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無人船自動監(jiān)測系統(tǒng)-型號C120性能特點

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  • 更新時間2023-06-22
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一、產(chǎn)品背景及意義1.1背景江河、湖泊、水庫、是地表水環(huán)境保護的重要內(nèi)容之一,水質(zhì)水文數(shù)據(jù)是反映各水域的基本特征,有關(guān)部門可以根據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)做出相應(yīng)安排,能夠準確性采取環(huán)境保護措施有效預(yù)防突發(fā)事件的發(fā)生
無人船自動監(jiān)測系統(tǒng)-型號C120性能特點 產(chǎn)品詳情

一、產(chǎn)品背景及意義



1.1 背景 

江河、湖泊、水庫、是地表水環(huán)境保護的重要內(nèi)容之一,水質(zhì)水文數(shù)據(jù)是反映各水域的基本特征,有關(guān)部門可以根據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)做出相應(yīng)安排,能夠準確性采取環(huán)境保護措施有效預(yù)防突發(fā)事件的發(fā)生。在江河、湖泊等地表水體的水文流量監(jiān)測中,地表水體離岸監(jiān)測點位取樣一直是困擾環(huán)境監(jiān)測部門的難題。

傳統(tǒng)的環(huán)境水質(zhì)水文監(jiān)測是通過人工攜帶便攜式儀器親臨現(xiàn)場經(jīng)行監(jiān)測或者式固定站點的連續(xù)監(jiān)測,費時費力,自動化程度低,難以對水環(huán)境做出整體有效的評價與分析。通過使用物聯(lián)網(wǎng)將幾種監(jiān)測手段結(jié)合起來,充分利用無人船的便捷性,搭載不同的傳感器設(shè)備,射頻技術(shù),無線通訊技術(shù)等,快速有效的獲取大范圍的水文水質(zhì)等信息,傳送到后臺并對這些信息經(jīng)行數(shù)據(jù)的整合和挖掘,做出整體有效的評價分析。

水文水質(zhì)信息的快速獲取及數(shù)據(jù)的高效利用是水環(huán)境監(jiān)測中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運用的關(guān)鍵.

1.2 意義

無人監(jiān)測船在線監(jiān)測系統(tǒng)可實施水質(zhì)自動監(jiān)測,實現(xiàn)水文流量、水深測繪等的實時連續(xù)監(jiān)測和遠程監(jiān)控,達到及時掌握主要流域重點斷面水體的水流流速狀況、預(yù)警預(yù)報重大或流域性污水排放事故,監(jiān)督總量控制制度落實情況、排放達標(biāo)情況等目的。

 1.2.1)解決現(xiàn)有江河湖庫作業(yè)監(jiān)測裝備實際痛點(人工乘船采樣、效率低下、危險、作業(yè)時長有限等),為我省水環(huán)境監(jiān)測工作順利開展提供高效、安全、可靠技術(shù)手段,顯著提高水環(huán)境監(jiān)測的技術(shù)能力與技術(shù)水平。

1.2.2)直接提升現(xiàn)有江河湖庫水文流量與監(jiān)測裝備行業(yè)的技術(shù)水平,實現(xiàn)從有人采樣與監(jiān)測裝備到無人監(jiān)測裝備的替代與行業(yè)進步。

1.2.3)應(yīng)用現(xiàn)有無人監(jiān)測船在線監(jiān)測系統(tǒng)平臺中的自主航行、路徑規(guī)劃等技術(shù),真正做到全天候、高精度、自動化、高效益的工作模式,大幅度提高采樣監(jiān)測水文測繪的作業(yè)效率。


二.  無人船產(chǎn)品整體架構(gòu)和特點


無人監(jiān)測船在線監(jiān)測系統(tǒng)由水面機器人船體、主控系統(tǒng)(含主控模塊及主控嵌入式軟件)、供電系統(tǒng)、船載遙控器通信系統(tǒng)及水文監(jiān)測設(shè)備部分構(gòu)成。從而建成一個局域網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)遠程操控船體,并進行無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊惑w化系統(tǒng)。

系統(tǒng)總體架構(gòu)圖如下:




系統(tǒng)工作條件

最小水深:≤0.15m;

風(fēng)浪等級:≤3級風(fēng),≤2級浪;

投放方式:岸邊投放

適于電源220~240V/50Hz


1. 無人流船體

新型高強度復(fù)合材料作為船體材質(zhì),該材料是由S級無堿玻璃纖維經(jīng)編復(fù)合氈、凱夫拉裝甲材料及*的納米級碳素纖維等構(gòu)成。船體小,重量輕,方便攜帶;具有防撞,防磨損,防腐等特性。

  設(shè)計形態(tài):M型體流線式設(shè)計,重心低、阻力小、航行穩(wěn)

  船體安全防護及防沉設(shè)計:雙氣囊獨立隔離設(shè)計,耐撞擊,穩(wěn)定性好,船體帶有警示裝置。全封閉防水和防沉設(shè)計。

2. 

