一、方案背景

    1.1水文國考斷面

    水文：指自然界中水的變化、運動等各種現(xiàn)象。是研究自然界不同的時空分布、變化規(guī)律的一門學科。據(jù)《》2020年1月23日報道：我國水文監(jiān)測站已從新中國的353處發(fā)展到12.1萬處，站網(wǎng)總體密度達到了中等發(fā)達國家水平。在防汛抗旱減災、水資源管理和生態(tài)保護上發(fā)揮作用。

    隨著科技的進步，物聯(lián)網(wǎng)技術已經悄悄滴走進我們，并已經應用在各個領域。如水文水利、工業(yè)監(jiān)控、智慧城市、智慧水務等等，萬物聯(lián)網(wǎng)連接到云服務器，通過大數(shù)據(jù)資料分析處理提高的生產效率、靈活性能和響應能力。

    于2016年3月16日公布了《“十三五”國家地表水環(huán)境質量監(jiān)測網(wǎng)設置方案》，該方案共設置國控斷面（點位）2767個，其中趨勢科研斷面共717個不進行考核，其余2050個斷面即為國家地表水考核斷面（以下簡稱“國考斷面”）。

    國考斷面從屬于國家地表水環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)中的評價、考核、排名監(jiān)測斷面（點位），以改善水環(huán)境質量為核心，滿足流域水污染防治目標任務考核和城市水環(huán)境質量排名等當前環(huán)境管理的需求。國考斷面特點：寬斷面、常年存在低流量運行的工況下。

    在各級流域河長制實質運行階段的背景下，各流域管理局開始認真積極發(fā)揮流域統(tǒng)籌協(xié)調作用，如：河長制聯(lián)度會議、漂浮物監(jiān)測、跨界河湖治理、生態(tài)流量調度等治水機制。各單位要對多面達到生態(tài)流量達到流量保障目標，特別在枯水期的調度上高度重視。各流域河長辦將充分發(fā)揮流域統(tǒng)籌協(xié)調作用，不斷提高流域河湖監(jiān)管、統(tǒng)籌協(xié)調能力，進一步深化完善“流域+區(qū)域”協(xié)同治水工作機制 ，統(tǒng)籌推進上下游、左右岸、干支流協(xié)同治理，協(xié)同流域各市解決流域河湖管護工作中的難點堵點問題，共同推動流域秀水常清。

    1.2斷面流量常用測量方法

    對于寬斷面、低流速的測量斷面來說，流量測量一直存在較大的問題，要即能滿足上述測量要求的情況下，還在注意安裝簡單、注重測量的實時性、不干擾河道正常使用。ATV聲層析斷面流量就是基于上述定義設計一款專用產品。

    二、方案簡介

    2.1聲層析技術

    聲學技術原來在海洋環(huán)境觀測中占有重要一席之地，隨著應用的拓展，在其他水體的測量中也成為了重要手段之一。聲學層析技術，特別是15-88K頻率聲層析的應用，也從河口海岸轉到地表水、地下水等水體測量中。

    澳泰自動化ATV聲層析斷面流量計利用水下聲學互易傳輸（也稱雙向聲傳輸）進行聲層析（溫流）反演計算，利用傅里葉模型對聲速、溫場、流場進行二維重建。

    聲波在水中具有的傳播特性，在地表水中能量和信息遠距離傳遞的有效輻射形式。由于水體的層化、峰面、內波、反射、散射、吸收、水面與水底邊界都對傳播都有影響，因此聲波在水中傳播過程中就攜帶著大量傳播途徑信息，通過對聲學信號的頻率、相位、時間、多途結構等特征分析，可以推算出很多水體信息。

    層析技術是一種反演觀測方法，可以利用聲波輻射從不同角度穿透被測介質，通過測量其吸收與傳播時間等特性的差異來反演被測介質屬性。聲層析就是利用這一技術，利用測量出的傳播時間變化來反演溫度場和流場參數(shù)。反演中會考慮到溫、鹽、深的參數(shù)變化。

    斷面流量的測量只需要關鍵的流速數(shù)據(jù)，所以并不需要得到準確各剖面的流場分布，所以無需通過多維聲學數(shù)據(jù)來進行反演。依靠兩點的聲學直達波與多途波混響互易時間變化，就可以反演出二維的斷面平均流速。利用這種高頻度（1秒交叉互易一次）互易傳輸聲層析原理，可以在有限的投資下，實現(xiàn)快速測量，系統(tǒng)小測量周期：5秒。

    超聲波信號從主機發(fā)出后，在65度夾角范圍內，聲學直達波與多途波混響，被從機獲取到完整的信號；互易后，從機聲波經由同樣通道聲波，被主機接收到的；聲信號基本可以完整反映出整個過水斷面的流速場屬性，代表著過水斷面的平均聲學特性。來回的聲音信息通過層析反演出來時間變化數(shù)據(jù)，從而換算出斷面平均流速值。（如下圖所示：）

    2.2其他特殊算法

    數(shù)據(jù)池管理：根據(jù)安裝實際案例的應用經驗，我們發(fā)現(xiàn)了很多實用算法

    備胎算法：主機內置有：強大的自學習能力。在測量品質（聲波：特征匹配）達到所設定的閾值情況下，設備會不斷學習流速、流量與水位關系，并長期記錄適配下來。在測量品質低于所設定值的狀態(tài)下，且持續(xù)時間達到所設定時長，設備會按照自學習的數(shù)據(jù)進入自動修正模式。

