水文水質(zhì)生態(tài)浮標(biāo)投放海洋和湖泊等自然環(huán)境進(jìn)行水文和水質(zhì)生態(tài)監(jiān)測，搭載相應(yīng)的測量儀器，還具有數(shù)據(jù)無線傳輸、自供電設(shè)備，并能承受嚴(yán)峻的野外環(huán)境。具有測量參數(shù)多、運(yùn)行維護(hù)量少等特點(diǎn)，另外投放點(diǎn)必須滿足相關(guān)海事部門的有關(guān)規(guī)定和要求，概括起來應(yīng)具備如下功能：
數(shù)據(jù)存儲和處理功能
系統(tǒng)檢測和控制功能
數(shù)據(jù)無線傳輸功能
異常狀況報(bào)警功能
自供電功能
全球定位功能
耐受環(huán)境的卓越能力
系統(tǒng)特點(diǎn)
穩(wěn)定性：久經(jīng)考驗(yàn)的儀器性能
實(shí)時性：在線數(shù)據(jù)處理
R232、R485、以太網(wǎng)、GPRS、CDMA、電臺、衛(wèi)星等多種通訊方式任選
低功耗，太陽能供電
超強(qiáng)的兼容性及擴(kuò)展性
應(yīng)用領(lǐng)域
水源地預(yù)警
赤潮藻華監(jiān)測和預(yù)警
江河湖庫水質(zhì)監(jiān)測
海洋和海岸線水質(zhì)調(diào)查
水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)水質(zhì)評價
富營養(yǎng)化狀況監(jiān)測和調(diào)查
藻類和浮游生物量估算及其分布調(diào)查
1 系統(tǒng)組成
1.1組成框圖
圖1 浮標(biāo)的組成框圖
1.2組成說明
如圖1所示，浮標(biāo)體和錨系、電源系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)和天線、浮標(biāo)檢測器構(gòu)成了浮標(biāo)的基本配置。通過搭載傳感器完成參數(shù)測量，數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)的處理和存儲。
浮標(biāo)系統(tǒng)測量的數(shù)據(jù)由通訊系統(tǒng)（GPRS或北斗衛(wèi)星）發(fā)射到指定的固定IP地址，然后由岸站接收，數(shù)據(jù)接收處理系統(tǒng)按預(yù)定的文本格式處理后，可以存儲或者打印。
2方案設(shè)計(jì)
2.1方案一： Hydrolab DS5X
HACH的Hydrolab DS5X 是一款多參數(shù)水質(zhì)檢測儀，最多能安裝17個傳感器探頭，具有非常優(yōu)越的靈活性。能實(shí)現(xiàn)一次性測量溫度、電導(dǎo)率、深度、pH值、溶解氧（LDO）、溶解氧、濁度、葉綠素a、藍(lán)綠藻、銨鹽、硝酸鹽、氯化物等指標(biāo)。
傳感器特點(diǎn)：
可用于無人值守站點(diǎn)進(jìn)行檢測；
接口多樣化：SDI-12，RS-485和RS-232；
延長了工作時間，優(yōu)化了數(shù)據(jù)的保存；
能在生物豐富的水域中進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測而設(shè)計(jì)，具備高準(zhǔn)確度。
技術(shù)參數(shù)：
Hach | 范圍 | 精度 | 分辨率 |
低溶解氧 | 0~60mg/L | ±0.1 mg/L < 8mg/L ±0.2 mg/L ≥ 8mg/L | 0.01 mg/L |
溫度 | -5~50°C | ±0.1°C | 0.01°C |
pH | 0-14 | ±0.2 | 0.01 |
濁度 | 0-3000 NTU | ±1%（0-100NTU） ±3%（100-400NTU） ±5%（4-3000NTU） | 0.1 NTU(<400NTU) 1 NTU(≥400NTU) |
電導(dǎo)率 | 0-100 mS/cm | ±0.5%+0.001 mS/cm | 0.001 |
光照度 | 0-10000 μmol s-1m-2 | ±5% | 1 μmol s-1m-2 |
ORP氧化還原電位 | -999-999mV | ±20mV | 1mV |
