全自動(dòng)水面蒸發(fā)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種全自動(dòng)水面蒸發(fā)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括蒸發(fā)桶，所述蒸發(fā)桶內(nèi)設(shè)有水位測(cè)量傳感器，所述水位測(cè)量傳感器電性連接有控制其在單位時(shí)間內(nèi)連續(xù)采集水位數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)儀，所述監(jiān)測(cè)儀還分別電性連接有雨量計(jì)、補(bǔ)水泵；所述補(bǔ)水泵通過進(jìn)水管道連接有補(bǔ)水桶，并通過出水管道與所述蒸發(fā)桶連接。本發(fā)明能夠分不同時(shí)段對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行水位變化趨勢(shì)分析，并根據(jù)分析出的水位變化趨勢(shì)判斷天氣狀況，然后選擇各種情況下蒸發(fā)量的計(jì)算公式計(jì)算出對(duì)應(yīng)的蒸發(fā)量，提高測(cè)量精度；且由于作出了水位趨勢(shì)的變化和水位數(shù)據(jù)數(shù)字濾波處理，所以無需防浪井也能實(shí)現(xiàn)在各種天氣情況下蒸發(fā)量的正常測(cè)量，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，減少了施工量與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)成本。
【專利說明】全自動(dòng)水面蒸發(fā)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種通過檢測(cè)水面高度變化量來測(cè)定水面蒸發(fā)量的全自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]水面蒸發(fā)量是我國水文水資源、氣象觀測(cè)的重要指標(biāo)，水面蒸發(fā)量的定義是:大地標(biāo)準(zhǔn)水平面在無風(fēng)浪條件下水位下降高度值即蒸發(fā)量。蒸發(fā)量的多少直接影響到農(nóng)作物的生長和收成。我國頒布了中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《水面蒸發(fā)器》(GB/T21327-2007)。目前我國水文部門監(jiān)測(cè)蒸發(fā)量主要依靠在有人值守的水文站采用人工的方法每天早8點(diǎn)量測(cè)水位高度變化量、溢流量、補(bǔ)水量并從雨量計(jì)讀取降雨量作為蒸發(fā)桶內(nèi)的降雨量等來人工合成蒸發(fā)量，少數(shù)地方也建立了蒸發(fā)量測(cè)量站，但現(xiàn)有的測(cè)量站為了排除風(fēng)浪對(duì)水面高度監(jiān)測(cè)過程的影響，建立了與蒸發(fā)桶連通的防浪井(又名靜水井)，將水位測(cè)量傳感器安裝在防浪井里進(jìn)行水位測(cè)量，防浪井和蒸發(fā)桶之間就需土建開挖埋設(shè)連通管和電動(dòng)閥等，這樣大大增加了土建施工量和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，也帶來了長期運(yùn)行的可靠性問題以及成本的大幅增加。
[0003]在遇到突發(fā)降雨，蒸發(fā)桶裝不下降雨量時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)溢流，原有技術(shù)要計(jì)算蒸發(fā)量就必須準(zhǔn)確測(cè)量出降雨量和蒸發(fā)桶內(nèi)溢出的水量，要在野外自動(dòng)準(zhǔn)確測(cè)量出溢流量是比較困難的，將增加溢流測(cè)量裝置，這樣就帶來了測(cè)量的可靠性問題還大大增加了自動(dòng)監(jiān)測(cè)的成本。增加的雨量計(jì)也要求是高精度雨量計(jì)，且在大地上降雨并不是均勻分布的，雨量計(jì)內(nèi)的降雨量作為在蒸發(fā)桶內(nèi)的實(shí)際降雨量是有較大誤差的，把降雨時(shí)段的蒸發(fā)量和無降雨時(shí)段的蒸發(fā)量合并在一起計(jì)算每天的蒸發(fā)量，就存在雨量測(cè)量誤差直接轉(zhuǎn)移成了蒸發(fā)量誤差，而降雨量一般遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于蒸發(fā)量，其帶來的誤差是不可忽略不計(jì)的。
[0004]當(dāng)長期不下雨，蒸發(fā)桶內(nèi)就需要補(bǔ)水，這就需要計(jì)算往蒸發(fā)桶內(nèi)注入的補(bǔ)水量，如果以上參數(shù)即蒸發(fā)桶內(nèi)水位高度變化量、降雨量、補(bǔ)水量、溢流量或取水量采用人工的方式每天及時(shí)準(zhǔn)確測(cè)量，那需要有專業(yè)的監(jiān)測(cè)人員來測(cè)量，影響各個(gè)測(cè)量參數(shù)準(zhǔn)確性的因素也很多，其各方面開支也是非常巨大的，對(duì)于無人值守的全自動(dòng)遙測(cè)水面蒸發(fā)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)就成了各地水文水資源、氣象等部門急需的產(chǎn)品。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，本發(fā)明提供一種全自動(dòng)水面蒸發(fā)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠分不同時(shí)段對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行水位變化趨勢(shì)分析，并根據(jù)分析出的水位變化趨勢(shì)判斷天氣狀況，然后選擇各種情況下蒸發(fā)量的計(jì)算公式計(jì)算出對(duì)應(yīng)的蒸發(fā)量，提高測(cè)量精度；且由于作出了水位趨勢(shì)的變化，所以無需防浪井也能避免在水位不穩(wěn)定的情況下一有風(fēng)浪的情況下計(jì)算蒸發(fā)量，從而減少測(cè)量誤差、減少施工量與成本、簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是一種全自動(dòng)水面蒸發(fā)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括蒸發(fā)桶，所述蒸發(fā)桶內(nèi)設(shè)有水位測(cè)量傳感器，所述水位測(cè)量傳感器電性連接有控制其在單位時(shí)間內(nèi)連續(xù)采集水位數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)儀，所述監(jiān)測(cè)儀還分別電性連接有雨量計(jì)、補(bǔ)水泵；所述補(bǔ)水泵通過進(jìn)水管道連接有補(bǔ)水桶，并通過出水管道與所述蒸發(fā)桶連接。
[0007]在上述技術(shù)方案中，水位測(cè)量傳感器直接設(shè)于蒸發(fā)桶內(nèi)，無需建造防浪井；由于監(jiān)測(cè)儀控制水位測(cè)量傳感器在單位時(shí)間內(nèi)連續(xù)采集水位數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)儀可以將采集到的數(shù)據(jù)與上一時(shí)段的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，從而分析得出水位變化趨勢(shì)，進(jìn)行數(shù)字濾波處理得出水位變化量，同時(shí)根據(jù)水位變化趨勢(shì)判斷天氣狀況，然后選擇各種情況下蒸發(fā)量的計(jì)算公式計(jì)算出對(duì)應(yīng)的蒸發(fā)量，如果一定時(shí)間間隔內(nèi)判斷不出水位變化趨勢(shì)，說明有風(fēng)浪，那么暫不進(jìn)行數(shù)字濾波處理也不進(jìn)行蒸發(fā)量計(jì)算。然而傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)必需依賴防浪井、電動(dòng)閥等才能對(duì)蒸發(fā)量進(jìn)行測(cè)量，造成系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜，土建施工量大，建造成本高。
[0008]進(jìn)一步的，所述監(jiān)測(cè)儀設(shè)有以單片機(jī)為核心的主機(jī)，所述主機(jī)電性連接有無線通訊模塊，所述無線通訊模塊電性連接有天線，所述天線網(wǎng)絡(luò)連接有監(jiān)測(cè)服務(wù)器；所述單片機(jī)為51系列單片機(jī)；所述無線通訊模塊為GPRS/GSM通訊模塊；所述水位測(cè)量傳感器為高精度磁致伸縮水位測(cè)量傳感器。單片機(jī)中可寫入判斷水位變化趨勢(shì)的程序，無線通訊模塊用以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)及數(shù)據(jù)共享，高精度磁致伸縮水位測(cè)量傳感器精度極高，利于提高測(cè)量精度。
