至少一个lora无线传感采集节点、lora网关和服务器；其中各lora无线传感采集节分布于相应水域内，所述lora网关设置于水文站内；各lora无线传感采集节分别采集相应水域处水质数据，并无线发送至lora网关；以及所述lora网关适于收集各处水域的水质数据，并上传至服务器。
8.进一步，所述lora无线传感采集节点包括：安装架、控制板和与控制板电性相连的采集机构；所述控制板、采集机构固定在安装架上，且采集机构伸入水域内；所述采集机构适于采集该处水域的水质数据，并通过控制板远程发送至lora网关。
9.进一步，所述控制板包括：第一处理器模块、lora传输模块；所述采集机构包括：与第一处理器模块电性相连的溶解氧传感器；所述溶解氧传感器适于采集水域处溶解氧数据，以发送至第一处理器模块，即所述第一处理器模块通过lora传输模块无线发送至lora网关。
10.进一步，所述溶解氧传感器通过溶解氧变送器将溶解氧测量信号传输至第一处理器模块。
11.进一步，所述采集机构还包括：与第一处理器模块电性相连的电导率传感器；所述电导率传感器适于采集水域处电导率数据，以发送至第一处理器模块。
12.进一步，所述采集机构还包括：与第一处理器模块电性相连的ph传感器；所述ph传感器适于采集水域处ph值数据，以发送至第一处理器模块。
13.进一步，所述第一处理器模块通过rs232串口对lora传输模块进行参数配置和数据通信。
14.进一步，所述lora传输模块包括：与第一处理器模块电性相连的无线射频芯片和rf天线；所述无线射频芯片适于接收第一处理器模块传输的水域处水质数据，并通过rf天线远程发送至lora网关。
15.进一步，所述水文站内还设置有与lora网关电性相连的服务器。
16.又一方面，本实用新型还提供了一种水文站预警系统，包括：若干个地表径流监测单元，以及水文站；其中所述水文站采用水文站组合测流数据采集传输系统；
17.所述地表径流监测单元分布在水域四周坡面上，以检测从坡面进入水域的地表径流量，并将地表径流量发送给服务器汇总；
18.所述服务器适于监控汇入水域的地表径流量。
19.第三方面，本实用新型还提供了一种水文站预警系统的工作方法，包括：监控水域四周坡面进入水域的地表径流量，并将地表径流量发送给服务器汇总；所述服务器适于监控汇入水域的地表径流量。
20.本实用新型的有益效果是，本实用新型通过在水文站内架设lora网关，并通过在各水域处设置lora无线传感采集节点，能够实现远距离采集各水域内水质数据，并且采用lora无线传输能够达到远距离、低功耗、低传输速率、低成本的目的，非常适用于远程无线水质监测领域；并且能够实时监控水域四周坡面进入水域的地表径流量，并将地表径流量发送给服务器汇总，服务器能够及时反馈汇入水域的水量数据，做到很好的预警监控效果。
21.本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。
22.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并
配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
23.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1是本实用新型的水文站组合测流数据采集传输系统的原理框图；
25.图2是本实用新型的lora无线传感采集节点的结构图；
26.图3是本实用新型的lora无线传感采集节点的原理框图；
27.图4是本实用新型的水文站预警系统的原理框图；
28.图5是本实用新型的地表径流监测单元的斜坡安装示意图。
29.图中：
30.安装架1、控制板2、采集机构3、地表径流监测单元4。
具体实施方式
31.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
32.图1是本实用新型的水文站组合测流数据采集传输系统的原理框图。
33.在本实施例中，如图1所示，本实施例提供了一种水文站组合测流数据采集传输系统，其包括：至少一个lora无线传感采集节点、lora网关和服务器；其中各lora无线传感采集节分布于相应水域内，所述lora网关设置于水文站内；各lora无线传感采集节分别采集相应水域处水质数据，并无线发送至lora网关；以及所述lora网关适于收集各处水域的水质数据，并上传至服务器。
34.在本实施例中，lora网关可以采用但不限于是sim900a型网关。
35.在本实施例中，通过采用lora无线传感采集节点、lora网关具有低功耗、远距离传输、寿命长等优点，使其在水情监测方面的有着巨大的优势，成本低廉也使其能够大范围、多节点的部署，使水情监测现状能够得到改善，大大的方便了区域范围内各种数据的传输，为水利信息化建设增添了新的技术手段。
36.在本实施例中，本实施例通过在水文站内架设lora网关，并通过在各水域处设置lora无线传感采集节点，能够实现远距离采集各水域内水质数据，并且采用lora无线传输能够达到远距离、低功耗、低传输速率、低成本的目的，非常适用于远程无线水质监测领域。
37.图2是本实用新型的lora无线传感采集节点的结构图；
38.图3是本实用新型的lora无线传感采集节点的原理框图。
39.在本实施例中，如图2、图3所示，所述lora无线传感采集节点包括：安装架1、控制板2和与控制板2电性相连的采集机构3；所述控制板2、采集机构3固定在安装架1上，且采集机构3伸入水域内；所述采集机构3适于采集该处水域的水质数据，并通过控制板2远程发送
至lora网关。
40.在本实施例中，所述控制板2包括：第一处理器模块、lora传输模块；所述采集机构3包括：与第一处理器模块电性相连的溶解氧传感器；所述溶解氧传感器适于采集水域处溶解氧数据，以发送至第一处理器模块，即所述第一处理器模块通过lora传输模块无线发送至lora网关。
41.在本实施例中，第一处理器模块可以采用但不限于是stm32系列单片机。
42.在本实施例中，溶解氧传感器可以采用但不限于是kds
‑
25b型溶解氧传感器。
43.在本实施例中，所述溶解氧传感器通过溶解氧变送器将溶解氧测量信号传输至第一处理器模块。
44.在本实施例中，溶解氧变送器可以采用但不限于是dob
‑
300溶解氧变送器，便于测量和传输的标准化信号。
45.在本实施例中，所述采集机构3还包括：与第一处理器模块电性相连的电导率传感器；所述电导率传感器适于采集水域处电导率数据，以发送至第一处理器模块。
46.在本实施例中，电导率传感器可以采用但不限于是恩德斯豪斯数字电导率传感器cls16d。
47.在本实施例中，所述采集机构3还包括：与第一处理器模块电性相连的ph传感器；所述ph传感器适于采集水域处ph值数据，以发送至第一处理器模块。
48.在本实施例中，ph传感器可以采用但不限于是s290c系列ph传感器。
49.在本实施例中，所述第一处理器模块通过rs232串口对lora传输模块进行参数配置和数据通信。
50.在本实施例中，所述lora传输模块包括：与第一处理器模块电性相连的无线射频芯片u1和rf天线xtal1；所述无线射频芯片u1适于接收第一处理器模块传输的水域处水质数据，并通过rf天线xtal1远程发送至lora网关。
51.在本实施例中，无线射频芯片u1可以采用但不限于是sx1278芯片。
52.在本实施例中，所述控制板2套有保护壳体，以固定在安装架1上。
53.在本实施例中，所述水文站内还设置有与lora网关电性相连的服务器。
54.如图4所示，本实施例还提供了一种水文站预警系统，包括：若干个地表径流监测单元，以及水文站；其中所述水文站采用水文站组合测流数据采集传输系统；所述地表径流监测单元分布在水域四周坡面上，以检测从坡面进入水域的地表径流量，并将地表径流量发送给服务器汇总；所述服务器适于监控汇入水域的地表径流量。
55.所述地表径流监测单元包括：地表径流采集模块和姿态检测模块，其中地表径流采集模块用于采集地表径流量，姿态检测模块用于检测地表径流监测单元的埋置姿态；处理器模块根据埋置姿态对检测的地表径流量数据进行补偿。其中，通讯模块也可以但不限于采用lora传输模块实现，向服务器发送相应数据。
56.如图5所示，当地表呈一定坡度α且对应地表径流监测单元的安装倾角也为α时，并且由于斜坡水流惯性作用过大，造成斜坡水流f中的一部分从径流集水区表面冲过如图5中f1所示，此时实际进入径流集水区的水量与地表径流监测单元在水平埋置状况大不相同，很有可能会出现斜坡水流冲过径流入水口的情况，造成实际进入径流入水口的水量并未按照预想的情况变大，只有部分进入径流入水口，如f2所示，进而无法获得准确的地表径流数
据，容易造成对汇入水域的水量预判不准确，进而对汇入水域的水量容易出现偏差，造成无法对水域的水位进行准确预警。
57.因此，通过姿态检测模块检测地表径流监测单元的倾斜角度；所述第二处理器模块根据倾斜角度补偿地表径流量，以获得在上述坡度条件下地表径流的实际流量数据。
58.所述径流补偿系数k与地表径流监测单元预埋的倾斜角度及实际地表径流的对应关系可以通过有限实验获得相应对应关系，建立数据库。将实测的地表径流f2与径流补偿系数k相乘即可以获得地表径流的实际流量数据f。
安装倾角α流补偿系数k地表径流f2姿态检测模块实测获得由实验数据获得，具体为在实验中获得的与具体流量、倾角相对应的系数值实测获得
59.实际流量数据为f=k*f2。
60.本地表径流监测单元的安装方式可以如图5所示，具体的地表径流采集模块4长度方向沿斜面倾斜设置。
61.本实施例还提供了一种水文站预警系统的工作方法，包括：监控水域四周坡面进入水域的地表径流量，并将地表径流量发送给服务器汇总；所述服务器适于监控汇入水域的地表径流量。
62.综上所述，本实用新型通过在水文站内架设lora网关，并通过在各水域处设置lora无线传感采集节点，能够实现远距离采集各水域内水质数据，并且采用lora无线传输能够达到远距离、低功耗、低传输速率、低成本的目的，非常适用于远程无线水质监测领域；并且能够实时监控水域四周坡面进入水域的地表径流量，并将地表径流量发送给服务器汇总，服务器能够及时反馈汇入水域的水量数据，做到很好的预警监控效果。
63.在本实用新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
64.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
65.以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。