Home / Sản Phẩm / Đo đạc, quan trắc Hải văn, Thủy văn, Môi trường / Đo đạc - khảo sát TNMT biển / Trạm phao biển / Trạm phao quan trắc, giám sát liên tục thời gian thực các thông số Khí tượng, Hải văn và các chỉ tiêu chất lượng nước

Trạm phao quan trắc, giám sát liên tục thời gian thực các thông số Khí tượng, Hải văn và các chỉ tiêu chất lượng nước

Phao biển là loại chuyên dụng, độ bền cao (đến 20 năm), đáp ứng các tiêu chuẩn của các tổ chức môi trường biển và hàng hải quốc tế uy tín. Phao tích hợp các trang thiết bị tự cung cấp nguồn điện hoạt động, thiết bị xử lý – phân tích, thiết bị truyền thông tin thời gian thực, thiết bị báo hiệu hàng hải, thiết bị thông báo tình trạng – vị trí phao, và các sensors hiện đại đo đạc các thông số khí tượng biển, hải văn và các chỉ tiêu chất lượng môi trường nước biển,… Phương án thiết kế kỹ thuật, thi công neo giằng phao được đề xuất tùy thuộc vào độ sâu, đặc điểm cụ thể của điểm quan trắc giám sát giúp phao chống chịu gió bão > cấp 12.
Các số liệu khí tượng biển, hải văn và các chỉ tiêu chất lượng môi trường nước được tự động truyền về trung tâm quản lý và phân phối số liệu thông qua đường truyền GSM/GPS (Global System for Mobile communication) hoặc đường truyền vệ tinh. Số liệu được quan lý, lưu trữ bảo mật trên máy chủ của các Bộ ngành và Địa phương, hiển thị thống kê và thời gian thực thông qua phần mềm chuyên dụng Aanderaa GeoView. Các đơn vị chức năng, đã được cấp quyền truy cập, sẽ truy cập số liệu một cách dễ dàng thông qua mạng internet.
Tình trạng – vị trí của Phao biển được theo dõi giám sát liên tục thông qua định vị toàn cầu, giúp ngăn chặn giảm thiểu các rủ ro do phá hoại, lấy cắp.
Với quan điểm đề xuất đầu tư lồng ghép tối đa giữa các lĩnh vực nhằm làm tăng hiệu quả kinh tế – kỹ thuật của hoạt động quan trắc, giám sát môi trường tài nguyên. Bên cạnh đó, phao biển  là một hệ thống mở, các thông số quan trắc được lựa chọn thay đổi tùy theo yêu cầu cụ thể của từng địa phương, từng điểm quan trắc, việc nâng cấp mở rộng với các thông số quan trắc khác được thực hiện dễ dàng. Cụ thể, các thông số quan trắc bao gồm:
+ Đo đạc các thông số khí tượng bao gồm: gió (tốc độ gió, hướng gió), nhiệt độ không khí, độ ẩm, áp suất khí quyển, bức xạ mặt trời.
+ Quan trắc các thông số hải văn: dòng chảy (profile dòng chảy theo các tầng sâu), sóng (chiều cao của sóng, chu kỳ của sóng và hướng sóng);
+ Quan trắc, giám sát liên tục các chỉ tiêu chất lượng môi trường nước, bao gồm: nhiệt độ, độ dẫn (EC), độ mặn, độ đục, oxi hòa tan (DO), tổng lượng tảo và tảo lam (cholorphyll & blue green alage), fDOM/ CDOM (Chất hữu cơ hòa tan phát huỳnh quang, thông số tỷ lệ với tổng chất hữu cơ hòa tan (TOC), quan trắc thông số này giúp giám sát liên tục việc xả thải nước ô nhiễm (nếu có) ra sông/biển), tổng chất rắn hoà tan (TDS), hydrocarbons (giám sát các sự cố rò rỉ, tràn dầu).