[0009]進(jìn)一步的，所述監(jiān)測(cè)儀包括機(jī)箱及機(jī)箱支架，所述機(jī)箱頂部設(shè)有太陽能電池板，所述機(jī)箱內(nèi)設(shè)有與所述太陽能電池板分別電性連接的充電控制器、蓄電池。采用太陽能供電，可為整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供持續(xù)不斷的電源，保證整個(gè)系統(tǒng)長年的正常工作。
[0010]進(jìn)一步的，所述主機(jī)、無線通訊模塊均設(shè)于機(jī)箱內(nèi)，所述主機(jī)分別電性連接有液晶顯示屏及鍵盤。實(shí)現(xiàn)可視化操作、直觀簡便。
[0011]進(jìn)一步的，所述蒸發(fā)桶上設(shè)有靠近桶口的溢流支管，所述溢流支管下方設(shè)有水圈。溢流支管能在溢流時(shí)起導(dǎo)流作用，可直接流入水圈內(nèi)。
[0012]進(jìn)一步的，所述吸水管道的入水口上設(shè)有過濾網(wǎng)。過濾雜質(zhì)，避免雜質(zhì)對(duì)補(bǔ)水泵的磨損。
[0013]進(jìn)一步的，所述補(bǔ)水桶設(shè)有桶蓋，補(bǔ)水泵設(shè)置在補(bǔ)水桶上部。桶蓋能減少補(bǔ)水桶內(nèi)水分蒸發(fā)，補(bǔ)水泵有罩子罩住，能避免日曬雨淋的摧殘，還能減少占地面積，簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0015]圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2是本發(fā)明的系統(tǒng)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合具體實(shí)施例及附圖來進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明。
[0018]一種全自動(dòng)水面蒸發(fā)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，如圖1所示，包括蒸發(fā)桶1，所述蒸發(fā)桶I內(nèi)設(shè)有水位測(cè)量傳感器2，所述水位測(cè)量傳感器2電性連接有控制其在單位時(shí)間內(nèi)連續(xù)采集水位數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)儀3，所述監(jiān)測(cè)儀3還分別電性連接有雨量計(jì)4、補(bǔ)水泵5 ;所述補(bǔ)水泵5通過進(jìn)水管道連接有補(bǔ)水桶51，并通過出水管道與所述蒸發(fā)桶I連接。
[0019]監(jiān)測(cè)儀3控制水位測(cè)量傳感器2每間隔一段時(shí)間就進(jìn)行水位數(shù)據(jù)采集，并且連續(xù)采集單位時(shí)間內(nèi)的大量數(shù)據(jù)，并通過內(nèi)部的程序分析判斷出水位變化趨勢(shì):當(dāng)某一單位時(shí)間段內(nèi)的水位數(shù)據(jù)與上一單位時(shí)間段內(nèi)的水位數(shù)據(jù)比較，發(fā)現(xiàn)數(shù)值減小，說明水位呈下降趨勢(shì)，然后對(duì)連續(xù)測(cè)量的水位數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字濾波處理，計(jì)算出絕對(duì)水位下降量(絕對(duì)水位下降量是指現(xiàn)有水位處到溢流線的高度)，本次絕對(duì)水位下降量減去上次已確認(rèn)的絕對(duì)水位下降量即是該時(shí)段內(nèi)的相對(duì)水位下降量(簡稱水位下降量)并記錄下本次的絕對(duì)水位下降量；如果分析判斷出水位呈上升趨勢(shì)，說明在降雨，同樣做數(shù)字濾波處理，得出水位上漲量(水位下降量的相反數(shù))并記錄下本次的絕對(duì)水位下降量，并同時(shí)采集雨量計(jì)的降雨量；如果監(jiān)測(cè)儀內(nèi)部程序根據(jù)采集到的水位數(shù)據(jù)判斷不出水位變化趨勢(shì)，說明有風(fēng)浪，等待下一時(shí)段再進(jìn)行測(cè)量分析判斷。
[0020]當(dāng)蒸發(fā)桶內(nèi)水分不斷蒸發(fā)、水位不斷下降時(shí)，在水位測(cè)量傳感器2檢測(cè)到水位下降到補(bǔ)水線時(shí)，監(jiān)測(cè)儀3控制補(bǔ)水泵5啟動(dòng)向蒸發(fā)桶I內(nèi)補(bǔ)水，直到水位達(dá)到設(shè)定的高度時(shí)停止，在補(bǔ)水過程中水位測(cè)量傳感器2仍然進(jìn)行水位數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，監(jiān)控儀根據(jù)補(bǔ)水前后的水位高度計(jì)算出補(bǔ)水量并記錄下來。
