基本信息
- 项目名称：
- 一种基于水介质传输数据的新型山区河水流量监测装置
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 本作品针对现有流量测量装置的缺陷和***省山区地形复杂，河流多的特点，提出了一种适合山区河流流量监测的方法，利用音频信号在水介质中衰减小的特点，采用双音多频技术，通过水介质、大地和现有缆道钢丝循环索构建传输回路，设计了一种采用水介质传输数据的新型流量监测装置。设计思路巧妙，成本低,解决远距离数据不准和难于实施五点法规范测量等实际问题，对山区落后的水情监测系统的升级换代起到了积极的推动作用。
- 详细介绍：
- 在社会实践中了解到常用的缆道测流仪，由于采用的传输方式，在山区河流流量监测使用中存在诸多缺陷。针对这些缺陷和***省山区地形复杂，河流多的特点，提出了一种适合山区河流流量监测的方法，设计了一种采用水介质传输数据的新型流量监测装置。通过水介质、大地和现有的缆道钢丝循环索构建传输回路，设计思路巧妙，成本低。 创新点： (1)方法创新：通过水介质、大地和现有缆道钢丝循环索构建传输回路，利用水介质传输数据进行流量监测，在国内尚属首例。 (2)技术创新：利用音频信号在水介质中衰减小的特点，采用DTMF双音多频通信技术既克服水中衰减大的缺点，又增强了抗干扰能力。 (3)性能创新：为了适应偏远山区没有计算机的情况，增加了U盘读写数据的功能。 (4)实用性：可直接取代现有仪器使用。 (5)可移植性：该传输方法可以直接移植到水位、泥沙采样仪器中。 技术关键： (1)电路设计必须保证0～150K水阻范围内有足够信号幅度。 (2)下水信号和流量信号如何通过硬件设计和软件编程来识别。 (3)山区自然环境恶劣，干扰大，软件抗干扰程序的设计。 主要技术指标： (1)一次充电，可以使用1个星期以上。 (2)适合水阻0～150K的范围。 (3)液晶显示，也可通过接口，连接计算机操作。 (4)具有自动复位功能。 该作品构思巧妙，采用双音频通过水、大地和缆道进行通信，在方法上、技术上都具有独到的创新，在一定程度上促进了我国水文信息技术的发展。针对***省山区地形复杂，河流多，监测环境恶劣，流量监测问题多的特点，解决了流量监测的关键问题，实用性较强，具有明显的地方特色。作品低成本，可靠性高，具有很强的市场竞争力。 该作品的核心技术可直接移植到水位、泥沙等仪器中，还可应用在地下水、水库大坝水情、城市污水的监控等领域，对我国落后的水情监测系统的升级换代起到了积极的推动作用，有广阔的市场前景。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 作品设计、发明的目的和基本思路：在社会实践中了解到常用的缆道测流仪，由于采用的无线传输方式，在山区河流流量监测使用中存在诸多缺陷。无线信道极易受到山区恶劣环境的干扰，并且代表流速的电波信号在水里衰减极大，不但传输距河岸超过80米不能保证水文信息的准确性，而且采用五点法测量时，水下0.2米、0.6米难于测量到数据，只能改为2-3点测量。针对这些缺陷和***省山区地形复杂，河流多的特点，提出了一种适合山区河流流量监测的方法，设计了一种采用水介质传输数据的新型流量监测装置。通过水介质、大地和现有的缆道钢丝循环索构建传输回路，设计思路巧妙，成本低。创新点：(1)方法创新：通过水介质、大地和缆道钢丝循环索构建传输回路，利用水介质传输数据进行流量监测，在国内尚属首例。(2)技术创新：利用音频信号在水介质中衰减小的特点，采用DTMF双音多频通信技术既克服水中衰减大的缺点，又增强了抗干扰能力。(3)性能创新：为了适应偏远山区没有计算机的情况，增加了U盘读写数据的功能。(4)实用性：可直接替换使用。 (5)可移植性：该传输方法可以直接移植到水位、泥沙采样仪器中。技术关键：(1)电路设计必须保证0～150K水阻范围内有足够信号幅度。(2)下水信号和流量信号如何通过硬件设计和软件编程来识别。(3)山区自然环境恶劣，干扰大，软件抗干扰程序的设计。主要技术指标：(1)一次充电，可以使用1个星期以上。(2)适合水阻0～150K的范围。(3)液晶显示，也可通过接口，连接计算机操作。(4)具有自动复位功能。
科学性、先进性
