一、方案背景

    随着科技的进步，物联网技术已经悄悄地走进我们的生活与工作中来，并已经应用在各个领域。如水文水利、工业监控、智慧城市、智慧水务等等，万物联网连接到云服务器，通过大数据资料分析处理提高的生产效率、灵活性能和响应能力。

    原来在工业的温度、压力、流量、物位等测量使用的产品也从早期的直接搭配相应组件或者模快的方式直接移植到市政应用上来，到现在对内置相应的通信组芯片、低功耗设计、专用的电源管理方案和自动休眠技术的深度研发改造，这样为市政应用特点设计的专用感知端物联网产品才真的适配当下的实际应用。

    在云服务与相关技术不断进步，配套的远程监控方面也取得了较大进展，可以利用手机APP、微信小程序（可跨手机操作系统， 甚至当下刚流行的鸿蒙操作系统）、IE等手段快速获取有关数据，对各项参数了然于心。

    在水文、市政测器的应用中，近年来国内不断有替代的技术出现，使得新技术在水文观测上的应用越来越多。如大断面的ATV声学层析的应用、各型声学、光学、电学设备的大量投入使用。使得水文与市政观测与时代技术保持同步。

    二、方案简介

    澳泰自动化远程内河ADV多普勒测流方案：便捷性的收集数据、处理、有序进行水文数据远程观测，包含的数据有：平滑流速，高程水位、水温、平滑流量、净累积流量、过水面积、反演流速、反演流量、峰值流速、峰值流量、正向累积、反向累积等，同进还可以设定：安装高度、平滑系数、反向流开关、安装角、承流形状与参数、累积清零、波特率、地址。

    澳泰自动化的ADV超声波多普勒流速流量仪产品适用于江河、海洋、观测站、船舶、浮标、明渠、排污口监测、市政管网等场合的水位、流速、流量的监测，也适用于实验室模拟流速、潮汐发电能源的流速和流向监测，同时配合缆道系统进行测流应用。

    2.1测量原理

    本产品的流速测量是应用声学多谱勒效应原理：当超声波入射水中，水中散射体（如悬浮粒子、气泡、微生物）对声波产生散射，由于水流存在，散射体与发射器、接收器之间有相对运动，接收信号相对发射信号有一定的频率偏移，既多谱勒频移， 频移值和流速有关。

    根据多普勒频移方程，频移的大小：

    超声波发射频率为常数，换能器夹角安装后固定不变，所以K为常数。由式③可见，流速V和多普勒频移△Fd，水的声速C成正比，只要检测出多普勒频移△Fd和水的声速C，即可计算出流速。在本仪器中，C由温度值换算得来。

    有关声场示意图如下所示：

    2.2输出方式

    输出方式通常有：4G、NB-IOT、RS485等：

    4G：需要搭配主机，全网通，可以适配中国电信、中国联通、中国移动，信号覆盖好，是首先选择通信方式这一，缺点是功耗较NB高，综合性价比较好；

    NB-IOT：需要搭配主机，由于信号覆盖较好，以中国电信为多，性能稳定，功耗低，在城市城区范围内应用较为可靠，是目前应用较多的模式之一；

    RS485信号：常见早期直接利用原工业仪表的485信号，可配接通用RTU实际传输，优点：对接方便，缺点：功耗大、协议对接融合度差。

    2.3供电方式

    通常有内置电池供电、外挂电池供电、太阳能供电、市电（220VAC）：

    内置电池供电：通常是间歇式工作，主要内置锂电池，特别是锂亚电池，这类电池的自放电性能特别突出，适合长时间续航，也有内置可充电电池，这种技术水平相对落后，同时由于这类电池的自放电性能较差，仅应用于短时间应急工作的场合，如1-2个月、甚至就1-2周的工作场景。这类模式对产品设计功底要求较高；

    外挂电池供电：通常是间歇式工作，外挂电池组，可充电，也可非充电的，有3.6V的也有12V的；

    太阳能供电：通常是连续工作，供电较为可靠，可以不间隔连续工作，这是较前两种来说大的优点，连续测量使得测量颗粒度明点有保证，但目前很多安装点的景观要求无法得到满足，投资也较大（供电系统：太阳电池板、控制器、电池、电气柜、立杆等）；

    市电220VAC：通常通过12VDC直流电源再接入设备使用。

    2.4技术特点    

    （1）供电：8-16VDC；

    （2）信号输出：RS485.MODBUS.RTU；

    （3）体积小巧，被流面小且外形呈流线态，对流态影响小；

    （4）前3点式快捷安装，可以适配厂家专用支架，也可自由加工各型态支架；

    （5）单点单波速水下声呐（2M）；

    （6）超声波换能：收、发分离；

    （7）精度高，量程宽，双向测量绝对值0-10m/s，双向测量带正页号-5到+5m/s；

    （8）感应灵敏，分辨率高；

    （9）响应速度快，测瞬时流速，也可测反演流量和平滑流速；

    （10）测量线性；

    （11）无机械转动部件，不存在泥沙堵塞或水草、杂物缠绕等问题；

    （12）适用于泥沙悬浮物含量高，水草漂浮物多的各种水域和无人值守长期自动在线监测的测量使用；

    （13）水下调相声波控制技术的应用让系统测量更稳定；

    （14）带导气的防水电缆，让水位测量更加准确，防折电缆连接头让设备直线更安全。

    2.5平台

    数据处理软件通过上传上来的数据进行整合，可以显示当前各测点的数据并且形成历史数据，历史曲线，并且可以将任何时间段的数据形成报表形式，并且可以打印数据，也可以通过手机微信程序来查看任何设备的数据，方便了监控的多样性，并且可以设置各参数报警功能（语音电话、短信等、这两种功能要在平台上对通信电信费进行充值）。

    2.6解决问题

    产品不但能够满足常规测量要求，同时能够解决普通测流设备无法在低水位、低流速、泥沙含量高，水草繁多等场合使用的难题。在城市内河测量流、排水管道，农田灌溉灌渠，非满管管道等通过对管道内水流数据进行监测，有助于准确评估管道的运行情况，提高排水系统的管理运行水平。

    三、产品功能简述

    3.1ADV多普勒传感器技术参数    

    技术参数：

    （1）流速测量范围：0～10.00m/s 、-5～5.00m/s（双向流）；（可特殊定制）

    （2）流速准确度：1%±0.01 m/s；分辨率：0.001 m/s；

    （3）死区流速：0001～0.006 m/s

    （4）水温测量范围 ：-5℃～60℃；

    （5）水温准确度：±0.5℃；

    （6）水位范围：0-10m；（可特殊定制）

    （7）水位精度：0.2%±1mm 低水位可测20mm；

    （8）传感器：单点单波束，2M赫兹，25°斜角；

    （9）防水等级：传感器IP68，主机IP65（IP68可特殊定制）；

    （10）存储温度：-20℃～60℃；

    （11）输出接口：RS485.MODBUS.RTU；

    （12）供电电源：8-16VDC；

    （13）测量参数：平滑流速，反演流速；高程水位，过水面积；水温，声速；

    （14）响应时间： 1～60秒、出厂默认：5秒。

    外形尺寸：

    3.2主机技术参数

    技术参数

    （1）供电电源：8-16VDC；

    （2）结构：分体式壁挂式；

    （3）使用条件：IP65；环境建议温度：0~50℃；建议相对湿度：90%RH；(IP68可特殊定制)；

    （4）分辨率：1mm；

    （5）过水面积计算：矩形、梯形、圆形、椭圆、U形、自定义（基底高程）；

    （6）输入特性：ADV多普勒流速传感器；

    （7）输出特性： 4G无线输出、NB-IOT(非标配)；

    （8）通过远程设定（电脑、手机）：IP地址、端口、发射间隔、休眠时间等各项参数；

    （9）支持OTA远程升级。

    外形尺寸：