[0021]當(dāng)降雨時(shí)，蒸發(fā)桶可能會(huì)發(fā)生溢流現(xiàn)象，此時(shí)從溢流開始到結(jié)束時(shí)的降雨量基本等同于溢流量，監(jiān)測(cè)儀3根據(jù)采集水位測(cè)量傳感器2采集到的水位和雨量計(jì)4采集到的降雨量計(jì)算出溢流期間的降雨量，從而間接實(shí)現(xiàn)了溢流量的測(cè)量。
[0022]下面給出程序的蒸發(fā)量計(jì)算公式:
[0023]無降雨時(shí)蒸發(fā)量計(jì)算公式如下:
[0024]蒸發(fā)量=水位下降量+補(bǔ)水量
[0025]式中補(bǔ)水量大于等于0，單位為毫米；水位下降高度有正負(fù)，為正表示水位下降，為負(fù)表示補(bǔ)水后水位上升，單位為毫米。
[0026]降雨時(shí)蒸發(fā)量計(jì)算公式如下:
[0027]蒸發(fā)量=降雨量-溢流量-水位上漲量+補(bǔ)水量
[0028]在溢流時(shí)，水位上漲量為0，補(bǔ)水量為O。
[0029]在沒有溢流時(shí)，溢流量為0，蒸發(fā)量=降雨量-水位上漲量+補(bǔ)水量；
[0030]上式中單位皆為毫米。
[0031]綜上所述，該全自動(dòng)水面蒸發(fā)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，先通過水位變化趨勢(shì)的判斷，分析出外界天氣狀況，然后分情況選擇對(duì)應(yīng)的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，實(shí)現(xiàn)了各種天氣情況的蒸發(fā)量計(jì)算。由于降雨時(shí)，降雨量誤差對(duì)蒸發(fā)量測(cè)量精度影響較大，現(xiàn)有技術(shù)中把降雨時(shí)段的蒸發(fā)量測(cè)量和無降雨時(shí)段的蒸發(fā)量測(cè)量合并在一起測(cè)量，就會(huì)將降雨時(shí)段的蒸發(fā)量誤差帶給無降雨時(shí)段的蒸發(fā)量，不便于由于降雨帶來的蒸發(fā)量粗大誤差的剔除，例如一天之中無降雨時(shí)段的蒸發(fā)量為1_，降雨時(shí)段的蒸發(fā)量為-2_，按照現(xiàn)有技術(shù)中的測(cè)量方法那么計(jì)算出全天總的蒸發(fā)量為-1mm，即表示沒有蒸發(fā)；然而，其實(shí)總的蒸發(fā)量應(yīng)為1mm，本發(fā)明的全自動(dòng)水面蒸發(fā)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由于能分時(shí)段進(jìn)行蒸發(fā)量測(cè)量，在測(cè)出降雨時(shí)段蒸發(fā)量為負(fù)時(shí)，自動(dòng)將該段蒸發(fā)量記零，從而實(shí)現(xiàn)將降雨帶來的蒸發(fā)量粗大誤差的剔除。
[0032]進(jìn)一步的，如圖2所示，所述監(jiān)測(cè)儀3設(shè)有以單片機(jī)為核心的主機(jī)，所述主機(jī)電性連接有無線通訊模塊，所述無線通訊模塊電性連接有天線，所述天線網(wǎng)絡(luò)連接有監(jiān)測(cè)服務(wù)器；所述單片機(jī)為51系列單片機(jī)；所述無線通訊模塊為GPRS/GSM通訊模塊；所述水位測(cè)量傳感器2為高精度磁致伸縮水位測(cè)量傳感器。監(jiān)測(cè)儀3通過主機(jī)控制數(shù)據(jù)的采集、處理及存儲(chǔ)，無線通訊模塊可讀取主機(jī)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，并經(jīng)天線網(wǎng)絡(luò)上傳到監(jiān)測(cè)服務(wù)器，供授權(quán)的客戶通過客戶終端登錄到監(jiān)測(cè)服務(wù)器，查看并下載蒸發(fā)量、降雨量等水文監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，也可以通過客戶終端輸入指令來遠(yuǎn)程操控監(jiān)測(cè)儀。
[0033]進(jìn)一步的，所述監(jiān)測(cè)儀3包括機(jī)箱及機(jī)箱支架，所述機(jī)箱頂部設(shè)有太陽能電池板，所述機(jī)箱內(nèi)設(shè)有與所述太陽能電池板分別電性連接的充電控制器、蓄電池。所述主機(jī)、無線通訊模塊及天線均設(shè)于機(jī)箱內(nèi)，所述主機(jī)分別電性連接有液晶顯示屏及鍵盤。充電控制器可控制太陽能電池板自動(dòng)對(duì)蓄電池充電，從而為主機(jī)及整個(gè)系統(tǒng)供電，由于利用太陽能作為初級(jí)能源，特別適合野外作業(yè)的水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
