基本信息
- 項目名稱：
- 一種基于水介質(zhì)傳輸數(shù)據(jù)的新型山區(qū)河水流量監(jiān)測裝置
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 本作品針對現(xiàn)有流量測量裝置的缺陷和***省山區(qū)地形復(fù)雜，河流多的特點，提出了一種適合山區(qū)河流流量監(jiān)測的方法，利用音頻信號在水介質(zhì)中衰減小的特點，采用雙音多頻技術(shù)，通過水介質(zhì)、大地和現(xiàn)有纜道鋼絲循環(huán)索構(gòu)建傳輸回路，設(shè)計了一種采用水介質(zhì)傳輸數(shù)據(jù)的新型流量監(jiān)測裝置。設(shè)計思路巧妙，成本低,解決遠距離數(shù)據(jù)不準和難于實施五點法規(guī)范測量等實際問題，對山區(qū)落后的水情監(jiān)測系統(tǒng)的升級換代起到了積極的推動作用。
- 詳細介紹：
- 在社會實踐中了解到常用的纜道測流儀，由于采用的傳輸方式，在山區(qū)河流流量監(jiān)測使用中存在諸多缺陷。針對這些缺陷和***省山區(qū)地形復(fù)雜，河流多的特點，提出了一種適合山區(qū)河流流量監(jiān)測的方法，設(shè)計了一種采用水介質(zhì)傳輸數(shù)據(jù)的新型流量監(jiān)測裝置。通過水介質(zhì)、大地和現(xiàn)有的纜道鋼絲循環(huán)索構(gòu)建傳輸回路，設(shè)計思路巧妙，成本低。 創(chuàng)新點： (1)方法創(chuàng)新：通過水介質(zhì)、大地和現(xiàn)有纜道鋼絲循環(huán)索構(gòu)建傳輸回路，利用水介質(zhì)傳輸數(shù)據(jù)進行流量監(jiān)測，在國內(nèi)尚屬首例。 (2)技術(shù)創(chuàng)新：利用音頻信號在水介質(zhì)中衰減小的特點，采用DTMF雙音多頻通信技術(shù)既克服水中衰減大的缺點，又增強了抗干擾能力。 (3)性能創(chuàng)新：為了適應(yīng)偏遠山區(qū)沒有計算機的情況，增加了U盤讀寫數(shù)據(jù)的功能。 (4)實用性：可直接取代現(xiàn)有儀器使用。 (5)可移植性：該傳輸方法可以直接移植到水位、泥沙采樣儀器中。 技術(shù)關(guān)鍵： (1)電路設(shè)計必須保證0～150K水阻范圍內(nèi)有足夠信號幅度。 (2)下水信號和流量信號如何通過硬件設(shè)計和軟件編程來識別。 (3)山區(qū)自然環(huán)境惡劣，干擾大，軟件抗干擾程序的設(shè)計。 主要技術(shù)指標： (1)一次充電，可以使用1個星期以上。 (2)適合水阻0～150K的范圍。 (3)液晶顯示，也可通過接口，連接計算機操作。 (4)具有自動復(fù)位功能。 該作品構(gòu)思巧妙，采用雙音頻通過水、大地和纜道進行通信，在方法上、技術(shù)上都具有獨到的創(chuàng)新，在一定程度上促進了我國水文信息技術(shù)的發(fā)展。針對***省山區(qū)地形復(fù)雜，河流多，監(jiān)測環(huán)境惡劣，流量監(jiān)測問題多的特點，解決了流量監(jiān)測的關(guān)鍵問題，實用性較強，具有明顯的地方特色。作品低成本，可靠性高，具有很強的市場競爭力。 該作品的核心技術(shù)可直接移植到水位、泥沙等儀器中，還可應(yīng)用在地下水、水庫大壩水情、城市污水的監(jiān)控等領(lǐng)域，對我國落后的水情監(jiān)測系統(tǒng)的升級換代起到了積極的推動作用，有廣闊的市場前景。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 作品設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路：在社會實踐中了解到常用的纜道測流儀，由于采用的無線傳輸方式，在山區(qū)河流流量監(jiān)測使用中存在諸多缺陷。