  • Cấu hình hệ thống
  • Thông số kỹ thuật 
     Trạm phao biển

Thân phao: được đúc xoay tròn tạo nên thân liền mặt không có mối hàn, chất liệu bằng polyethylene kháng tia UV (UV-stabilised polyethylene) dày 9.5 mm. Cấu trúc khung bên trong và mắt neo được chế tạo bằng thép không gỉ đặc chủng cho môi trường biển tạo nên một hệ thống thiết bị chống sốc, chống bào mòn, chịu được va đập mạnh và điều kiện khắc nghiệt của môi trường nước biển.
Tính ổn định cao của phao trong điều kiện sóng, gió lớn đạt được bằng bộ dằn trọng tâm bên trong phần đáy phao. Bộ dằn này được chế tạo bằng cách đổ vào phao một lượng bê tông cốt thép có tính toán, sau đó, toàn bộ phao được lấp đầy bởi các hạt polystyrene, rồi được bịt kín, ủ trong lò hơi để các hạt polystyrene giãn nở đến khích thước cực đại và chảy ra. Quá trình này tạo ra một khối rắn polystyrene lấp đầy toàn bộ khoảng trống trong phao, ngăn không cho nước xâm nhập ngay cả trong trường hợp phao bị thủng do va chạm mạnh với tàu thuyền. Phao có sức nổi 636 kg và độ bền (life expectancy) dự kiến đến 20 năm.
Nguồn điện: hệ thống được cấu hình nguồn lưu điện 12V hoặc 24V, cấp nguồn bằng các module pin mặt trời, công suất điện tối đa đạt 70 Wp. Tất cả các thiết bị điện – điện tử, kết nối – xử lý tín hiệu đo được thiết kế đặt bên trong phẩn phía trên của phao, trong các hộp bảo vệ chống thấm nước 

            Hình 2: Sơ đồ kết nối tổng thể điện và tín hiệu hệ thống

 

Một số thông số phần cứng của thân phao
Chất liệu vỏ Đúc liền mặt không mối hàn bằng polyethylene kháng tia UV (UV-stabilised polyethylene) dày 9.5 mm
Mật độ Foam nổi 16 kg/m3, foam polystyrene
Khối lượng 454 kg
Đường kính 1750 mm
Độ cao tiêu chuẩn 2290 mm
Độ cao khi gắn thêm phụ kiện, sensor 2900 mm
Mớm nước 751 mm
Sức đẩy nổi 24.7 kg/cm
Bộ phản xạ rada (Radar reflector) 10 m2 (X-band)
Dải rada (định danh) 3 – 4 NM
Diện tích nhìn thấy với các tấm báo hiệu ban ngày 1.6 m2
Màu sắc phao Tùy theo yêu cầu
Sức nổi toàn phao 636 kg
Chống chịu dòng chảy lớn Đến 6 knots (~ 3.1 m/giây hoặc 185.3 m/phút)

Các thông số kỹ thuật cơ bản của các sensors đo

Sensors đo đạc các thông số khí tượng 

Sensor đo tốc độ gió​
 Dải đo  0.1 m/s – 60 m/s
 Độ chính xác   ± 3% đối với < 40 m/s, ± 5% đối với < 60 m/s
 Độ phân giải  0.01
 Tần suất lấy mẫu  1 Hz
  Sensor đo hướng gió
 Dải đo  0 – 359o
 Độ chính xác  ± 30 đối với gió < 40m/s, ± 50 đối với gió < 60m/s
 Độ phân giải  1o
 Tần suất lấy mẫu  1 Hz
  Sensor đo bức xạ mặt trời
Dải đo  300 – 3000 nm
 Dải ngõ ra  0 – 1600 w/m2
 Độ phân giải  1 w/m2
 Tiêu chuẩn DIN  ISO 9060, class II
  Sensor đo nhiệt độ
 Dải đo:  -40 – 70oC
 Độ phân giải  0.1o
 Độ chính xác  ± 0.3oC tại 20oC
 Tần suất lấy mẫu  1 Hz
  Sensor đo độ ẩm
 Dải đo  0 – 100%
 Độ phân giải  1%
 Độ chính xác   ± 2% tại 20oC (10% – 90%RH)
  Sensor khí áp
 Dải đo  300 – 1100 hPa
 Độ phân giải  0.1 hPa
 Độ chính xác  0.5 hPa tại 25oC

Sensors đo đạc thông số hải văn

             Hình 4: Các sensor đo các thông số hải văn môi trường lắp đặt bên dưới Phao biển

Sensor đo dòng chảy (profile dòng chảy theo các tầng sâu):

Sử dụng công nghệ đo ghi dòng chảy theo các tầng sâu bằng sóng âm Doppler 3 chiều, 04 chùm tia, tần số 600 kHz, kỹ thuật la bàn bù độ nghiêng qua mỗi ping, chuẩn đúng dịch chuyển động lực (dynamic movements) cho số liệu độ chính xác và độ phân giải cao.

