CN102590894B - 一种径流试验站的自动观测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于径流试验站的自动检测系统，属于水利试验技术领域，该系统主要包括水文气象测量仪器组、转换模块以及控制服务器三部分；所述各部分之间通过信号线连接，其中，测量仪器组用于直接测量降雨、径流、泥沙浓度各水文气象数据，并将这些数据以电流或电压的形式输出；转换模块用于将电流或电压等模拟信号转换为计算机可识别的满足RS-232通讯协议的数字信号；控制服务器用于对转换模块输出的信号进行接收和处理。本发明可提高径流试验站中各种参数观测的自动化水平，保证数据测量的稳定性，为数据的查询、利用与共享提供有效的技术平台。
Description
技术领域
本发明属于水利试验领域，特别涉及径流试验站的自动观测系统。
背景技术
由于降雨形成的地表径流对土壤产生的侵蚀作用称为水力侵蚀。水力侵蚀通常带走大量地表土壤从而造成水土流失。在中国大部分地区，特别在山区、丘陵地带，水力侵蚀是造成水土流失的主要原因。在很多水土流失严重的地区，为了探索水土流失规律，研究水土流失的防治措施，需要在当地设立径流试验站，进行实地试验观测。
目前的径流试验站多沿用传统的测量方法对降雨、径流、含沙量及其他水文气象参数进行测量：降雨通过雨量计进行测量；在径流流量测量时，在试验站中设立径流观测池，采用自记水位计或者人工记录的方式对径流观测池中的水位数据进行采集，再通过径流观测池的容积-水位曲线以及水位变化过程换算出径流流量；测量含沙量时，在径流观测池中对水沙进行混合物取样，对采集的样本烘干进行含沙量计算，由于工作量较大而且现场工作人员较少，多数径流试验站对一次降雨径流过程多只测一次平均含沙量，没有随径流的变化过程的含沙量；其他如气温、蒸发等水文气象数据也多是采用人工记录，再印刷成册存储。由于数据观测需要大量人工参与，即使采用自计水位计和自计雨量计记录的数据也要通过人工读数的方法进行数据的整理，数据的采集、读取、传输以及存储过程通常效率较低，测量可靠度不稳定。因此，需要建立一套用于径流试验站的自动观测系统，提高径流试验站中各种参数观测的自动化水平，保证数据测量的稳定性，为数据的查询、利用与共享提供有效的技术平台。
发明内容
本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种径流试验站的自动观测系统，可提高径流试验站中各种参数观测的自动化水平，保证数据测量的稳定性，为数据的查询、利用与共享提供有效的技术平台。
本发明提出的一种用于径流试验站的自动观测系统，其特征在于，该系统主要包括水文气象测量仪器组、转换模块以及控制服务器三部分；所述各部分之间通过信号线连接，其中，测量仪器组用于直接测量降雨、径流、泥沙浓度各水文气象数据，并将这些数据以电流或电压的形式输出；转换模块用于将电流或电压等模拟信号转换为计算机可识别的满足RS-232通讯协议的数字信号；控制服务器用于对转换模块输出的信号进行接收和处理。
所述水文气象测量仪器组主要包括多个翻斗式雨量计，多个电磁流量计，多个泥沙浓度计，其中，翻斗式雨量计用于测量降雨量，并以电压的形式将降雨量数据输出，电磁流量计与泥沙浓度计分别用于测量径流量和泥沙浓度，并将实测数据以电流的形式输出；所述转换模块主要由多个脉冲电压式模数转换模块，多个电流式模数转换模块和通讯协议转换模块组成，其中，脉冲电压式模数转换模块输入端口分别与各翻斗式雨量计连接，将翻斗式雨量计采集的电压信号转换为数字信号；电流式模数转换模块的输入端口分别与各电磁流量计、各泥沙浓度计相连接，将电磁流量计和泥沙浓度计采集的电流信号转换为数字信号；各通讯协议转换模块的信号输入端与各电流式及脉冲电压式模数转换模块输出端连接，各通讯协议转换模块信号输出端均与控制服务器连接，用于将电流式和脉冲电压式模数转换模块输出的RS-485格式信号转换为RS-232信号输入到控制服务器中。
本发明的技术特点及有益效果：
本发明的特点在于通过一种径流试验站的自动观测系统实现对径流试验站中的各项测量指标的采集、传输、储存进行自动化管理，可实现数据的全天候不间断、高精度和高时间分辨率的测量，节省了大量的人工劳动，提高了测量效率，保证了数据测量的稳定性，增强了数据的查询、利用和共享能力，具有重要的生产实用价值及推广应用前景。
附图说明
图1为本发明的一种用于径流试验站的自动观测系统结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例对本发明的一种用于径流试验站的自动观测系统进行详细说明。
本发明提出的用于径流试验站的自动观测系统，其特征在于，该系统主要包括水文气象测量仪器组、转换模块以及控制服务器三部分；上述各部分之间通过信号线连接，其中，测量仪器组用于直接测量降雨、径流、泥沙浓度各水文气象数据，并将这些数据以电流或电压的形式输出；转换模块用于将电流或电压等模拟信号转换为计算机可识别的满足RS-232通讯协议的数字信号；控制服务器用于对转换模块输出的信号进行接收和处理。
上述装置各部分的具体实施方式及功能结合附图分别说明如下：