[0034]進(jìn)一步的，所述蒸發(fā)桶I上設(shè)有靠近桶口的溢流支管11，所述溢流支管11下方設(shè)有水圈12。所述吸水管道的入水口上設(shè)有過濾網(wǎng)52。所述補(bǔ)水桶51設(shè)有桶蓋，補(bǔ)水桶51內(nèi)設(shè)有支撐所述補(bǔ)水泵5的隔板，所述隔板設(shè)置在補(bǔ)水桶51上部。
[0035]以上對(duì)本發(fā)明實(shí)施例所提供的技術(shù)方案進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的原理以及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只適用于幫助理解本發(fā)明實(shí)施例的原理；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，在【具體實(shí)施方式】以及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
【權(quán)利要求】
1.一種全自動(dòng)水面蒸發(fā)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括蒸發(fā)桶，其特征在于:所述蒸發(fā)桶內(nèi)設(shè)有水位測(cè)量傳感器，所述水位測(cè)量傳感器電性連接有控制其在單位時(shí)間內(nèi)連續(xù)采集水位數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)儀，所述監(jiān)測(cè)儀還分別電性連接有雨量計(jì)、補(bǔ)水泵；所述補(bǔ)水泵通過進(jìn)水管道連接有補(bǔ)水桶，并通過出水管道與所述蒸發(fā)桶連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全自動(dòng)水面蒸發(fā)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述監(jiān)測(cè)儀設(shè)有以單片機(jī)為核心的主機(jī)，所述主機(jī)電性連接有無線通訊模塊，所述無線通訊模塊電性連接有天線，所述天線網(wǎng)絡(luò)連接有監(jiān)測(cè)服務(wù)器；所述單片機(jī)為51系列單片機(jī)；所述無線通訊模塊為GPRS/GSM通訊模塊；所述水位測(cè)量傳感器為高精度磁致伸縮水位測(cè)量傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的全自動(dòng)水面蒸發(fā)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述監(jiān)測(cè)儀包括機(jī)箱及機(jī)箱支架，所述機(jī)箱頂部設(shè)有太陽能電池板，所述機(jī)箱內(nèi)設(shè)有與所述太陽能電池板分別電性連接的充電控制器、蓄電池。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的全自動(dòng)水面蒸發(fā)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述主機(jī)、無線通訊模塊均設(shè)于機(jī)箱內(nèi)，所述主機(jī)分別電性連接有液晶顯示屏及鍵盤。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全自動(dòng)水面蒸發(fā)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述蒸發(fā)桶上設(shè)有靠近桶口的溢流支管，所述溢流支管下方設(shè)有水圈。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全自動(dòng)水面蒸發(fā)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述吸水管道的入水口上設(shè)有過濾網(wǎng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全自動(dòng)水面蒸發(fā)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述補(bǔ)水桶設(shè)有桶蓋，補(bǔ)水泵設(shè)置在補(bǔ)水桶上部。
【文檔編號(hào)】G01W1/00GK103760623SQ201310192468
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2013年5月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月22日
【發(fā)明者】李金建, 倪克如 申請(qǐng)人:重慶華正水文儀器有限公司