動力系統(tǒng)


可插拔涵道式推進器

可拆卸涵道式推進器,與船殼底齊平形狀一致,放置與行駛可以很好的避免碰傷、撞擊、有效的防止水草纏繞,安全可靠性高、安裝維護攜帶方便。

動力裝置:2組涵道式推進器,與船底齊平,可淺水投放,具有防水草纏繞設(shè)計。安全可靠性高、易于安裝維護及便于攜帶。

3. 主控系統(tǒng)

   船只可以接受遙控器的指令并執(zhí)行,通過遙控器完成全部的航行任務(wù)和工作任務(wù);

船只可在船控控制下根據(jù)GPS定位,遙控行駛,完成任務(wù)后可手動返航。

方向控制方式:支持無舵機轉(zhuǎn)向功能和“倒車”航行技術(shù)。

系統(tǒng)組成如下圖:

4. 供電系統(tǒng)

采用高能鋰離子聚合物電池;續(xù)航能力,2小時;支持備用電池直接更換。船體外部有預(yù)留接口可直接進行充電;支持大電流充電器,充電電流可達10A;

 技術(shù)指標(biāo)

 電池容量:29.4V   20Ah *2組

 電池充放電次數(shù):≦200次

 大電流充電器:電流10A

5. 通訊系統(tǒng)

船載天線及安裝基座、數(shù)據(jù)無線發(fā)送/接收模塊、因搭載儀器通信系統(tǒng)所需屏蔽等處理。

無人船與遙控器采用RF無線射頻點對點通信方式,進行數(shù)據(jù)通訊功能

工作頻率:2.4G。 開闊地段通訊距離:≦1公里;遙控器天線類型:全向型玻璃鋼天線。

無人船與地面基站采用RF無線射頻點對點通信方式,進行數(shù)據(jù)、視頻通訊功能。

工作頻率:5.8G。 段通信距離:≦2公里(理論空曠無干擾環(huán)境中);天線類型:全向型玻璃鋼天線。

6. 手持遙控器

  遙控器可以控制無人船行駛,與地面基站對無人船控制權(quán)交互轉(zhuǎn)換;

  遙控器可手動編輯工作任務(wù):隨時控制,隨時中斷或隨時改變工作任務(wù);

  重量:≦1公斤 ,防水防塵等級:IP65;

  搖桿數(shù)量:2個 ,搖桿范圍:360°

  通訊模塊:2.4G全向型天線

  遙控距離:≦1公里

7. 遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)

高清攝像機和視頻傳輸模塊,過視頻監(jiān)控,可人工遠程操縱無人船,使其姿態(tài)調(diào)整更平穩(wěn)有效保證測量精度和準確性,船體航行更安全。



攝像界面:



8. 定位系統(tǒng)

高精度 GPS/北斗定位系統(tǒng),需要接收機、導(dǎo)航系統(tǒng)軟件模塊組成。


9. 遠程控制系統(tǒng)

  與遙控器對無人船控制權(quán)交互轉(zhuǎn)換;支持Windows等主流操作系統(tǒng);搭載視頻圖傳模塊,遠程操作。

可下載工作水域離線衛(wèi)星地圖,并存儲和管理??稍O(shè)置船只行駛路線、采樣監(jiān)測點順序、及返航路線等任務(wù)編輯。常規(guī)采樣、監(jiān)測、測流、測繪等任務(wù)存儲及調(diào)用、歷史數(shù)據(jù)的存儲;

  接收和顯示無人船信息,實時顯示水質(zhì)在線監(jiān)測結(jié)果;圖形動態(tài)顯示無人船工作狀態(tài)(即移動、監(jiān)測)、位置狀態(tài)(或經(jīng)緯度)、朝向、顯示船只剩余電量、行駛速度、等各類信息;


10. 業(yè)務(wù)單元 

(1)船載測掃聲吶

StarFish 453 OEM聲吶

StarFish 453 OEM由2塊換能器和1塊電路板組成,用戶可使用它OEM到自己的產(chǎn)品中。

使用了StarFish的數(shù)字CHIRP聲學(xué)技術(shù),453 OEM系統(tǒng)水平波束寬度0.5度,耐壓3000米,可在100米量程時提供高分辨率的海底圖像。

電路板支持9-28VDC電源,可使用USB連接到電腦。另外,提供Scanline軟件包,和SDK開發(fā)包,用于輔助用戶開發(fā)自己的聲吶系統(tǒng)。

主要特點:

1. 獨立式船體安裝的換能器;

2. 0.5度的水平波束寬度,提供高分辨率的海底圖像;

3. 電子波束腳印小,165mmx 100mm x23mm;

4. USB連接;

5. 耐壓300米。

技術(shù)參數(shù):

尺寸:

長:432mm

寬:41mm

高:18mm

空氣中重量:0.35kg

殼體:

結(jié)構(gòu):黑色聚乙稀

耐壓:300m

電纜長:可定制

電纜結(jié)構(gòu):黑色聚乙稀外套,內(nèi)含凱夫拉加強物質(zhì)

聲學(xué)

水平波束寬:60°@ -3dB 信號級別

垂直波束寬:0.5°@ -3dB 信號級別

頻率:450kHz頻率(430-470kHz  Chirp)

量程:1m~100m單側(cè)

工作模式:Chirp 脈沖壓縮模式

脈沖長度:典型400us

發(fā)射能量級別:<210db re="" 1µpa="" @="">




StarFish Scanline軟件:

Scanline軟件是一款用戶界面友好的專為StarFish海底側(cè)掃聲吶系統(tǒng)使用的采集和記錄軟件。軟件兼容32位或64位Windows操作系統(tǒng),包括windows 2000, xp, vista, win7,win8,win10,軟件實時顯示和記錄側(cè)掃聲吶的數(shù)據(jù),同時它也可記錄其它輔助傳感器的數(shù)據(jù),如GPS,羅盤,速度計等,所有采集的數(shù)據(jù)都可以記錄并導(dǎo)出。

用戶通過軟件可控制左舷、右舷或兩側(cè)的通道同時工作。海底的圖像可以放大,改變目標(biāo)物的比例更好的識別物體,軟件同時也支持多種顯示方式,如從頂?shù)降?,從左到右,或反之亦然。在使用時,用戶也可以隨時調(diào)節(jié)工作的增益、對比度和量程。




































Scanline軟件顯示的部分窗口。



(2)水質(zhì)監(jiān)測(水質(zhì)多參數(shù)分析儀)

EXO2s多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測儀

  • 為長期連續(xù)監(jiān)測設(shè)計的EXO2s,是一款多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測儀,可以監(jiān)測常規(guī)五參數(shù),根據(jù)應(yīng)用需求還可測定氨氮、藍綠藻、葉綠素a等參數(shù)。

  • 儀器采用防腐蝕,耐沖擊、具有高化學(xué)穩(wěn)定性的Xenoy塑料外殼,采用加強結(jié)構(gòu)設(shè)計,具備同時監(jiān)測水溫、溶解氧、電導(dǎo)率、濁度和酸堿度、氨氮,總藻(葉綠素+藍綠藻+藻藍蛋白)等7個參數(shù)的功能。

  • 主機采樣頻率高達4Hz。主機電纜半雙工RS485通訊,主機和顯示器之間支持藍牙無線通訊;藍牙通訊技術(shù)以用于校準、通訊和下載數(shù)據(jù)時無電纜操作;配置應(yīng)包括內(nèi)置的磁開關(guān)和外帶的用于無線控制藍牙的激活物件。

  • 傳感器均應(yīng)該是“智能”的并存貯了其校準數(shù)據(jù)在其中。傳感器應(yīng)可在不同EXO主機間交換,亦可在同一臺主機的不同接口間轉(zhuǎn)移,主機接口自動識別探頭改變,且無需要校準即可準確測量;光學(xué)傳感器工作面采用藍寶石材料。

  • 除深度傳感器外,所有傳感器可以濕拔插,可以現(xiàn)場拆卸、更換和維修;所有傳感器采用鈦合金材質(zhì),滿足深度達250米的運行環(huán)境;所有探頭內(nèi)置溫度探頭,實現(xiàn)溫度補償。