溶解氧 | 0~50mg/L | ±0.2 mg/L < 20mg/L ±0.6 mg/L ≥ 20mg/L | 0.01 mg/L |
TDG (總?cè)芙鈿怏w) | 400-1400mmHg | ±1.5%mmHg | 1mmHg |
藍(lán)綠藻 | 低 150-2,000,000 cells/mL 中 150-200,000 cells/mL 高 150-20,000 cells/m | 相當(dāng)于1個pph的若丹 | 20cells/mL
|
深度 | 0-10m（絕對壓力） 0-25m 0-100m 0-200m | ±0.003m ±0.05m ±0.05m ±0.1m | 0.01m 0.01m 0.01m 0.1m |
葉綠素a | 低 0.03-500 μg/L 中 0.03 -50 μg/L 高 0.03-5 μg/L | 相當(dāng)于1個pph的若丹 | 0.01μg/L |
2.2方案二：Aquaread AP7000
Aquaread AP7000是一款自清潔的長期在線水質(zhì)測量儀器，清潔刷能夠清洗所有的探頭。標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)包括：溫度、光學(xué)溶氧、比電率、絕對電導(dǎo)率、鹽度、pH、ORP、TDS、深度、電阻率和SSG。
可選探頭包括光學(xué)電極和ISE電極。光學(xué)電極包括：濁度、葉綠素、藍(lán)綠藻、羅丹明、熒光素和精煉油。ISE電極包括：銨氮和氨氮、氯化物、氟化物、硝酸鹽以及鈣離子。
2.3方案三：多傳感器配置
該方案使用多個傳感器來進(jìn)行配置，每種傳感器測量一種或者兩種參數(shù)。
范圍 | 精度 | |
CS511溶解氧 | 0.5~20ppm | ±2% |
CS526pH計(jì) | 0-14 | ±0.2 |
CS547A電導(dǎo)率和溫度傳感器 | 0.005~7.0 mS/cm 0~50°C | ±5%reading mS/cm 0.2°C |
SR50A水位傳感器 | 0.5~10m | ±1cm或者0.4%reading |
OBS300濁度計(jì) | 0-4000 NTU | ±2%reading 或者0.5NTU |
2.4營養(yǎng)鹽測量
意大利SYSTEA公司的WIZ傳感器是一款新型的便攜式野外營養(yǎng)鹽在線分析儀，可用于地表水以及海洋中的最多達(dá)四個化學(xué)參數(shù)的完全自動化測量，維護(hù)周期長。
WIZ傳感器主要采用業(yè)內(nèi)公認(rèn)的分光光度濕化學(xué)法進(jìn)行測量，主要測量參數(shù)有：氨氮（N-NH3）、正磷酸鹽（P-PO4）、硝酸鹽+亞硝酸鹽（N-NO3+NO2）和亞硝酸鹽。
其他應(yīng)用參數(shù)可根據(jù)要求選配，包括硅酸鹽、總磷、總氮、鐵離子等其他金屬離子。
2.5其它可選傳感器
Aquadopp Profiler “闊龍”剖面流速儀 (400K/600K/1M/2M Hz) 使用非常靈活，典型的應(yīng)用包括：淺水海洋研究（水深小于100米），港口監(jiān)控，河流、湖泊和渠道等的科學(xué)研究。它可以布放在小巧又便宜的座底式支架，石油平臺，浮標(biāo)或者任何固定建筑上。在典型的海洋表層環(huán)境中進(jìn)行測量和在具有大量浮游沉積物的海岸或者河流中進(jìn)行測量，工作效果一樣好。一系列獨(dú)特的探頭設(shè)計(jì)保證了“闊龍”能夠布放于任何復(fù)雜環(huán)境中。
“闊龍”除了能夠采集剖面流速，它還可以通過PUV法采集波浪數(shù)據(jù)。只要有足夠的存儲空間和電量，該系統(tǒng)就成為波浪流系統(tǒng)。
產(chǎn)品特點(diǎn)：
測量范圍：80m/40m/20m/10
精度高
重量輕
測流、測溫、羅盤、傾斜儀、存儲、電池一體
探頭形式多樣，安裝測量方便
PUV測波浪
3浮體
浮標(biāo)體：直徑1.5m的圓盤型隨波浮標(biāo)。浮標(biāo)體型號規(guī)格：TNB-1.5m 型；直徑：1.5m。浮標(biāo)體相關(guān)技術(shù)參數(shù)：浮標(biāo)體預(yù)計(jì)5米波高時，最大搖擺角度小于25 度，10 米波高時小于35 度，15 米波高時小于45 度，當(dāng)浮體傾斜90 度時自動回復(fù)正常姿態(tài)。
