流量检测的方法

主要断面流量方式种类
目前进行流量自动测量的方式有以下6种:缆道测流、声学多普勒流速(ADCP)、超声波时差法测流、水工建筑物(涵闸)推算流量、水位比降法推算流量、雷达水表面波流速测量再推算流量。
缆道自动测流
1、缆道自动测流
缆道测流是适合我国国情的一种测流方式,经 50多年发展,技术设备较为成熟,其中全自动缆道测流系统测流精度可达到95~98%。该方法由人工一次性启动缆道测流装置后,可自动测量全断面测点流速和垂线水深,并自动计算出断面面积和流量。由于缆道测流的测量精度较高,且不需要进行率定,在系统工程中主要是用于不规则断面的流量测量,实现对主要测流断面的流量控制。
超声波时差法测流
2、超声波时差法测流
超声波时差法测量流速国内外均有定型产品用于管道和渠道,但国内没有定型生产用于天然河流的产品。本方法能方便地解决断面不同水层的平均流速测量,充分利用电脑技术将超声波时差法测流、超声或压力水位计和预置河床断面等技术集于一体后,可构建实时在线的流量测量系统,该方法适用于断面较稳定,
有一定水深的河道,还需要借用断面面积参数(另用人工方法测量)和用流速仪等标准测流设备标定流量计算模型后,才能正常启用,其建站总投资大于缆道测流站。
超声波时差法自动测流站工作原理为在测量断面上设置单层或多层超声波换能器斜交叉布置在河两岸,超声波换能器由二次仪表控制,从河道的一岸顺流发射超声波,另一岸接收,然后再反向进行工作,根据顺、逆流传输测到的时间差计算出相应水层的平均流速,另外一换能器向上发射超声波,遇到水面时反射再由同一换能器接收回波,根据时间差测出水深(也可选用压力水位计测量出水深)。如果是规则断面则通过水位算出断面面积,通过流速积分和人工标定的流量系数可计算出流量,其流量精度可达5%以内。若为不规则断面则必须根据数据建立数学模型,根据测量数据计算流量或通过人为标定流量系数计算流量。
该仪器的最大特点是在线连续测量,缺点是在断面较宽、水浅和含沙量较高的条件下无法使用。另外,由于换能器是安装在河的两岸,二次仪表只能放在某一岸,而另一岸的换能器信号线则必须从河底或高架过河。如果从河底过施工难度较大,无疑增加了工程量和投资。再则超声波时差法测流,易受行船影响,致使测流精度降低。
3、声学多普勒流速测流声学多普勒流速测流
声学多普勒流速测流
声学多普勒流速测流是英文Acoustic Doppler Current Profilers 的简称,是利用声学多普勒原理进行研制的,是目前世界上最为先进的河流流速流量实时测量设备,自1981 年在美国诞生以来,随着技术不断进步和日益完善,已从海洋测量逐步应用于河流流量测量,测量精度也得到很大的提高。从最初的盲区1 m 以上,降低到所谓的“零盲区”,剖面单元缩小到目前的005~025m ,使其在宽浅河流上的应用成为可能。
该种方法又分为2种,即走航式声学多普勒流速声学多普勒流速
(1)声学多普勒流速法
