Đề xuất hệ thống giám sát mực nước và lượng mưa bằng radar: Giải pháp kỹ thuật giám sát dòng chảy và mực nước sông không tiếp xúc

Hệ thống giám sát mực nước và lượng mưa bằng radar cấp công nghiệp: Giải pháp nhận biết thủy văn có độ chính xác cao dành cho các nhà tích hợp hệ thống

Trong lĩnh vực bảo tồn nước hiện đại IoT và xây dựng thành phố thông minh, tính chất thời gian thực, độ chính xác của dữ liệu và khả năng tồn tại của hệ thống trong điều kiện làm việc khắc nghiệt là những chỉ số cốt lõi để đo lường sự thành công của dự án. Đồng hồ đo mực nước tiếp xúc truyền thống hoặc cảm biến siêu âm thường có tỷ lệ hỏng hóc cao và chi phí bảo trì cao khi đối mặt với phù sa sông, nước thải ăn mòn hoặc dòng nước tốc độ cao.

Hệ thống giám sát lượng mưa và mực nước radar tự động trực tuyến do NiuBoL ra mắt áp dụng công nghệ radar sóng milimet 77GHz tiên tiến, đạt được bước nhảy vọt từ “đo tiếp xúc” sang “nhận thức không tiếp xúc”. Hệ thống này được thiết kế đặc biệt dành cho các nhà tích hợp hệ thống (SI) và các nhà thầu kỹ thuật, nhằm cung cấp nền tảng kỹ thuật số có độ tin cậy cao cho sông, hồ, kênh tưới hở và mạng lưới đường ống thoát nước đô thị.

Nguyên lý cơ bản và ưu điểm kỹ thuật của Hệ thống giám sát mực nước và lượng mưa bằng radar

Nguyên lý hoạt động của cảm biến mực nước radar dựa trên công nghệ đo phạm vi sóng điện từ. Các xung radar được phát ra từ ăng-ten, tiếng vang phản xạ mặt nước được nhận và thời gian khứ hồi T được ghi lại. Vì tốc độ truyền sóng điện từ C không đổi nên khoảng cách đến mặt nước có thể được tính toán chính xác theo công thức D = (C × T)/2. Hệ thống sử dụng phép đo thời gian ở cấp độ nano giây và chuyển đổi sang xử lý ở cấp độ mili giây, thực hiện 55 lần lấy mẫu mỗi giây, kết hợp với thuật toán lọc kỹ thuật số để triệt tiêu hiệu quả ảnh hưởng của biến động mặt nước và đạt được độ chính xác đo gần với mực nước tĩnh.

So với các máy đo mực nước tiếp xúc truyền thống, phép đo radar không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, áp suất, mật độ không khí, lực gió, lượng mưa hoặc độ ẩm tương đối cũng như không bị ảnh hưởng bởi các chất ô nhiễm, trầm tích hoặc vật thể nổi trong nước. Thiết kế không tiếp xúc giúp tránh các vấn đề như lắng đọng bùn, ăn mòn và bám dính sinh học, giảm đáng kể tần suất bảo trì và đặc biệt phù hợp với môi trường hiện trường không có người giám sát.

Hệ thống giám sát lượng mưa và mực nước radar tự động trực tuyến NiuBoL sử dụng thiết kế ăng-ten còi, có mức tiêu thụ điện năng thấp và đặc tính đầu vào điện áp rộng, được tối ưu hóa cho các trạm tự động hiện trường. Hệ thống hỗ trợ cấu hình chế độ làm việc linh hoạt, độ ổn định đo cao và phù hợp với hồ, sông, hồ chứa, kênh hở, vùng đất ngập nước, mực nước thủy triều và các vùng nước phức tạp có chứa một lượng lớn vật nổi hoặc cỏ dại thủy sinh.

Máy đo mực nước radar NiuBoL Tổng quan về sản phẩm và các thông số kỹ thuật

Các sản phẩm thuộc dòng máy đo mực nước radar NiuBoL hoạt động ở dải tần 77GHz~79GHz, sử dụng công nghệ sóng liên tục điều chế tần số (FMCW), với phạm vi tối đa lên tới 65m và vùng mù được kiểm soát trong phạm vi 15cm. Dải tần số cao và thiết kế băng thông lớn mang lại độ phân giải và độ chính xác cao hơn. Sản phẩm tích hợp chip RF sóng milimet CMOS tự phát triển để đạt được kiến ​​trúc nhỏ gọn và tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu cao hơn.

Các tính năng chức năng chính bao gồm:

• Góc chùm tia ăng-ten 8° hẹp nhất giúp giảm hiệu quả ảnh hưởng của các vật thể gây nhiễu trong môi trường lắp đặt và tạo điều kiện triển khai tại chỗ.

• Thiết kế ống kính tích hợp, kích thước nhỏ gọn và lắp đặt dễ dàng.

• Thiết kế tiêu thụ điện năng thấp giúp kéo dài thời gian hoạt động của hệ thống cung cấp năng lượng mặt trời.

• Hỗ trợ phương pháp cố định đai ốc, tích hợp với các cột và vật chủ chịu nước và mưa.

Lưu ý:Các thông số thực tế tuân theo bảng thông số kỹ thuật NiuBoL mới nhất. Tùy chỉnh được hỗ trợ theo yêu cầu của dự án.

Thành phần và chức năng của Hệ thống giám sát mực nước và lượng mưa radar tự động trực tuyến

Hệ thống giám sát lượng mưa và mực nước radar NiuBoL bao gồm cảm biến mực nước radar, cảm biến lượng mưa, bộ thu thập dữ liệu, hộp bảo vệ, giá đỡ cột và hệ thống cấp điện. Bộ thu thập dữ liệu có các chức năng như thu thập dữ liệu về mực nước và lượng mưa, đồng hồ thời gian thực, lưu trữ theo thời gian, cài đặt tham số và bảo vệ tắt nguồn dữ liệu lịch sử. Giao diện truyền thông RS232 / RS485 tiêu chuẩn hỗ trợ giao thức MODBUS và có thể được trang bị tùy chọn với các mô-đun không dây GPRS / 4G / 5G hoặc trạm truyền dữ liệu không dây để đạt được truyền dữ liệu từ xa và kết nối mạng với các trạm trung tâm.

Hệ thống cung cấp điện cung cấp nhiều giải pháp như cung cấp năng lượng mặt trời, bổ sung gió-năng lượng mặt trời, AC 220V hoặc DC 5V/12V để thích ứng với các điều kiện địa điểm khác nhau. Hộp bảo vệ hiện trường sử dụng vật liệu chống ăn mòn và chống nhiễu để đảm bảo thiết bị hoạt động ổn định trong môi trường khắc nghiệt. Hệ thống này có các biện pháp chống sét hoàn chỉnh và cả phần cứng và phần mềm đều áp dụng thiết kế mở theo mô-đun, tạo điều kiện cho sự kết hợp linh hoạt và mở rộng sau này.

Ưu điểm của hệ thống cốt lõi bao gồm:

• Đo không tiếp xúc, không ảnh hưởng đến dòng nước, không cần xây giếng chống sóng.

• Độ chính xác của phép đo đạt đến mức milimet, với phạm vi bao phủ hơn 30 mét.

• Bộ sưu tập trực tuyến liên tục hỗ trợ cung cấp năng lượng mặt trời để đạt được hoạt động không cần giám sát.

• Không bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi chất lượng nước, mảnh vụn trôi nổi hoặc trầm tích với chi phí bảo trì thấp.

• Lắp đặt và bảo trì đơn giản, tuổi thọ thiết bị lâu dài.

Ứng dụng và kỹ thuật Tầm quan trọng của các trạm quan trắc mực nước sông

Giám sát mực nước sông là công việc cơ bản của các dự án bảo tồn nước, phòng chống lũ lụt và kiểm soát ngập úng cũng như quản lý giao thông đường thủy. Mực nước đặc trưng kỹ thuật sông chủ yếu bao gồm mực nước đảm bảo (mực nước ngăn lũ), mực nước cảnh báo và mực nước đảm bảo (mực nước lũ thiết kế). Dữ liệu mực nước chính xác phục vụ trực tiếp việc lập kế hoạch phòng chống lũ lụt, đánh giá an toàn kè và tổng hợp dữ liệu thủy văn, đồng thời cung cấp cơ sở để rút ra các thông số thủy văn khác như dòng chảy và vận tốc.

Trạm quan trắc mực nước sông NiuBoL áp dụng công nghệ radar phẳng băng tần K để đo đồng thời mực nước và tốc độ dòng chảy theo cách không tiếp xúc, đồng thời tính toán lưu lượng mặt cắt và dòng tích lũy theo thời gian thực theo thuật toán tích hợp. Hệ thống không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, trầm tích, chất ô nhiễm hoặc vật thể nổi trên mặt nước. Nó có tính năng tiêu thụ điện năng thấp, kích thước nhỏ gọn, độ tin cậy cao và bảo trì thuận tiện.