    三、產品構成

    3.1基本構成件

    1：供電系統(tǒng)，可市電，可太陽能（主站、從站各一）

    注：太陽能電池板：200W，電池：150AH

    2：主站系統(tǒng)、從站系統(tǒng)

    3：附件：超聲波水位計、水溫電導傳感器與安裝支架（主站側）

    4：戶外儀表箱（主站、從站各一）

    5：基座，可水泥基、可鋼構（主站、從站各一）

    3.2核心組件

    1：ATV主機、ATV從機

    7寸大屏彩色液晶顯示器的應用，讓波形圖、菜單具有更佳的人機交互體驗；

    2：5G頻段的寬帶天線（無線數(shù)據(jù)鏈專用）

    遠距離無線高速數(shù)據(jù)鏈：新型網(wǎng)橋的應用，讓通信距離拓展到5公里，5.8G的工作頻率，主、從機的數(shù)據(jù)無錯通信容量達到了每5秒（測量值刷新一次的周期）38K。這一技術不依賴公用通信4G5G機站，讓裝置獨立運行，無通信費用。

    3：安裝支架（含聲吶換能器）

    換能器

    40KHZ:適用20-500米

    25KHZ:適用500米以上

    4：GPS北斗雙模定位與高精度授時天線

    高精度授時與定位：通過北斗/GPRS/格洛納斯三模高精度授時，讓主、從機同步精度控制在20納秒以下，滿足時差法測量同步要求。

    5：4G NB物聯(lián)網(wǎng)通信天線

    內置物聯(lián)網(wǎng)模塊，支持4G/GPRS通信，內置全網(wǎng)通插槽,4G的LET UE-CAT.1模組的應用，極為方便地將數(shù)據(jù)上傳到澳泰云平臺或者第三方云平臺；

    6：超聲波水位計

    一體式超聲波水位計12VDC供電、RS485通信到主機，按安裝點的高程設定安裝高度，直接獲取水位高程信號。水位高程數(shù)據(jù)的獲取，將與基底高程數(shù)據(jù)合并計算出過水面積，從而將流速值轉換流量值；

    7：水溫/電導率計

    外掛水溫與電導率傳感器，可準確換算水下聲速。

    四、產品功能簡述

    4.1基底高程

    ATV可以生成50點的縱斷面描述數(shù)據(jù)，分別輸入各點的離岸距離數(shù)據(jù)（通常是從左岸向右岸開始描述）和相應的水下地形高程數(shù)據(jù)。河流斷面的基底高程是各類河道測量流量的需要參數(shù)，通過對高程水位的測量與斷面地形才能計算出過水面積，然后與儀器設備測量出的流速數(shù)據(jù)進行乘法運算，計算出流量數(shù)據(jù)。

    4.2通信終端

    物聯(lián)網(wǎng)多功能顯示終端（以下簡稱終端）需與一次儀表或數(shù)字式傳感器配合使用。終端提供24V/12V電源，可給傳感器供電，通過終端的傳感器485接口與數(shù)字傳感器通訊，可實現(xiàn)一終端，多數(shù)字傳感器的測量系統(tǒng)。

    終端供電電源220AC、24VDC、12VDC可選，可以使用市電或工業(yè)電源供電，或者使用各型電池或太陽能供電系統(tǒng)供電。終端可以非常方便與各型無線平臺互聯(lián)互通，如：GPRS、WIFI，將數(shù)字傳感器傳輸?shù)男盘枖?shù)據(jù)，上傳至云服務器端。

    工作原理

    通過通信接口或AD采集獲取輸入信號，信號解析獲取測量值，將測量值通過液晶屏顯示，同時將信號通過GPRS將信號上傳至云端。

    主要技術參數(shù)

    使用條件：環(huán)境溫度：0~50℃；相對濕度：￡90%RH ；

    電源電壓：90～265VAC或24±10%VDC或12±10%VDC；

    準確度： ±0.5%F.S+1字 ；

    輸入特性：電流型：輸入阻抗 <300W；   

    輸出特性：    

    繼電器容量：0.5A/240V AC，阻性；  

    電流型變送器輸出負載阻抗：<600W ；    

    電源輸出：12±10%V DC / 30mA；

    功耗：<5W；

    五、方案優(yōu)勢

    1：主、從機雙機數(shù)據(jù)鏈自主組網(wǎng)交互，不依賴公網(wǎng)與機站；

    2：數(shù)據(jù)上傳通過公網(wǎng)，公網(wǎng)故障時還可以選擇北斗短報文通訊（RDSS）；

    3：可以實時在第三方大型顯示平臺顯示；

    4：可以帶多臺物聯(lián)網(wǎng)多參數(shù)顯示終端，實時顯示數(shù)據(jù)；

    5：可以帶電話語音示警、短信示警、電郵示警功能；

    6：可適用在小流量、零流量、負流量的工況下使用；

    7：很強的實時測量性，快測量周期：5秒；

    8：按工業(yè)儀表設計標準，具有很強的搞干擾、防雷能力。

    六、方案配置

    6.1澳泰自動化供應范圍 

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