DX- LSX- 1多普勒超声波流量计流速测量基于多普勒效应，探头斜向上发出一束超声波，超声波在流体中传播，流体中会含有气泡或者颗粒等杂质（可以认为流体中的杂质和水流的速度一致），当超声波接触到流体中的杂质时会使反射的超声波产生多普勒频移Δf， 多普勒频移Δf正比于流速。通过测量多普勒频移Δf即可测量出流体的流速。利用声波在流体中传播的多普勒效应，通过测定流体中运动粒子散射声波的多普勒频移，即可得到流体的速度，结合内置压力式水位计，利用速度面积法，即可测量液体的流量。适合于明渠、河道及难以建造标准断面的流速流量测量以及于各种满管和非满管明渠流速流量测量。声学多普勒测量仪最大优点是安装方便,可靠性高,价格低廉,比较适合河道测流。所有功能集于一身的设计，同时测量平均流速、水深、水温采用速度面积法测流，无水头损失，不需建设标准堰槽。采用超声波多普勒原理测流速流量，测量精度高，起始速度低。无机械转子结构，对水流状态无影响，测量更精准。自带温度传感器，可用于补偿水温对声速的影响。可测量瞬时流量和累积流量。采用频域多普勒分析算法，数据稳定可靠，实时性强。安装简单，不需辅助工程设施
(2)走航式声学多普勒流速测流法
走航式声学多普勒流速测流法是一种需渡河载体(如小船)的游动式测流设备,因为它一次能同时测出河床的断面形状、水深、流速和流量,适用于大江大河的流量监测。
该流量计的主机和换能器装在一防水容器内,工作时全部浸入水中,通过防水电缆与便携式计算机相连,流量计的 *** 作控制在便携式计算机上进行。全套系统由蓄电池供电,也可以用交流供电,流量计的换能器一般由3个或4个发射头构成,它们可以向水下发射在空间互成一定角度的3束或4束超声波(4束超声波最佳),这些超声波在由水面射向河底的穿行过程中不断地经水中的固体颗粒、气泡和河底反射回来。根据这些返回信号的频率可以测出流量计和各水层以及河底的相对位移速度,其中流量计与河底的相对速度即是船速,扣除船速便可以求取各层水流对河底的流速。根据河底返回速度分量结合测得的船行方位便可求取水流的真实方向。根据河底返回信号的时间测出水深。流量计由河这岸向对岸穿行测量一次,便可测出经过各点的水深以及流速的大小和方向,将流速矢量对河
床水流断面进行积分,便得到了河床流量。因为采用的是矢量积分,所以所测流量的大小与流量计渡河路径无关。
4、水工建筑物涵闸))流量测量
关系曲线求出对应的过水流量。其优点是只要准确地测量出上下游水位及闸门开度,即可换算出过流量,但不足之处是需人工进行标定,确定经验公式的相关系数。
典型的闸流流量公式:
Q=CBH03/2
式中:C 为流量系数,B 为过水总净宽,H0为上游水头
典型的孔流流量公式: Q=MA√Z
式中:A 为过流断面,Z 为上下游水位差,M 为综合流量系数
由于受水工建筑物的结构、闸门形状和下游出水口的流态等多种因素影响,流量系数不易准确确定,需要通过人工测量来确定流量关系曲线,测量精度不高。
5、比降法
通过测量河流上一段距离的上下游水位及水面坡度,设定的河流的糙率系数,根据曼宁经验公式推算流量。当测流河道的水流不是自由流,水位受上下游水工建筑物的影响较大时就无法推算流量。另外,此方法精度不高,在比降不大的河段更是不准确。故本方法在此是不可行的。
6、雷达水表面波流
通过测量河流几点水表面流速,再由水表面流速推算河道流量。此方法精度不高,受外界因素影响较大,如风,下雨等。另一关键因素是雷达测速仪在水表面流速低于05米时已无法测量米时已无法测量,,所以用雷达测速仪做在线实时监测很难实现所以用雷达测速仪做在线实时监测很难实现。。
22 测流方法比选
综述311,前3种及第6种方法属于流速面积法,4、5二项属于水位~流速关系法。在天然河流或渠道上,流速面积法是比较准确的流量测验方法。但真正能做到实时自动测量流量的只有声学多普勒测量法

摘 要：对物联网的技术信息进行了综合分析，介绍了物联网的起源、基本概念、国内外的研究现状和应用现状，讨论了物联网的体系结构、感知及终端技术、物联网的安全、智能化等关键技术，最后结合中国物联网的发展及产业现状，提出了物联网的应用与技术建议。
关键词：物联网(IOT)；射频识别(RFID)；网络应用；关键技术
中图分类号：TP3934 文献标识码：A 文章编号：2095-1302(2012)08-0078-03
Features and application of Internet of Things
MA Yin
(Jiangsu College of Information Technology, Wuxi 214153, China)
Abstract: A comprehensive analysis of Internet of Things (IOT) is made The origin and basic concepts of IOT is presented firstly The current research on IOT at homeland and abroad and application of IOT are introduced secondly The key techniques of IOT such as the architecture, perception and terminal technology, security of IOT and intelligence are discussed in detail Combined with the development and current industry situation, the suggestions about IOT application and technical improvement are made finally
Keywords: Internet of Things (IOT); Radio Frequency Identification (RFID); Internet application; key technique
0 引 言
随着信息技术的发展，智能化管理与服务也得到快速发展，物联网正是在这样的条件下发展起来的新兴产业。物联网是以感知为核心的物物互联的综合信息系统，其发展将促进传统生产、生活方式向着现代智能化的方式转变，可大大提高生产力和社会运行效率，提升人们的生活质量。物联网是继计算机、互联网之后，世界信息产业的第3次革命。
早在1995年，比尔·盖茨在《未来之路》中就已经提及物物互联的概念，但受限于当时无线网络、硬件及传感设备的发展情况而未引起重视。1998年，美国麻省理工学院(MIT)创造性地提出了当时被称为EPC系统的物联网构想。1999年，在建立物品编码、RFID技术和物联网的基础上，美国Auto-ID中心首先提出“万物皆可通过网络互联”，从此阐明了物联网的基本含义[1]。
物联网的基本思想产生于上世纪末，但近年来，随着信息技术的发展，物联网才真正引起人们的关注。2005年，在信息社会世界峰会(WSIS)上，国际电信联盟(ITU)发布了《ITU互联网报告2005：物联网》[2]。《报告》指出，无所不在的“物联网”通信时代即将来临：通过一些关键技术，用互联网将世界上的物体都连接在一起，使世界万物都可以上网，世界上所有物体都可以通过互联网主动进行信息交换。射频识别技术(RFID)、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术和机器人技术等将得到更加广泛的应用。欧洲智能系统集成技术平台(EPOSS)于2008年在《物联网2020》[3]报告中分析预测了未来物联网的发展主要经历四个阶段：2010年之前广泛应用于物流、零售和制药等领域；2010—2015年实现物与物之间的互联；2015—2020年进入半智能化阶段；2020年之后实现全智能化。目前，物联网的产业发展和应用正在由第一阶段向第二阶段过渡期，物物互联的应用范围不断扩大。RFID 在欧美国家已具有成熟的产业链，这些国家主要将RFID 技术应用于交通、车辆管理、身份识别、生产线自动化控制、仓储管理及物资跟踪等领域。我国目前的物联网虽然只有小规模应用，但物联网的战略性新兴产业地位已经明确。
1 物联网关键技术及特点
物联网是一个基于互联网、传统电信网等信息载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。它具有普通对象设备化、自治终端互联化和普适服务智能化的重要特征。物联网是一种复杂多样的综合网络系统，根据信息生成、传输、处理和应用过程，可以把物联网分为感知识别层、网络构建层、管理服务层和综合应用层。
11 感知识别层
感知识别层由大量具有感知和识别功能的设备组成，可以部署于世界任何地方、任何环境之中，被感知和识别的对象也不受限制。感知识别技术是物联网的核心技术，是联系物理世界和信息世界的纽带，主要作用是感知和识别物体，采集并捕获信息。关键技术不仅包括射频识别技术、无线传感器等信息自动生成设备，也包括各种智能电子产品用来人工信息生成，主要是感知和识别设备的功耗、物体标签信息的浓缩和写入、物体信息代码的分类匹配等。近年来，各类可联网的电子产品层出不穷，智能手机、个人数字助理(PDA)、多媒体播放器、上网本、笔记本、平板电脑等迅速普及，人们可以随时随地接入互联网，分享信息。信息生成方式的多样化是物联网区别于其他网络的重要特征。
12 网络构建层
网络构建层主要是将感知识别层数据接入互联网。互联网及下一代互联网(包含IPv6技术)是物联网的核心网络。
各种无线网络可提供随时随地的网络接入服务。各种不同类型的无线网络合力提供便捷的网络接入，是实现物物互联的重要基础设施。无线个域网包括蓝牙技术(802151标准)、ZigBee技术(802154标准)，无线局域网包括现在广为流行的Wi-Fi技术(80211标准)，无线城域网包括现有的WiMAX技术(80216标准)，无线广域网包括现有移动通信网络及其演进技术(3G、4G通信技术)。

专升本快速报名和免费咨询：>超声波流量计按测量原理划分，分为时差法超声波流量计和多普勒超声波流量计。
多普勒超声波仅限于用于含有颗粒物的液体。气体不适合。
UF200时差法超声流量计是根据超声波在气体中传输过程中，由于气体流速的存在，上下游之间信号传输存在时间差，因此可以计算出气体流速。
超声波流量计测量的流速，进而计算出流量。正常情况下，超声波流量计输出的体积流量，不是质量流量，所以不需要知道密度。

物联网智联连接管理平台可以通过以下功能进行用量监测和告警：
1 设备连接状态监控：该功能可以监视设备的连接状态，包括连接数量、在线状态和故障状态，确保设备正常运行。
2 数据流量监测：该功能可以监控设备的数据使用量，包括总数据量和每个设备的数据使用量，以便用户控制设备的使用，管理流量成本，并确保设备能够稳定地连接和传输数据。
3 设备用量告警：该功能可以提供设备用量的告警功能，例如如果该设备的数据使用量超过了预设阈值，则会自动发送警报，以提醒用户调整设备的使用量或及时维护设备。
4 远程设备管理：该功能可以远程管理设备，包括升级固件、修改配置和重新启动设备等，确保设备的正常运行，提高设备的可靠性和效率。
通过这些功能，物联网智联连接管理平台可以帮助客户实时监测设备用量，及时发现并解决设备问题，提高设备的可靠性和效率，为客户提供更好的服务体验。

系统简介

水肥一体化智能控制系统通过与灌溉系统相结合，实现智能化控制。系统由物联网监控平台、气象数据采集终端、视屏监控、施肥一体机、过滤系统、阀门控制器、电磁阀、田间水管线等组成。

图为河南益民控股5G+智慧辣椒种植基地水肥一体化系统控制中心

概述

水肥一体化技术是将灌溉与施肥融为一体的农业新技术。水肥一体化是借助压力系统(或地形自然落差)，将可溶性固体或液体肥料，按土壤养分含量和作物种类的需肥规律和特点，配兑成的肥液与灌溉水一起，通过可控管道系统供水、供肥，使水肥相融后，通过管道、喷q或喷头形成喷灌、均匀、定时、定量，喷洒在作物发育生长区域，使主要发育生长区域土壤始终保持疏松和适宜的含水量，同时根据不同的作物的需肥特点，土壤环境和养分含量状况，需肥规律情况进行不同生育期的需求设计，把水分、养分定时定量，按比例直接提供给作物。

系统原理图

水肥一体化系统通常包括水源工程、首部枢纽、田间输配水管网系统和灌水器等四部分，实际生产中由于供水条件和灌溉要求不同，施肥系统可能仅由部分设备组成。

水肥一体机

水肥一体机系统结构包括：控制柜、触摸屏控制系统、混肥硬件设备系统、无线采集控制系统。支持pc端以及微信端实施查看数据以及控制前端设备；水肥一体化智能灌溉系统可以帮助生产者很方便的实现自动的水肥一体化管理。系统由上位机软件系统、区域控制柜、分路控制器、变送器、数据采集终端组成。通过与供水系统有机结合，实现智能化控制。可实现智能化监测、控制灌溉中的供水时间、施肥浓度以及供水量。变送器（土壤水分变送器、流量变送器等）将实时监测的灌溉状况，当灌区土壤湿度达到预先设定的下限值时，电磁阀可以自动开启，当监测的土壤含水量及液位达到预设的灌水定额后，可以自动关闭电磁阀系统。可根据时间段调度整个灌区电磁阀的轮流工作，并手动控制灌溉和采集墒情。整个系统可协调工作实施轮灌，充分提高灌溉用水效率，实现节水、节电，减少劳动强度，降低人力投入成本。

施肥系统

水肥一体化施肥系统原理由灌溉系统和肥料溶液混合系统两部分组成。灌溉系统主要由灌溉泵、稳压阀、控制器、过滤器、田间灌溉管网以及灌溉电磁阀构成。肥料溶液混合系统由控制器、肥料灌、施肥器、电磁阀、传感器以及混合罐、混合泵组成。