Các lĩnh vực ứng dụng điển hình bao gồm:

• Giám sát toàn diện mực nước, tốc độ dòng chảy, dòng chảy và lượng mưa ở sông, hồ, thủy triều, cửa hồ chứa, mạng lưới đường ống thoát nước ngầm và kênh tưới tiêu.

• Các hoạt động phụ trợ cấp nước, giám sát nước thải và xử lý nước đô thị.

• Tính toán lưu lượng và giám sát dòng chảy vào và thoát nước theo thời gian thực.

• Cảnh báo sớm thiên tai lũ lụt trên núi, phòng chống lũ sông và đảm bảo vận hành an toàn dự án thủy lợi.

Trong kỹ thuật thực tế, hệ thống có thể được gắn với nền tảng SCADA hoặc IoT bảo tồn nước hiện có để đạt được khả năng truyền dữ liệu từ xa, cảnh báo quá giới hạn và phân tích xu hướng, cung cấp cơ sở kịp thời và đáng tin cậy cho lệnh phòng chống lũ lụt.

Những điểm chính khi lắp đặt và sử dụng radar đo mực nước

Trước khi lắp đặt, hãy kiểm tra danh sách thiết bị, bao gồm cảm biến đo mực nước radar, đai ốc hỗ trợ, giấy chứng nhận hợp chuẩn và thẻ bảo hành. Quá trình lắp đặt cần tập trung vào hai điểm: thứ nhất, đảm bảo thiết bị vuông góc với mặt nước - độ nghiêng sẽ làm suy yếu biên độ tín hiệu và ảnh hưởng đến độ chính xác của phạm vi; thứ hai, tránh các vật thể gây nhiễu (chẳng hạn như bờ sông, trụ cầu hoặc các vật thể nổi lớn) trong phạm vi chùm tia phát xạ để tránh tiếng vang giả.

Vị trí lắp đặt được đề xuất phải là khu vực có mặt nước thoáng và mô hình dòng chảy ổn định, được cố định kết hợp với các cột hoặc thân cầu để đảm bảo không có vật cản trong phạm vi phủ sóng góc chùm tia. Trong quá trình gỡ lỗi tại chỗ, dữ liệu thời gian thực có thể được đọc qua giao diện RS485 để xác minh độ ổn định của phép đo trước khi vận hành chính thức.

Các kịch bản ứng dụng và giá trị kỹ thuật của Hệ thống giám sát mực nước và lượng mưa bằng radar

Hệ thống giám sát mực nước và lượng mưa bằng radar NiuBoL được áp dụng rộng rãi cho các kịch bản kỹ thuật sau:

• Giám sát mực nước hồ chứa sông và hồ:Nắm bắt thời gian thực về mực nước đảm bảo, mực nước cảnh báo và thiết kế động lực mực nước lũ để hỗ trợ các quyết định phòng chống lũ lụt.

• Đo lưu lượng kênh tưới và kênh hở:Đo mực nước và tốc độ dòng chảy không tiếp xúc để tính toán lưu lượng mặt cắt và phục vụ lập kế hoạch tài nguyên nước tưới.

• Cảnh báo sớm về thiên tai lũ lụt trên núi:Kết hợp với dữ liệu lượng mưa để dự báo ngắn hạn và ứng phó khẩn cấp.

• Giám sát ngập úng đô thị và mạng lưới đường ống ngầm:Thích ứng với không gian hẹp và môi trường chất lượng nước phức tạp.

• Nâng cấp và cải tạo trạm thủy văn:Thiết kế mô-đun tạo điều kiện tích hợp với các hệ thống hiện có và giảm chi phí cải tạo.

Giá trị kỹ thuật được thể hiện ở bốn khía cạnh: thứ nhất, độ chính xác đo cao và không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường, đảm bảo độ tin cậy của dữ liệu; thứ hai, các giải pháp cung cấp năng lượng mặt trời và tiêu thụ điện năng thấp giúp giảm đầu tư vận hành và bảo trì; thứ ba, thiết kế không tiếp xúc giúp giảm nguy cơ hư hỏng thiết bị và kéo dài tuổi thọ sử dụng; thứ tư, các giao diện giao tiếp mở ( RS485 , MODBUS, GPRS / 4G / 5G ) tạo điều kiện cho các nhà tích hợp hệ thống nhanh chóng kết nối với các nền tảng cao hơn.

Câu hỏi thường gặp về

Q1.Ưu điểm chính của cảm biến mực nước radar so với máy đo mực nước tiếp xúc truyền thống là gì?

