水文水质生态浮标投放海洋和湖泊等自然环境进行水文和水质生态监测，搭载相应的测量仪器，还具有数据无线传输、自供电设备，并能承受严峻的野外环境。具有测量参数多、运行维护量少等特点，另外投放点必须满足相关海事部门的有关规定和要求，概括起来应具备如下功能：
数据存储和处理功能
系统检测和控制功能
数据无线传输功能
异常状况报警功能
自供电功能
全球定位功能
耐受环境的卓越能力
系统特点
稳定性：久经考验的仪器性能
实时性：在线数据处理
R232、R485、以太网、GPRS、CDMA、电台、卫星等多种通讯方式任选
低功耗，太阳能供电
超强的兼容性及扩展性
应用领域
水源地预警
赤潮藻华监测和预警
江河湖库水质监测
海洋和海岸线水质调查
水产养殖区水质评价
富营养化状况监测和调查
藻类和浮游生物量估算及其分布调查
1 系统组成
1.1组成框图
图1 浮标的组成框图
1.2组成说明
如图1所示，浮标体和锚系、电源系统、数据采集控制系统、通讯系统和天线、浮标检测器构成了浮标的基本配置。通过搭载传感器完成参数测量，数据采集控制系统完成数据的处理和存储。
浮标系统测量的数据由通讯系统（GPRS或北斗卫星）发射到指定的固定IP地址，然后由岸站接收，数据接收处理系统按预定的文本格式处理后，可以存储或者打印。
2方案设计
2.1方案一： Hydrolab DS5X
HACH的Hydrolab DS5X 是一款多参数水质检测仪，最多能安装17个传感器探头，具有非常优越的灵活性。能实现一次性测量温度、电导率、深度、pH值、溶解氧（LDO）、溶解氧、浊度、叶绿素a、蓝绿藻、铵盐、硝酸盐、氯化物等指标。
传感器特点：
可用于无人值守站点进行检测；
接口多样化：SDI-12，RS-485和RS-232；
延长了工作时间，优化了数据的保存；
能在生物丰富的水域中进行水质监测而设计，具备高准确度。
技术参数：
Hach | 范围 | 精度 | 分辨率 |
低溶解氧 | 0~60mg/L | ±0.1 mg/L < 8mg/L ±0.2 mg/L ≥ 8mg/L | 0.01 mg/L |
温度 | -5~50°C | ±0.1°C | 0.01°C |
pH | 0-14 | ±0.2 | 0.01 |
浊度 | 0-3000 NTU | ±1%（0-100NTU） ±3%（100-400NTU） ±5%（4-3000NTU） | 0.1 NTU(<400NTU) 1 NTU(≥400NTU) |
电导率 | 0-100 mS/cm | ±0.5%+0.001 mS/cm | 0.001 |
光照度 | 0-10000 µmol s-1m-2 | ±5% | 1 µmol s-1m-2 |
ORP氧化还原电位 | -999-999mV | ±20mV | 1mV |
溶解氧 | 0~50mg/L | ±0.2 mg/L < 20mg/L ±0.6 mg/L ≥ 20mg/L | 0.01 mg/L |
TDG (总溶解气体) | 400-1400mmHg | ±1.5%mmHg | 1mmHg |
蓝绿藻 | 低 150-2,000,000 cells/mL 中 150-200,000 cells/mL 高 150-20,000 cells/m | 相当于1个pph的若丹 | 20cells/mL
|
深度 | 0-10m（绝对压力） 0-25m 0-100m 0-200m | ±0.003m ±0.05m ±0.05m ±0.1m | 0.01m 0.01m 0.01m 0.1m |
叶绿素a | 低 0.03-500 µg/L 中 0.03 -50 µg/L 高 0.03-5 µg/L | 相当于1个pph的若丹 | 0.01µg/L |
2.2方案二：Aquaread AP7000
Aquaread AP7000是一款自清洁的长期在线水质测量仪器，清洁刷能够清洗所有的探头。标准参数包括：温度、光学溶氧、比电率、绝对电导率、盐度、pH、ORP、TDS、深度、电阻率和SSG。
可选探头包括光学电极和ISE电极。光学电极包括：浊度、叶绿素、蓝绿藻、罗丹明、荧光素和精炼油。ISE电极包括：铵氮和氨氮、氯化物、氟化物、硝酸盐以及钙离子。
2.3方案三：多传感器配置
该方案使用多个传感器来进行配置，每种传感器测量一种或者两种参数。
范围 | 精度 | |
CS511溶解氧 | 0.5~20ppm | ±2% |
CS526pH计 | 0-14 | ±0.2 |
CS547A电导率和温度传感器 | 0.005~7.0 mS/cm 0~50°C | ±5%reading mS/cm 0.2°C |