- 利用音频信号在水介质中衰减小的特点，采用双音多频通信技术，通过水介质、大地和缆道钢丝循环索构建传输回路，既克服了现有仪器无线流速信号在水中衰减大的缺点，又增强了抗干扰能力，解决当前很多水文站所面临的由于通信引起的数据接收不到和难于实施五点法规范测量等实际问题。现将三种测流仪器对比如下：超声波多普勒剖面流速仪(ADCP)：不适合泥沙含量少的水质，采用船载测量方式，适用于大江大河，船载返回索取数据，价格贵。HCS-2000A型缆道测流仪：五点采样法时水下只能正确测2-3个点，传输距河岸超过80米，数据接收不准确，采用缆道测量方式无线通信方式。本作品：任何点都能正常工作，采用缆道双音频利用水介质、大地和缆道钢丝循环索构建传输回路的测量方式，适用于山区河流。我们研究的装置克服了现有装置存在的问题，由于音频信号在水里衰减较小，采用双音频通信，配上相关程序，能够可靠进行流量的监测，且不受传输距离的约束，抗雷电等干扰信号能力强,工作可靠。该装置设计简单，功耗低，一个星期只需充一次电。
获奖情况及鉴定结果
- 本作品在2010年到2011年3月在***市水文局***水文站实地进行了试验和展示，效果理想，真正做到了实用化、智能化。***市水文局评价：“***大学学生***等制作的“采用音频信号传输数据的流量装置”作品，在***水文站试用，在水下分别选取0.2米、0.6米、0.8米、1.2米、2.35米五个测点，均能可靠工作，符合五点测量法的技术要求。与现有仪器比，该作品操作简单、工作可靠，在整个河道122米宽距离数据传输正确。希望尽快投入生产供水文工作者使用，推动水文测量技术的提高和进步。” 该作品在第十二届“挑战杯”中获得***省决赛科技发明B类一等奖，专家组评价：方法独到，技术实用，特色鲜明。
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 一次性购买技术专利；购买专利和技术入股。
作品可展示的形式
- 模型、现场演示、图片、样品、实物
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本作品由水上控制终端、水下数据采集端、流量计三部分组成。使用步骤：1.将以上三部分连接起来，并给水上控制终端接通电源。2.按下相应的按键，设置需要采集信号的时间。3.按下信号发送键，开始动态显示采集到的信号个数。4.当设定的时间一到，系统自动停止采集，此时按下读数据键，看到绿灯点亮，表明工作正常，接着插入容量小于1G的U盘，当看到绿灯最后熄灭时，表明读数据完毕， 即可把U盘拔出。5.将U盘插入计算机USB接口，打开名字为“***水文.xls”的Excel文件，即可看到当前水流的流速和流量。该作品适合于国内外各地方中小型水文站进行水域数据的采集和控制,操作简单，抗干扰能力强，并且功能还能进一步提升，达到完全自动化和实用化。从现有的功能来说，此产品完全可以胜任市级、县级、乡镇级水文站对于测控的需求，具有市场竞争力。以***市为例，境内需要监测流量的河流达695条，***市水文局已明确要推广使用此设备，正与***市***电子信息有限责任公司合作，进入中试阶段，预计有广阔的市场前景。
同类课题研究水平概述
- 当前国外流量监测方法和仪器的文献较少，国外大多采用先进的超声波横断面流速仪、超声波多普勒剖面流速仪(ADCP)。对于超声波横断面流速仪和超声波多普勒剖面流速仪(ADCP)，韩国专家认为能应用于大江、大河，不过ADCP最大的缺点是在高拱流速条件下不能用于船测，而且价格昂贵。当前国内常用的传统河流流量测量方法包括人工船测、桥测缆道测量和涉水测量。流量监测数据的索取方式有船载监测人工索取、仪器监测自动获取，其通讯方式大都是采用脉冲方式、无线通讯方式或者单音频方式。脉冲拨号是一种时域处理方法，它用脉冲的个数来表示号码数字。脉冲方式对脉冲的宽度、大小、间距、形状都有着严格的要求，如果由于线路的干扰或其他原因而使得这些参数发生了变化，则可能引起号码接收的错误。无线通讯方式是近年来迅速发展，并广泛使用的一种通讯方式，就水文领域的应用来说，具有其优缺点。首先，无线通讯方式减少了测量时的通讯线路，排除了线路故障引起的数据传播路径不通。其次，操作简单，控制芯片设计方便，减少了不必要操作。但由于水文测量的自然环境比较恶劣，比如雷电、洪水、暴雨等，要求通讯模块必须具有强的抗干扰性，而无线通讯模块的抗干扰性在此方面有一定的局限性，并且无线通讯模块的功耗比较大，对于采用蓄电池的电路，不适于长时间测量。超声波多普勒剖面流速仪(ADCP)虽然先进，这几年也有少量的购入，但只在大江大河中使用，不适合山区河流的流量监测，基于当前国内很多山区使用的无线传送流量数据的监测技术，在数据传输时信号极易受到干扰和衰减的情况，我们设计了一种基于双音多频技术的新型流量监测装置，利用水、大地和缆道循环钢丝索进行数据通信的方式，此方案的低成本、高可靠性的特点完全可以取代现有的某些水文通信技术，解决当前很多水文站所面临的由于通信引起的数据接收不到和五点法规范测量的实施等问题。