Mực nước radar áp dụng phép đo không tiếp xúc, không bị ảnh hưởng bởi các vật thể nổi, trầm tích và thay đổi chất lượng nước, có khối lượng bảo trì thấp và phù hợp cho các ứng dụng không cần giám sát trong thời gian dài tại hiện trường.

Q2.Phạm vi đo tối đa của máy đo mực nước radar NiuBoL là bao nhiêu?

Phạm vi tối đa có thể đạt tới 65m, với vùng mù trong vòng 15cm, đáp ứng nhu cầu theo dõi mực nước của hầu hết sông, hồ, hồ chứa.

Q3.Hệ thống hỗ trợ những phương thức liên lạc nào?

Nó hỗ trợ RS485 (giao thức MODBUS) và có thể được trang bị tùy chọn với các mô-đun không dây GPRS / 4G / 5G hoặc trạm truyền dữ liệu không dây để truyền dữ liệu từ xa thuận tiện.

Q4.Vấn đề nào cần quan tâm nhất khi lắp đặt radar đo mực nước?

Cảm biến phải vuông góc với mặt nước và không được có vật cản trong phạm vi chùm tia để tránh tiếng vang sai ảnh hưởng đến độ chính xác của phép đo.

Q5.Trạm quan trắc mực nước sông có thể đo đồng thời những thông số nào?

Nó có thể đồng thời đo mực nước, tốc độ dòng chảy, lưu lượng và lượng mưa, đồng thời đưa ra lưu lượng mặt cắt theo thời gian thực và lưu lượng tích lũy theo thuật toán.

Q6.Nguồn năng lượng mặt trời có đáp ứng được yêu cầu vận hành lâu dài tại hiện trường không?

Hệ thống áp dụng thiết kế công suất thấp (tối đa 0,6W). Kết hợp với nguồn cung cấp năng lượng bổ sung năng lượng mặt trời hoặc gió-mặt trời, nó có thể đạt được hoạt động không cần giám sát trong môi trường khắc nghiệt.

Q7.Độ chính xác đo mực nước của radar có bị ảnh hưởng lớn bởi biến động mặt nước không?

Hệ thống thực hiện 55 lần lấy mẫu mỗi giây và sử dụng quy trình xử lý lọc kỹ thuật số để triệt tiêu hiệu quả ảnh hưởng của các biến động, với kết quả đo gần với mực nước tĩnh.

Q8.Làm thế nào để chọn cấu hình radar giám sát mực nước phù hợp trong quá trình tích hợp dự án?

Chọn loại mực nước cơ bản hoặc giải pháp tích hợp mực nước-lưu lượng-lượng mưa theo phạm vi quan trắc, môi trường địa điểm và nhu cầu liên lạc, hỗ trợ mở rộng mô-đun.

Tóm tắt

Hệ thống giám sát lượng mưa và mực nước radar đóng vai trò quan trọng trong các dự án giám sát bảo tồn nguồn nước nhờ các đặc tính không tiếp xúc, độ chính xác cao và khả năng thích ứng mạnh mẽ. Máy đo mực nước radar NiuBoL và trạm giám sát mực nước sông dựa trên công nghệ radar băng tần K và FMCW tiên tiến, cung cấp phép đo chính xác đến từng milimet và giao diện liên lạc linh hoạt, cung cấp các giải pháp phần cứng ổn định và đáng tin cậy cho các nhà tích hợp hệ thống, nhà cung cấp giải pháp IoT và các công ty kỹ thuật.

Thông qua lựa chọn khoa học và lắp đặt tiêu chuẩn hóa, tính liên tục và chính xác của việc theo dõi mực nước, dòng chảy và lượng mưa có thể được cải thiện một cách hiệu quả, hỗ trợ phòng chống lũ lụt và cảnh báo sớm, quản lý tài nguyên nước và vận hành an toàn các dự án thủy lợi. Nếu bạn cần hỗ trợ các thông số kỹ thuật, cấu hình hệ thống hoặc sơ đồ tích hợp cho các kịch bản dự án cụ thể, vui lòng liên hệ với nhóm chuyên nghiệp NiuBoL để cùng thúc đẩy việc triển khai ổn định các dự án giám sát bảo tồn nước.

Xô lật Bảng dữ liệu cảm biến máy đo mưa

NBL-W-RS-Rain-sensors-instruction-manual-V4 .0.pdf

NBL-W-DRS-Double-Tipping-Bucket-Rain-Sensor-Instruction-Manual .pdf

NBL-W-ARS-Tipping-bucket-rain-gauge-instruction-manual .pdf