SR50A水位传感器 | 0.5~10m | ±1cm或者0.4%reading |
OBS300浊度计 | 0-4000 NTU | ±2%reading 或者0.5NTU |
2.4营养盐测量
意大利SYSTEA公司的WIZ传感器是一款新型的便携式野外营养盐在线分析仪，可用于地表水以及海洋中的最多达四个化学参数的完全自动化测量，维护周期长。
WIZ传感器主要采用业内公认的分光光度湿化学法进行测量，主要测量参数有：氨氮（N-NH3）、正磷酸盐（P-PO4）、硝酸盐+亚硝酸盐（N-NO3+NO2）和亚硝酸盐。
其他应用参数可根据要求选配，包括硅酸盐、总磷、总氮、铁离子等其他金属离子。
2.5其它可选传感器
Aquadopp Profiler “阔龙”剖面流速仪 (400K/600K/1M/2M Hz) 使用非常灵活，典型的应用包括：浅水海洋研究（水深小于100米），港口监控，河流、湖泊和渠道等的科学研究。它可以布放在小巧又便宜的座底式支架，石油平台，浮标或者任何固定建筑上。在典型的海洋表层环境中进行测量和在具有大量浮游沉积物的海岸或者河流中进行测量，工作效果一样好。一系列独特的探头设计保证了“阔龙”能够布放于任何复杂环境中。
“阔龙”除了能够采集剖面流速，它还可以通过PUV法采集波浪数据。只要有足够的存储空间和电量，该系统就成为波浪流系统。
产品特点：
测量范围：80m/40m/20m/10
精度高
重量轻
测流、测温、罗盘、倾斜仪、存储、电池一体
探头形式多样，安装测量方便
PUV测波浪
3浮体
浮标体：直径1.5m的圆盘型随波浮标。浮标体型号规格：TNB-1.5m 型；直径：1.5m。浮标体相关技术参数：浮标体预计5米波高时，最大摇摆角度小于25 度，10 米波高时小于35 度，15 米波高时小于45 度，当浮体倾斜90 度时自动回复正常姿态。
浮标体各部材料、加工工艺及性能特征：
1)浮标体主钢构体采用优质不锈钢钢材，厚4mm。严格按船舶成型、焊接等加工工艺，焊缝严格执行“煤油渗漏、超声、加压”等检测手段。内部双层油漆防护，外部精抛五层油漆防护。浮标体内充填泡沫；
2)护舷采用防撞防老化橡胶；
3)浮标上层支架同样采用优质不锈钢钢材，按专业、可靠的焊接及热处理工艺，具有强度高、防腐蚀、防磁特征，安装有综合气象传感器、锚灯、风速计、卫通天线等附件；
4)浮标下尾管为可拆卸式结构，采用优质耐腐蚀不锈钢，按专业、可靠的成型、焊接工艺，具有强度高、耐腐蚀、防磁特征。尾管内可以很灵活便捷地安装海流计等仪器，尾管式结构可提高浮标体的稳性、增强对仪器的保护。尾管端铅重块采用内外置形式，根据使用要求很灵活装卸；
5)太阳能板固定采用斜梯形台（仿龟背）形式，以提高太阳能板工作效能，且能有效防止拖、挂、钩等不安全因素发生。太阳能供电装置，最大输出功率：45Wx3；电池组：容量200AH；具备太阳能充电优化系统，防止过充电；
6)仪器仓布空间设计规格：￠为80cm，H 为100cm；仪器仓内支架采用优质不锈钢钢材，减轻重量，调节使用方便；
7)浮标整体外部螺纹连接处均采用特制防盗不锈钢螺母、螺栓，大大提高了防偷盗的安全性；
8)浮标体内外电缆走线全部采用法兰（橡胶水密圈+防水坎）及水密插头形式，各种电缆线布置、安装、使用、更换方便快捷。浮标体底部特附加三个眼板扣，留作“单点系泊式”备用；
9)配置全球定位系统（GPS）和罗盘，可通过程序设定浮标经纬度范围（定位精度在15米以下，实时监测浮标的经纬度），一旦浮标漂离规定范围，GPS测定后立即向预设电话报警，及时追回，有效的防止偷盗、锚缆断裂等意外事件；
10)配置浮标标志灯，射程不少于6 海里，浮标标志灯符合海上航（浮）标灯的相关国家标准；
11)设计及制造均严格按相关国家及行业标准执行。
其它相关附、组件按标准常规要求配置：如拖曳、起重眼板、系缆桩、抓力锚、专用卸扣、锚链、连接扣等。
图2 浮标体总装效果
图3 浮标系统示意图
4.无线传输
可根据用户要求选择数据通讯方式，方式包括：GSM、GPRS、CDMA通讯，中国北斗卫星通讯，全球铱星通讯，海事卫星C（Inmarsat-C）通讯等。其中GSM、GPRS、CDMA通讯方式因为信号覆盖问题，只适用于近海岸通讯。
可同时使用两种传输方式：
GPRS通讯
北斗卫星通讯
除了数据传输功能外，用户还可以在岸站对浮标的工作状况进行遥测或遥控（包括采样周期、参数设置等），以及控制通讯系统的发射频率等。接收系统数据采集周期根据需求调整，数据采集后立即发送。