Tần số âm 600 kHz
Dải khảo sát 30 – 70 m (Broadband)

35 – 80 m(Narrowband)

Kích thước khoang đo (cell) 0.5 m – 5 m
Độ phủ khoang 0 – 90%
Dải đo vận tốc dòng chảy 0 – 500 cm/s (Narrowband)

0 – 400 cm/s (Broadband)

Độ chính xác vận tốc 0.3 cm/s hoặc ±1,5% giá trị đo
Độ phân giải vận tốc 0.1 cm/s
Độ đúng vận tốc < 3.3cm
Tốc độ thu thập tối đa Đến 10Hz
Transducer
+ Số chùm tia 4
+ Góc chùm tia 250
+ Độ rộng chùm tia 2.50
Cường độ dội 
+ Dải động học > 50 dB
+ Độ phân giải < 0.01 dB
+ Độ đúng < 0.01 dB
Đo nghiêng và la bàn Dạng thể rắn nội
+ Dải lắc ngang/ lắc dọc ±900/±1800
+ Độ chính xác góc nghiêng/ hướng ±1.50/±3.50
+ Độ phân giải góc nghiêng/ hướng < 0.10
Giao diện AiCaP protocol, RS-232
Chịu độ sâu 300 m

Sensor đo sóng: được thiết kế để tích hợp trên phao biển, có độ bền và độ ổn định cao trong môi trường biển. Các bộ phận chính bên trong sensor bao gồm gia tốc kế, la bàn nội. Khi phao di chuyển, lắc lư do chịu tác động bởi lực của sóng, trục cảm biến của gia tốc kế sẽ bị lệch do cộng/trừ góc dịch chuyển của con lắc. Sự biến thiên của gia tốc cực đại đo được trong một chu kì dao động của con lắc chính là gia tốc theo phương thẳng đứng gây ra bởi sóng. Số liệu hướng sóng sẽ được tham chiếu với cực từ bắc (magnetic north)

  Độ cao sóng​
 Dải đo  30m
 Độ phân dải  <0.001m
 Độ chính xác  <±0.05m hoặc 1% giá trị đo
  Chu kỳ sóng
 Dải đo  1.42 – 33 giây
 Độ phân dải  <0.05s
 Độ chính xác  < 1%
 Hướng sóng
 Dải đo  0 – 360o
 Độ phân dải  <0.5o
 Độ chính xác   <2o
Tốc độ cập nhật tính toán sóng  2 phút
 Tần số thu mẫu (IMU output rate)  100Hz
 Giao diện  AiCaP, RS-232

Sensor đo độ dẫn (EC), nhiệt độ:

  Độ dẫn​
 Dải đo  0 – 7.5 S/m (0 – 75 mS/cm)
 Độ phân giải  0.0002 S/m (0.002 mS/cm)
 Độ chính xác  ±0.0018 S/m (±0.018 mS/cm)
 Thời gian đáp ứng  < 3s
 Kết nối đầu ra  AiCaP và RS-232
  Nhiệt độ
 Dải đo  -5 – +40°C (23 – 104˚F)
 Độ phân giải  0.01°C (0.018°F)
 Độ chính xác  ±0.1°C (0.18°F)
Thời gian đáp ứng (63%) <10 s

Sensors đo các chỉ tiêu chất lượng môi trường nước biển:

Các sensor đo chỉ tiêu chất lượng môi trường nước biển được tích hợp với một bộ thiết bị thu, xử lý dữ liệu đa thông số, giúp hiệu chuẩn, chuẩn đúng và tính toán các thông số lẫn nhau. Ngoài ra, bộ thiết bị này còn được trang bị các cấu thành quan trọng như bộ làm sạch sensor tự động, anode hy sinh giúp các sensor hoạt động bền bỉ và cho độ tin cậy cao. Chất liệu vỏ các sensor bằng titanium kháng ăn mòn đảm bảo độ bền cao trong môi trường nước biển.

  Sensor đo pH
 Dải đo 0 – 14 
 Độ chính xác  ±0.1 trong dải dao động nhiệt độ 10oC so với nhiệt độ hiệu chuẩn
 Độ phân giải  0.01
 Vỏ bảo vệ  titanium
  Sensor đo oxi hòa tan (DO)
 Dạng sensor  đo quang (Oxygen Optode)
 Chuẩn đầu ra  CANbus AiCaP, RS232
 Dải đo  0 – 500 μM (hàm lượng); 0 – 150% (bão hòa không khí)
 Độ phân giải  < 1 μM;  0.4 % (bão hòa không khí)
 Độ chính xác  <8 μM;  <5 % (bão hòa không khí)
 Thời gian đáp ứng (63%)  <25 s
 Vỏ bảo vệ  titanium
  Sensor đo tổng lượng tảo và tảo lam (cholorphyll & blue green alage)
 Dải đo  0 – 280 μg/L
 Độ phân giải  0.01 μg/L
 Vỏ bảo vệ  titanium
  Sensor đo độ đục
 Dải đo  0 – 4000 FNU
 Độ phân giải  0.01 FNU (với dải 0 – 999 FNU); 0.1 FNU (với dải 1000 – 4000 FNU)
 Vỏ bảo vệ  titanium
  Sensor đo fDOM/ CDOM (Chất hữu cơ hòa tan phát huỳnh quang, thông số tỷ lệ với tổng chất hữu cơ hòa tan (TOC), quan trắc thông số này giúp giám sát liên tục việc xả thải nước ô nhiễm (nếu có) ra sông/biển)
 Dải đo  0 – 300 ppb
 Độ phân giải   0.01 ppb
 Thời gian đáp ứng  < 2s
 Vỏ bảo vệ  titanium
  Sensor đo hydrocarbons (giám sát các sự cố rò rỉ, tràn dầu)
 Dải tuyến tính   0 – 2700 ppb (đối với dầu thô – PTSA), 6000 ppb (xăng dầu thành phẩm – 1,5 Napthalene Disulfonic Disodium Salt), >100 ppm (xăng dầu thành phẩm – BTEX)
 Giới hạn phát hiện  0.2 ppb (dầu thô), 10 ppb (1,5 Napthalene Disulfonic Disodium Salt), 10 ppm (BTEX)
 Độ mặn  Tính toán từ số liệu độ dẫn và nhiệt độ đo được theo “Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (Ed. 1989)”
 Tổng chất rắn hoà tan (TDS)  Tính toán từ số liệu độ dẫn và nhiệt độ đo được theo “Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (Ed. 1989)”