本发明提出的用于径流试验站的自动检测系统的实施例总体结构如图1所示，其中水文气象测量仪器组1主要包括三翻斗式雨量计5-1、5-2、5-3，两个电磁流量计7-1、7-2，三个泥沙浓度计9-1、9-2、9-3，其中，翻斗式雨量计5-1、5-2、5-3设置在径流试验站无遮挡的高处用于测量降雨量，并以电压的形式将降雨量数据输出，电磁流量计7-1、7-2与泥沙浓度计9-1、9-2、9-3安装在所观测流域的径流流量管道内分别用于测量径流量和泥沙浓度，并将实测数据以电流的形式输出。测量仪器组1中，各种测量仪器的型号及数量可以根据实际测量需要任意选择。本实施例选用的翻斗式雨量计为SL3-1型遥感雨量传感器，电磁流量计DN20和DN80型号各一台；泥沙浓度计的型号为RS-1000，各仪器可以全天候不间断对水文气象数据进行记录。
本发明的转换模块2主要由脉冲电压式模数转换模块6-1、6-2、6-3，电流式模数转换模块8-1、8-2、10-1、10-2、10-3和通讯协议转换模块3-1、3-2、3-3组成，其中，脉冲电压式模数转换模块6-1、6-2、6-3输入端口分别与翻斗式雨量计5-1、5-2、5-3连接，将翻斗式雨量计5-1、5-2、5-3采集的电压信号转换为数字信号；电流式模数转换模块的输入端口8-1、8-2与电磁流量计7-1、7-2相连接，将电磁流量计7-1、7-2采集的电流信号转换为数字信号；电流式模数转换模块的输入端口10-1、10-2、10-3与泥沙浓度计9-1、9-2、9-3相连接，将泥沙浓度计9-1、9-2、9-3采集的电流信号转换为数字信号；通讯协议转换模块3-1、3-2、3-3的信号输入端与各电流式及脉冲电压式模数转换模块输出端连接，各通讯协议转换模块信号输出端与控制服务器4连接，通讯协议转换模块3-1、3-2、3-3用于将电流式和脉冲电压式模数转换模块输出的RS-485格式信号转换为RS-232信号。
一个电流式或脉冲电压式模数转换模块和一个通讯协议转换模块的端口数量是一定的，因此各模块的使用数量应根据径流试验站所需设置的测量仪器的台数和模块端口的数量共同确定。本实施例中，采用了5个BP7017电流式模数转换模块，3个BP7052脉冲电压式模数转换模块和3个BP7520通讯协议转换模块，各模块的端口数均为8通道。
本实施例的控制服务器4为个人计算机，由于计算机需要全天候不间断进行数据采集、换算、可视化和存储，其配置应满足CPU性能不低于Intel奔腾4处理器、内存不低于512M、主板配备标准串口卡、操作系统版本不低于Windows XP，计算机内安装控制程序，控制程序的功能为通过计算机串口依次读取、转换、可视化和存储每个测量仪器的观测数据，通过重复不间断执行上述命令过程，即可实现水文气象数据的全天候不间断存储；由于计算机依次对单个测量仪器完成一次读取、转换、可视化和存储操作的时间极短(小于1秒)，因此，当测量仪器个数一定时，计算机对所有测量仪器完成一次循环操作的最短时间即可确定。以本实施例为例，测量仪器总共为8台，因此计算机每隔20S即可从每个仪器获得一组数据，即数据时间分辨率为20S，这远远高于人工测量的时间分辨率(小时量级)。
Claims (2)
1.一种用于径流试验站的自动观测系统，其特征在于，该系统主要包括水文气象测量仪器组、转换模块以及控制服务器三部分；所述各部分之间通过信号线连接，其中，水文气象测量仪器组用于直接测量降雨、径流、泥沙浓度各水文气象数据，并将这些数据以电流或电压的形式输出；转换模块用于将电流或电压等模拟信号转换为计算机可识别的满足RS-232通讯协议的数字信号；控制服务器用于对转换模块输出的信号进行接收和处理；
所述水文气象测量仪器组主要包括多个翻斗式雨量计，多个电磁流量计，多个泥沙浓度计，其中，翻斗式雨量计用于测量降雨量，并以电压的形式将降雨量数据输出，电磁流量计与泥沙浓度计分别用于测量径流量和泥沙浓度，并将实测数据以电流的形式输出；所述转换模块主要由多个脉冲电压式模数转换模块，多个电流式模数转换模块和通讯协议转换模块组成，其中，脉冲电压式模数转换模块输入端口分别与各翻斗式雨量计连接，将翻斗式雨量计采集的电压信号转换为数字信号；电流式模数转换模块的输入端口分别与各电磁流量计、各泥沙浓度计相连接，将电磁流量计和泥沙浓度计采集的电流信号转换为数字信号；各通讯协议转换模块的信号输入端与各电流式及脉冲电压式模数转换模块输出端连接，各通讯协议转换模块信号输出端均与控制服务器连接，用于将电流式和脉冲电压式模数转换模块输出的RS-485格式信号转换为RS-232信号输入到控制服务器中。
2.如权利要求1所述的自动检测系统，其特征在于，所述控制服务器采用个人计算机，其CPU性能不低于Intel奔腾4处理器、内存不低于512M、主板配备标准串口卡、操作系统版本不低于Windows XP；该个人计算机内安装有控制程序，用于通过计算机串口依次读取、转换、可视化和存储每个测量仪器的观测数据，通过重复不间断执行上述过程，实现水文气象数据的全天候不间断存储。
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