無線信道極易受到山區(qū)惡劣環(huán)境的干擾，并且代表流速的電波信號在水里衰減極大，不但傳輸距河岸超過80米不能保證水文信息的準確性，而且采用五點法測量時，水下0.2米、0.6米難于測量到數(shù)據(jù)，只能改為2-3點測量。針對這些缺陷和***省山區(qū)地形復(fù)雜，河流多的特點，提出了一種適合山區(qū)河流流量監(jiān)測的方法，設(shè)計了一種采用水介質(zhì)傳輸數(shù)據(jù)的新型流量監(jiān)測裝置。通過水介質(zhì)、大地和現(xiàn)有的纜道鋼絲循環(huán)索構(gòu)建傳輸回路，設(shè)計思路巧妙，成本低。創(chuàng)新點：(1)方法創(chuàng)新：通過水介質(zhì)、大地和纜道鋼絲循環(huán)索構(gòu)建傳輸回路，利用水介質(zhì)傳輸數(shù)據(jù)進行流量監(jiān)測，在國內(nèi)尚屬首例。(2)技術(shù)創(chuàng)新：利用音頻信號在水介質(zhì)中衰減小的特點，采用DTMF雙音多頻通信技術(shù)既克服水中衰減大的缺點，又增強了抗干擾能力。(3)性能創(chuàng)新：為了適應(yīng)偏遠山區(qū)沒有計算機的情況，增加了U盤讀寫數(shù)據(jù)的功能。(4)實用性：可直接替換使用。 (5)可移植性：該傳輸方法可以直接移植到水位、泥沙采樣儀器中。技術(shù)關(guān)鍵：(1)電路設(shè)計必須保證0～150K水阻范圍內(nèi)有足夠信號幅度。(2)下水信號和流量信號如何通過硬件設(shè)計和軟件編程來識別。(3)山區(qū)自然環(huán)境惡劣，干擾大，軟件抗干擾程序的設(shè)計。主要技術(shù)指標：(1)一次充電，可以使用1個星期以上。(2)適合水阻0～150K的范圍。(3)液晶顯示，也可通過接口，連接計算機操作。(4)具有自動復(fù)位功能。
科學(xué)性、先進性
- 利用音頻信號在水介質(zhì)中衰減小的特點，采用雙音多頻通信技術(shù)，通過水介質(zhì)、大地和纜道鋼絲循環(huán)索構(gòu)建傳輸回路，既克服了現(xiàn)有儀器無線流速信號在水中衰減大的缺點，又增強了抗干擾能力，解決當(dāng)前很多水文站所面臨的由于通信引起的數(shù)據(jù)接收不到和難于實施五點法規(guī)范測量等實際問題。現(xiàn)將三種測流儀器對比如下：超聲波多普勒剖面流速儀(ADCP)：不適合泥沙含量少的水質(zhì)，采用船載測量方式，適用于大江大河，船載返回索取數(shù)據(jù)，價格貴。HCS-2000A型纜道測流儀：五點采樣法時水下只能正確測2-3個點，傳輸距河岸超過80米，數(shù)據(jù)接收不準確，采用纜道測量方式無線通信方式。本作品：任何點都能正常工作，采用纜道雙音頻利用水介質(zhì)、大地和纜道鋼絲循環(huán)索構(gòu)建傳輸回路的測量方式，適用于山區(qū)河流。我們研究的裝置克服了現(xiàn)有裝置存在的問題，由于音頻信號在水里衰減較小，采用雙音頻通信，配上相關(guān)程序，能夠可靠進行流量的監(jiān)測，且不受傳輸距離的約束，抗雷電等干擾信號能力強,工作可靠。該裝置設(shè)計簡單，功耗低，一個星期只需充一次電。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 本作品在2010年到2011年3月在***市水文局***水文站實地進行了試驗和展示，效果理想，真正做到了實用化、智能化。***市水文局評價：“***大學(xué)學(xué)生***等制作的“采用音頻信號傳輸數(shù)據(jù)的流量裝置”作品，在***水文站試用，在水下分別選取0.2米、0.6米、0.8米、1.2米、2.35米五個測點，均能可靠工作，符合五點測量法的技術(shù)要求。與現(xiàn)有儀器比，該作品操作簡單、工作可靠，在整個河道122米寬距離數(shù)據(jù)傳輸正確。希望盡快投入生產(chǎn)供水文工作者使用，推動水文測量技術(shù)的提高和進步?！? 該作品在第十二屆“挑戰(zhàn)杯”中獲得***省決賽科技發(fā)明B類一等獎，專家組評價：方法獨到，技術(shù)實用，特色鮮明。
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 一次性購買技術(shù)專利；購買專利和技術(shù)入股。
作品可展示的形式
- 模型、現(xiàn)場演示、圖片、樣品、實物
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 本作品由水上控制終端、水下數(shù)據(jù)采集端、流量計三部分組成。使用步驟：1.將以上三部分連接起來，并給水上控制終端接通電源。2.按下相應(yīng)的按鍵，設(shè)置需要采集信號的時間。3.按下信號發(fā)送鍵，開始動態(tài)顯示采集到的信號個數(shù)。4.當(dāng)設(shè)定的時間一到，系統(tǒng)自動停止采集，此時按下讀數(shù)據(jù)鍵，看到綠燈點亮，表明工作正常，接著插入容量小于1G的U盤，當(dāng)看到綠燈最后熄滅時，表明讀數(shù)據(jù)完畢， 即可把U盤拔出。5.將U盤插入計算機USB接口，打開名字為“***水文.xls”的Excel文件，即可看到當(dāng)前水流的流速和流量。該作品適合于國內(nèi)外各地方中小型水文站進行水域數(shù)據(jù)的采集和控制,操作簡單，抗干擾能力強，并且功能還能進一步提升，達到完全自動化和實用化。從現(xiàn)有的功能來說，此產(chǎn)品完全可以勝任市級、縣級、鄉(xiāng)鎮(zhèn)級水文站對于測控的需求，具有市場競爭力。以***市為例，境內(nèi)需要監(jiān)測流量的河流達695條，***市水文局已明確要推廣使用此設(shè)備，正與***市***電子信息有限責(zé)任公司合作，進入中試階段，預(yù)計有廣闊的市場前景。
同類課題研究水平概述
- 當(dāng)前國外流量監(jiān)測方法和儀器的文獻較少，國外大多采用先進的超聲波橫斷面流速儀、超聲波多普勒剖面流速儀(ADCP)。對于超聲波橫斷面流速儀和超聲波多普勒剖面流速儀(ADCP)，韓國專家認為能應(yīng)用于大江、大河，不過ADCP最大的缺點是在高拱流速條件下不能用于船測，而且價格昂貴。當(dāng)前國內(nèi)常用的傳統(tǒng)河流流量測量方法包括人工船測、橋測纜道測量和涉水測量。流量監(jiān)測數(shù)據(jù)的索取方式有船載監(jiān)測人工索取、儀器監(jiān)測自動獲取，其通訊方式大都是采用脈沖方式、無線通訊方式或者單音頻方式。脈沖撥號是一種時域處理方法，它用脈沖的個數(shù)來表示號碼數(shù)字。脈沖方式對脈沖的寬度、大小、間距、形狀都有著嚴格的要求，如果由于線路的干擾或其他原因而使得這些參數(shù)發(fā)生了變化，則可能引起號碼接收的錯誤。無線通訊方式是近年來迅速發(fā)展，并廣泛使用的一種通訊方式，就水文領(lǐng)域的應(yīng)用來說，具有其優(yōu)缺點。首先，無線通訊方式減少了測量時的通訊線路，排除了線路故障引起的數(shù)據(jù)傳播路徑不通。其次，操作簡單，控制芯片設(shè)計方便，減少了不必要操作。但由于水文測量的自然環(huán)境比較惡劣，比如雷電、洪水、暴雨等，要求通訊模塊必須具有強的抗干擾性，而無線通訊模塊的抗干擾性在此方面有一定的局限性，并且無線通訊模塊的功耗比較大，對于采用蓄電池的電路，不適于長時間測量。超聲波多普勒剖面流速儀(ADCP)雖然先進，這幾年也有少量的購入，但只在大江大河中使用，不適合山區(qū)河流的流量監(jiān)測，基于當(dāng)前國內(nèi)很多山區(qū)使用的無線傳送流量數(shù)據(jù)的監(jiān)測技術(shù)，在數(shù)據(jù)傳輸時信號極易受到干擾和衰減的情況，我們設(shè)計了一種基于雙音多頻技術(shù)的新型流量監(jiān)測裝置，利用水、大地和纜道循環(huán)鋼絲索進行數(shù)據(jù)通信的方式，此方案的低成本、高可靠性的特點完全可以取代現(xiàn)有的某些水文通信技術(shù)，解決當(dāng)前很多水文站所面臨的由于通信引起的數(shù)據(jù)接收不到和五點法規(guī)范測量的實施等問題。
