海洋浮标气象实时监测系统 型号：TP-8 品牌：美国R.M.Young
一、简介
沿海港区海洋气象环境实时监测（传输）系统是一个建于港口，用于监测港域海洋环境因素（如水温、潮流、流向、水位等）和气象环境因素（温湿度、风速风向、气压、雨量、能见度等），并为船舶进出港、离靠泊提供安全保障的监测服务信息网络。
港区海洋气象环境实时监测（传输）系统最早建成于美国的一些港口和海湾，如美国的纽约港、新西泽港、西雅图港等，近年台湾和日本的一些港口亦已建有该系统。然而我国大陆港区至今尚未建立与开展此项工作。
本海流气象实时监测系统旨在提供有效可靠的海流的流速、流向、气象的温湿度、风速风向、能见度等实时数据，为港口海域的船只航行安全等提供实时水文和气象监测数据。系统采用世界上最先进的声学多普勒法测量海流和流速剖面，最为稳定的温湿度、风速风向、能见度等气象传感器，使用GPRS无线数据传输完成实时系统监控和数据传输。可实现远程现场数据查看和数据分析。
图 2、Aquadopp Profiler多普勒流速剖面仪
二、海洋浮标气象环境实时监测系统设计
1、海流参数测量
海流测量采用挪威Nortek Aquadopp Profiler (600Khz
)多普勒流速剖面仪相关测量参数如下：
流速测量 | 型号 |
声学频率 | 0.6MHz |
剖面范围* | 30～40m |
层厚 | 1～4m |
最小盲区 | 0.50m |
最多分层 | 128 |
流速范围 | ±10m/s（可定制更大范围） |
精度 | 测量值的1%±0.5cm/s |
采样率 | 最快1Hz |
不确定度 | 参见软件 |
备注：*阔龙水流剖面仪由用户指定层面数和层厚，最大剖面范围还由声散射信号情况决定：当水清和层厚小时，剖面范围小；水混和层宽大时，剖面范围大。 | |
回声强度 | |
采样 | 与流速一致 |
分辨率 | 0.45dB |
声强范围 | 90db |
换能器 |
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声学频率 | 0.6MHz |
声束数 | 3 |
声束宽度 | 3.0° |
温度(热敏电阻) | |
范围 | -4℃～30℃ |
精度/分辨率 | 0.1℃/0.01℃ |
响应时间 | 10分钟 |
罗经(磁通门带液态倾斜仪) | |
最大倾斜角 | 30° |
精度/分辨率 | 2°/0.1° |
倾斜仪(液态水平) |
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精度/分辨率 | 0.2°/0.1° |
上或下 | 自动检测 |
压力(压敏电阻) | |
范围 | 0～100m(标准) |
精度/分辨率 | 满量程的0.25%/0.005% |
模拟输入 | |
通道数 | 2 |
电源电压 | 硬件可支持5V或12V(可调节) |
输入电压 | 0～5V |
分辨率 | 16位摸数转换 |
串行数据通讯 | |
I/O | RS232，RS422(提供USB转RS232转接器) |
波特率 | 300～115200(用户指定) |
内部存储 | |
记录容量 | 标准9MB可扩充至33,89或161MB |
数据记录 | 32字节+9*层面数 |
工作模式 | 当记满时自动停止记录(默认)或记满时从头刷新 |
软件AquaPro | |
操作平台 | WIN平台(WIN95/98/2000/XP/win7) |
功能设置 | 数据上传、ASCII码转换、在线数据采集、图形化显示 |
电源 | |
直流输入 | 9～16VDC |
采样率1Hz时的电源消耗 | 0.2～1.5W |
休眠时的电源消耗 | 0.0013W |
发射功率 | 0.3～20W，4档可调 |
内部电池* | |
类型/容量 | 18节AA碱性电池供50Wh |
新电池容量 | 13.5VDC |
电池寿命 | 80天(2MHz，层宽0.5m，10分钟平均) |
电池寿命 | 50天(1MHz，层宽1.Om，10分钟平均) |
*更的电池消耗和流速的不确定度由仪器设置决定，可从AquaPro软件中计算得出。 | |
材质 | |
标准 | 聚甲醛树脂和聚亚氨脂塑料钛合金螺丝 |
中等水深/深水 | 钛合金和聚甲醛树脂 |
连接头 | |
主机上 | LPMBH-8-FS(铜针，可选钛合金) |
电缆上 | LPMIL-8-MP |