  • 智能接口可自動識別故障,自動關(guān)閉故障探頭或接口。

  • 數(shù)據(jù)存儲功能,主機存儲器: 512 MB;存儲量不得小于100萬個測量數(shù)據(jù)。

  • ROX溶解氧傳感器采用熒光壽命檢測技術(shù),是當(dāng)今的溶解氧傳感器,維護量極低;在高硫化氫(H2S)與低氧環(huán)境也能長時間工作,并獲得可靠數(shù)據(jù),亦不受流速限制。也是能反映湖泊、河道等水體黑臭主要的指標(biāo)。

  • 藍綠藻傳感器可幫助用戶監(jiān)測其目標(biāo)水域的葉綠素和藍綠藻數(shù)量,從而知道河道的富營養(yǎng)化程度。YSI 藍綠藻傳感器均能提供高靈敏性、高可靠性的現(xiàn)場數(shù)據(jù)。

1.技術(shù)規(guī)格:

1.1. 工作條件:
1.1.1 環(huán)境溫度:-5℃~+50℃;
1.1.2 相對濕度: 0%~99%
1.2 分析方法、功能、技術(shù)參數(shù)要求

1.2.1 分析方法要求

多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測儀的測量方法應(yīng)與國家標(biāo)準方法或行業(yè)標(biāo)準方法一致,性能穩(wěn)定、工作可靠、可控性好。具體如下表所示:

 

序 號

項  目

分 析 方 法

1

酸堿度

玻璃復(fù)合電極法

2

溶解氧

熒光法

3

電導(dǎo)

四電極電流法

4

溫度

熱敏電阻法

5

濁度

光散射法

6

葉綠素及藍綠藻(總藻)

熒光法 


1.2.2 系統(tǒng)基本功能

1.2.2.1  具備同時監(jiān)測水溫、濁度、pH、溶解氧、電導(dǎo)率、葉綠素和藍綠藻(總藻)等7個參數(shù)的功能。

1.2.2.2  所有探頭都可以現(xiàn)場拆卸、更換和維修

1.2.2.3  傳感器配清潔刷,可以消除附著物和氣泡的影響,延長維護周期。

1.3 儀器技術(shù)參數(shù)

1.3.1 水溫

量程:-5-50℃

分辨率:0.001 ℃

準確度:±0.01℃

響應(yīng)時間: T63<1>

1.3.2 pH

量程:0~14

分辨率:0.01

準確度: ±0.1,校準溫度±10℃范圍內(nèi);±0.2 ,全溫度量程

探頭分為底座和前端,探頭前端可更換

1.3.3電導(dǎo)率

量程:0~200mS/cm(自動量程選擇)

分辨率:0.001mS/cm~0.1mS/cm(視量程而定)

準確度:讀數(shù)之±0.5%

自動溫度補償

1.3.4濁度

量程:0-4000 NTU

分辨率:0-999 NTU:0.01 NTU;1000-4000 NTU:0.1 NTU

準確度:0-999 NTU:0.3 NTU或讀數(shù)之±2%; 1000-4000 NTU:讀數(shù)之±10%

響應(yīng)時間: T63<>

1.3.5溶解氧

量程:0~50mg/L

分辨率:0.01mg/L

準確度:0 - 20 mg/L:±0.1 mg/L或讀數(shù)之1%,以較大者為準;20 - 50 mg/L: 讀數(shù)之±5%

響應(yīng)時間: T63<>

1.3.6 總藻類傳感器:單一傳感器的雙熒光通道可同時測量葉綠素和藍綠藻藻藍蛋白;

1.3.6.1總藻類傳感器-藍綠藻藻藍蛋白

測量方法:熒光法

量程:0- 100 μg/L;0-100 RFU;0-1,100,000 細胞/mL

線性: R2 > 0.999,與羅丹明WT連續(xù)稀釋相關(guān)(0 - 100,000μg/mL )

檢出限:300 細胞/mL ;0.1 μg/L PC

分辨率:0.01 μg/L;1 細胞/mL;0.01 RFU

1.3.6.2  總藻類傳感器-葉綠素  

測量方法:熒光法

量程:0-400 μg/L Chl 0-100 RFU

分辨率:0.01 μg/L Chl;0.01 RFU

線性:R2 > 0.999,與羅丹明WT連續(xù)稀釋相關(guān)(0 - 400μg/mL)

檢出限: 0.1 μg/L Chl









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