41：输配水管网系统

由干管、支管、毛管组成。干管一般采用PVC管材，支管一般采用PE管材或PVC管材，管径根据流量分级配置,毛管目前多选用内镶式滴灌带或边缝迷宫式滴灌带；首部及大口径阀门多采用铁件。干管或分干管的首端进水口设闸阀，支管和辅管进水口处设球阀。

输配水管网的作用是将首部处理过的水, 按照要求输送到灌水单元和灌水器，毛管是微灌系统的最末一级管道，在滴灌系统中，即为滴灌管，在微喷系统中，毛管上安装微喷头。

42：环境数据采集器

421气象信息采集

环境数据采集器由低功耗气象传感器、低功耗气象数据采集控制器和计算机气象软件三部分组成。可同时监测大气温度、大气湿度、土壤温度、土壤湿度、雨量、风速、风向、气压、辐射、照度等诸多气象要素；具有高精度高可靠性的特点，可实现定时气象数据采集、实时时间显示、气象数据定时存储、气象数据定时上报、参数设定等功能。

422土壤墒情采集

土壤检测仪可实现对土壤不同深度的温度、湿度、EC、 PH等数据监控，通过5G信号传输至AI农大数据平台，借助于大数据平台的综合建模分析，从而给出土壤土质的综合评级，并语音播报。

43：无线阀门控制器

阀门控制器是接收由田间工作站传来的指令并实施指令的下端。阀门控制器直接与管网布置的电磁阀相连接，接收到田间工作站的指令后对电磁阀的开闭进行控制，同时也能够采集田间信息，并上传信息至田间工作站，一个阀门控制器可控制多个电磁阀。

电磁阀是控制田间灌溉的阀门，电磁阀由田间节水灌溉设计轮灌组的划分来确定安装位置及个数。

44：灌水器系统

微灌按微灌灌水流量小，一次灌水延续时间较长，灌水周期短，需要的工作压力较低，能够较精确的控制灌水量，能把水和养分直接地输送到作物根部附近的土壤中去。

系统功能

51：用水量控制管理

实现两级用水计量，通过出口流量监测作为本区域内用水总量计量，通过每个支管压力传感采集数据实时计算各支管的轮灌水量，与阀门自动控制功能结合，实现每一个阀门控制单元的用水量统计。同时水泵引入流量控制，当超过用水总量将通过远程控制，限制区域用水。

52：运行状态实时监控

通过水位和视频监控能够实时监测滴灌系统水源状况，及时发布缺水预警；

通过水泵电流和电压监测、出水口压力和流量监测、管网分干管流量和压力监测，能够及时发现滴灌系统爆管、漏水、低压运行等不合理灌溉事件，及时通知系统维护人员，保障滴灌系统高效。

53：阀门自动控制功能

通过对农田土壤墒情信息、小气候信息和作物长势信息的实时监测，采用无线或有线技术，实现阀门的遥控启闭和定时轮灌启闭。根据采集到的信息，结合当地作物的需水和灌溉轮灌情况制定自动开启水泵、阀门，实现无人职守自动灌溉，分片控制，预防人为误 *** 作。

54：PC展示平台

通过物联网水肥一体化智能监测平台，能够为用户提供传感器数据、远程、采集、传输、储存、处理及报警信息发送等服务。该平台以集中式分区化的方式为用户提供便捷、经济、有效的远程监控整体解决方案。通过物联网智能监测平台，用户可以不受时间、地点限制对监控目标进行实时监控、管理、观看和接收报警信息。

55：移动终端

建立手机系统，客户直接采用微信客户端就可以控制和查看实时数据，手机端具有手动启动、关闭电磁阀，水泵等设备功能。

56：运维管理功能

包括系统维护、状态监测和系统运行的现场管理；实现区域用水量计量管理、旱情和灌溉预报专家决策、信息发布等功能的远程决策管理；以及对用水、耗电、灌水量、维护、材料消耗等进行统计和成本核算，对灌溉设施设备生成定期维护计划，记录维护情况，实现灌溉工程的精细化维护运行管理。

节水灌溉自动化控制系统能够充分发挥现有的节水设备作用，优化调度，提高效益，通过自动控制技术的应用，更加节水节能，降低灌溉成本，提高灌溉质量，将使灌溉更加科学、方便，提高管理水平。

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