工作温度 | -5℃～35℃ |
存放温度 | -20℃～45℃ |
抗振颤 | IEC721-3-2 |
浅水工作水深 | 300m |
物理指标 | |
重量 | 空气中2.4kg/2.6kg(0.6MHz)，3.7kg(0.4MHz)包括碱性电池 |
长度 | 550mm |
直径 | 75mm |
可选项 | |
电池组 | 锂电池/可充锂电池 |
外部电池 | 540Wh或1200Wh电池 |
换能器头 | 侧视(1或2MHz)可订购特殊形状 |
通讯 | 可选RS422通讯附件 |
2、气象参数测量
采用美国RM Young公司的气象测量设施，包括HMP45C温湿度、05106风速风向、SVS1能见度传感器，气压61302V（可选）和雨量50202（可选）。其主要参数如下：
测量参数 | 测量范围 | 测量精度 |
温度 | -39.2° to +60°C | <±0.5℃ |
湿度 | 0.8 to 100% RH, 非冷凝状态 | ±1% RH |
风向 | 360° | ±3 度 |
风速 | 0-100 m/s (224 mph) | ±0.3 m/s (0.6 mph) or 1% of reading |
能见度 | 标准：30m - 16 km | ±10% RMSE |
气压（可选） | 1100-600mbar | ±0.35（20度） |
雨量（可选） | 可测量0.1mm的降水增量 | ±1%（≤10mm/小时） ±3%（10-20mm/小时） ±5%（20-30mm/小时） |
3、GPRS无线通讯模块
基本参数 | |
供电 | +5~+36V |
工作最大电流 | 360mA |
待机电流 | 80mA |
数据接口 | RS232/485/422/TTL |
支持串口硬流控 | |
工作温度 | -20~+55℃ |
相对湿度 | 95%/40℃ |
尺寸 | 103X64X24cm（不包括天线） |
数据传输 | |
数据接口 | 波特率可设 |
传输协议 | 支持UDP，TCP |
换能器头 | 心跳间隔及心跳超时可设 |
在线特性 | 支持永远在线 |
短信及唤醒 | 支持短信及振铃唤醒 |
数据压缩 | Address-IMEI Mapping技术节省带宽 |
配置 | 超级终端配置 |
中文菜单配置 | |
稳定性 | |
主CPU | 32位ARM处理器 |
安全性 | 内置硬件看门狗 |
操作系统 | 嵌入式操作系统 |
通信协议 | 内置TCP/IP协议栈 |
4、系统集成
如图3，系统由Nortek Aquadopp Profiler (600Khz)多普勒流速剖面仪、气象参数监测设备、数据采集系统、通信系统、太阳能供电系统和浮标体等组成。
（1）气象参数：各传感器直接与CR800数据采集器连接，然后再与浮标体上的GPRS数据传输终端之间直接连接，GSM数据传输终端与采集服务器之间通过GPRS网络连接，GPRS数据传输终端与采集服务器之间的连接通过GSM网络无线连接。
（2）水文参数：声学多普勒流速剖面仪与浮标体上的GPRS数据传输终端之间直接连接，GSM数据传输终端与采集服务器之间通过GPRS网络连接，GPRS数据传输终端与采集服务器之间的连接通过GSM网络无线连接。
图3、系统集成图
（3）系统软件功能：
1）通讯状态(活动式卷帘，联机讯息等…)。
2）最近一次取得的数据(表列式raw data) 。
3）最后的统计参数数据，包括流速、水温、姿态等
4）流速流向及波高波向数据的逐时变化图。
5）流速数据时间序列剖面图、水温变化、压力(水位)变化、水中仪器目前位置变化数据（heading、pitch、roll等）。
图4、系统主界面
5．供电系统
（1）多普勒流速剖面仪备用电力
碱性电池装在一个电池筒内。使用期间：每隔1小时取样一次资料可持续3个月。电池筒：接碱性电池，含水下可拆接头。
（2）浮标体上的电源
太阳能供电系统是由太阳电池产生的电能经控制器贮存在蓄电池中，夜晚经控制器、逆变器为负载提供可靠的电能。
本系统采用环保无污染的太阳能供电系统，太阳能电池板为最为可靠的产品，系统配置：光伏组件、列阵接线箱、控制器、逆变器、蓄电池、系统状态监测接口
技术指标：整个光伏系统采用全自动控制，无需人工操作。系统具有防过充、过放、限流等多重保护功能，可以为负载同时提供直流和交流供电电源。
（3）预报系统数据采集系统
交流220伏，50Hz。