浮標(biāo)體各部材料、加工工藝及性能特征：
1)浮標(biāo)體主鋼構(gòu)體采用優(yōu)質(zhì)不銹鋼鋼材，厚4mm。嚴(yán)格按船舶成型、焊接等加工工藝，焊縫嚴(yán)格執(zhí)行“煤油滲漏、超聲、加壓”等檢測手段。內(nèi)部雙層油漆防護(hù)，外部精拋五層油漆防護(hù)。浮標(biāo)體內(nèi)充填泡沫；
2)護(hù)舷采用防撞防老化橡膠；
3)浮標(biāo)上層支架同樣采用優(yōu)質(zhì)不銹鋼鋼材，按專業(yè)、可靠的焊接及熱處理工藝，具有強(qiáng)度高、防腐蝕、防磁特征，安裝有綜合氣象傳感器、錨燈、風(fēng)速計(jì)、衛(wèi)通天線等附件；
4)浮標(biāo)下尾管為可拆卸式結(jié)構(gòu)，采用優(yōu)質(zhì)耐腐蝕不銹鋼，按專業(yè)、可靠的成型、焊接工藝，具有強(qiáng)度高、耐腐蝕、防磁特征。尾管內(nèi)可以很靈活便捷地安裝海流計(jì)等儀器，尾管式結(jié)構(gòu)可提高浮標(biāo)體的穩(wěn)性、增強(qiáng)對儀器的保護(hù)。尾管端鉛重塊采用內(nèi)外置形式，根據(jù)使用要求很靈活裝卸；
5)太陽能板固定采用斜梯形臺（仿龜背）形式，以提高太陽能板工作效能，且能有效防止拖、掛、鉤等不安全因素發(fā)生。太陽能供電裝置，最大輸出功率：45Wx3；電池組：容量200AH；具備太陽能充電優(yōu)化系統(tǒng)，防止過充電；
6)儀器倉布空間設(shè)計(jì)規(guī)格：￠為80cm，H 為100cm；儀器倉內(nèi)支架采用優(yōu)質(zhì)不銹鋼鋼材，減輕重量，調(diào)節(jié)使用方便；
7)浮標(biāo)整體外部螺紋連接處均采用特制防盜不銹鋼螺母、螺栓，大大提高了防偷盜的安全性；
8)浮標(biāo)體內(nèi)外電纜走線全部采用法蘭（橡膠水密圈+防水坎）及水密插頭形式，各種電纜線布置、安裝、使用、更換方便快捷。浮標(biāo)體底部特附加三個眼板扣，留作“單點(diǎn)系泊式”備用；
9)配置全球定位系統(tǒng)（GPS）和羅盤，可通過程序設(shè)定浮標(biāo)經(jīng)緯度范圍（定位精度在15米以下，實(shí)時監(jiān)測浮標(biāo)的經(jīng)緯度），一旦浮標(biāo)漂離規(guī)定范圍，GPS測定后立即向預(yù)設(shè)電話報(bào)警，及時追回，有效的防止偷盜、錨纜斷裂等意外事件；
10)配置浮標(biāo)標(biāo)志燈，射程不少于6 海里，浮標(biāo)標(biāo)志燈符合海上航（?。?biāo)燈的相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)；
11)設(shè)計(jì)及制造均嚴(yán)格按相關(guān)國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。
其它相關(guān)附、組件按標(biāo)準(zhǔn)常規(guī)要求配置：如拖曳、起重眼板、系纜樁、抓力錨、專用卸扣、錨鏈、連接扣等。
圖2 浮標(biāo)體總裝效果
圖3 浮標(biāo)系統(tǒng)示意圖
4.無線傳輸
可根據(jù)用戶要求選擇數(shù)據(jù)通訊方式，方式包括：GSM、GPRS、CDMA通訊，中國北斗衛(wèi)星通訊，全球銥星通訊，海事衛(wèi)星C（Inmarsat-C）通訊等。其中GSM、GPRS、CDMA通訊方式因?yàn)樾盘柛采w問題，只適用于近海岸通訊。
可同時使用兩種傳輸方式：
GPRS通訊
北斗衛(wèi)星通訊
除了數(shù)據(jù)傳輸功能外，用戶還可以在岸站對浮標(biāo)的工作狀況進(jìn)行遙測或遙控（包括采樣周期、參數(shù)設(shè)置等），以及控制通訊系統(tǒng)的發(fā)射頻率等。接收系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集周期根據(jù)需求調(diào)整，數(shù)據(jù)采集后立即發(fā)送。