Giao thức kết nối các sensor:
– Tín hiệu đo đạc từ tất cả các sensor được lưu trữ, xử lý và truyền đi thông qua bộ thu thập số liệu thông minh (SmartGuard data logger). Bộ thu thập số liệu thông minh có khả năng kết nối trên 40 sensor đo với các chuẩn tín hiệu đầu ra khác nhau, bao gồm: 20 sensor chuẩn tín hiệu AiCaP; 10 chuẩn sensor chuẩn tín hiệu SR10/VR22; 6 sensor chuẩn tín hiệu analog; 5 sensor chuẩn tín hiệu nối tiếp; 4 sensor chuẩn tín hiệu kỹ thuật số

Hình 10: Sơ đồ khả năng kết nối, lưu trữ, xử lý và truyền số liệu từ các sensor đo của Phao biển
– Chức năng điều khiển cấp nguồn cho từng sensor.
– Giao tiếp kết nối: USB, Ethernet và nối tiếp.
– Bộ nhớ nội có dung lượng lưu trữ lớn: 2 GB.
– Các tùy chọn phương thức truyền số liệu: Ethernet, vô tuyến (UHF và VHF), GPRS, vệ tinh.
* Phần mềm hiển thị, phân tích số liệu khí tượng biển, hải văn và các chỉ tiêu chất lượng môi trường nước (GeoView):
Phần mềm hiển thị, phân tích số liệu khí tượng biển, hải văn và các chỉ tiêu chất lượng môi trường nước là một cấu thành quan trọng trong toàn bộ giải pháp kỹ thuật truyền số liệu online thời gian thực của trạm phao biển. Phẩn mềm thu nhận và quản lý số liệu hoạt động trên cơ sở dữ liệu MicroSoft SQL Database chạy trên một Windows Server (máy chủ) đặt tại trạm. Toàn bộ số liệu từ phao biển được truyền về, lưu trữ tại máy chủ, đồng thời  cho phép hiển thị, tải về máy khách (được cấp quyền) đặt tại bất cứ nơi đâu có kết nối internet hoặc GPRS (mạng di động). Máy khách có thể là máy vi tính, ipad, điện thoại thông minh,… có cài đặt phần mềm GeoView.
Các chức năng cơ bản của phần mềm:

  1. Dạng Web-based cho phép truy cập và hiển thị dữ liệu thời gian thực bằng một trình duyệt web;
  2. Dữ liệu được tự động cập nhật liện tục;
  3. Sử dụng ngôn ngữ cấu trúc HTML5/JavaScript cho phép hiển thị số liệu dưới dạng: các đồ thị thống kê dạng đường (line), cột (bar), biểu đồ chỉ phương hướng, bảng số liệu,…;
  4. Hiển thị đồ thị, biểu đồ số liệu cả thời gian thực và lịch sử (quá trình);
  5. Chức năng cho phép hiệu chỉnh thước thời gian, tập trung nghiên cứu soát xét một tập dữ liệu con bất kỳ;
  6. Chức năng phân tích thống kê số liệu như: giá trị trung bình, lớn nhất, nhỏ nhất, tổng cộng, độ lệch chuẩn,…;
  7. Khả năng hiển thị số liệu của nhiều trạm phao cùng một lúc;
  8. chức năng quản lý truy cập, bảo vệ số liệu bằng mật mã (password).

One comment

  1. You need to take part in a contest for one of the finest sites on the web.
    I will highly recommend this blog!

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *