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水利監測
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方案簡介


      隨著我國經濟的快速發展,水利工程已是國民經濟的重要基礎設施,并在防洪、防汛上面起到重大的作用。水利智能化是水利自動化發展進程中的重要標志和重要內容,隨著水利工程智能化的快速發展,全國各地的水利系統都在進行硬件及其軟件上的改造升級,實施水利實時監控項目及其智能化操作。我國地域遼闊,水資源豐富且分布區域較廣,他們附屬的各種設備比如:堤壩、閘門、涵洞眾多,現場檢測設備難以通過人工抄送的監控的方式達到很好的效果。因此通過智能化無線傳輸通信技術加強與設備的聯系性,進行設備自動化管理,是帶動水利現代化發展的一個重要舉措。

  • 方案概述
  • 詳細內容

         智能水利遠程控制系統是水利現代化發展的標志和重要內容,隨著水利智能化的快速發展,全國各地都在進行水利監控項目實施,為河流防汛、防洪管理提供了管理方法。由于大部分的水利工程項目都在野外,水利工程包含了眾多的設備,比如涵閘、泄洪閘、無從值守泵站、放電機等等設施。所以通過人工的監控的方法很難達到預期的效果,相關的管理人員無法實時檢測各個水域的情況, 對于水域的防洪防汛的快速反應起到阻礙的作用。

         實行水利監控系統有線網絡化改造,也帶來了不少問題。實現有線網絡化的方式,不僅在設備上耗資巨大、線路布線麻煩、系統安裝麻煩、維護費用巨大、而且不適應移動的需求。因此智能化水利監控系統將采用的是現有的運營商提供的無線網絡通信技術GSM短信、GPRS(包括3G、4G網絡)、GPS定位、電子自動化技術及計算機網絡傳輸技術等。利用現有的技術建立起一個大范圍內、全方位、實時、準確、高效的信息監控系統。隨著水利監控系統在河流、湖泊水面行業的進一步推廣,系統將逐漸在壩區、航道水面的日常管理中發揮著重要的作用。

 

 

 

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1、項目設計
 
         本系統是利用了現有的自動化、無線傳輸、計算機管理等技術,組成的水利管理系統。本文中的水利管理系統主要是由三大部分組成:采集及控制設備、網絡傳輸層、遠程監控中心等系統組成。
 
1.1     采集及控制設備
 
        水利監控系統的前端采集控制包含了水質監測系統、水閘開關控制系統、水流量采集系統、氣象站采集系統、水位采集系統、視頻監控系統等等,構成了一個水利遠程監控管理系統。
         1、水質監測站可以選裝溶氧傳感器、pH傳感器、鹽度傳感器、濁度傳感器等,配合智能采集數據集中器,在通過無線傳輸終端進行傳輸。主要實現對水域范圍內的水質環境參數的在線采集、處理與傳輸。 
         2、水閘系統主要由抽水器、水位傳感器、流量儀組成,然后配合采集數據集中器,在通過無線控制終端進行傳輸,主要是對水域的水位、流量、的在線實時采集、處理及其控制。
         3、氣象站由氣象傳感器、氣象數據記錄儀、電源系統、野外防護箱和不銹鋼支架等部分構成,通過無線傳輸終端進行傳輸。實時監測溫度、濕度、風速、風向、雨量、氣壓、光合輻射、蒸發、土壤溫度、土壤濕度等多種氣象參數。
         4、視頻監控子系統是由網絡攝像頭或者硬盤錄像機構成,并在配合無線路由器進行進行數據傳輸,無線網絡攝像頭是為了實時采集現場的攝像頭的圖像信息或者視頻信息,起到視頻監控的作用。
 
1.2     網絡傳輸
 
         水利監控系統的網絡傳輸是由WBEE、WCTU、ROUTE等三種工業級無線傳輸終端設備構成,采用WBee自組網、GPRS、3G等的無線傳輸方式,可以不受空間和地域的限制,減少布線所帶來的巨大工作量,加強傳輸的穩定、可靠、及時。主要是負責前端各種采集及其控制設備的采集信息的傳輸,以及對前端環境監測,故障異常產生的報警信息進行報警。
 
         廈門為那通信科技有限公司提供的WBEE、WCTU無線傳輸設備,支持TCP/IP通信,TCP是可靠傳輸,數據在傳輸中安全可靠;通信為了數據在傳輸過程中防止被截取跟篡改,WBee、WCTU還支持AES、DES、3DES加密方式,加強數據傳輸的安全性,防止數據被蓄意破壞。
 
1.3     監控控制中心
 
         監控控制中心由三部分組建成:縣級監控中心、市級監控中心、省級監控中心。監控控制中心通過水利專用網絡或者INTERNET網絡,跟前端的各個采集信息設備進行相連接。并通過無線傳輸技術對采集到的數據進行分析處理,做出控制決策,控制中心遠程控制前端設備。
圖4.3-1
圖4.3-2
 
2、系統功能
 
         本系統是利用前端的各個采集傳感器及其他周邊設備對水域環境參數的實時監測。實現水利監控系統主要工作就是水文的數據采集,前端采集設備是整套監控系統的核心功能,是實時反映當前水域情況,起到防洪防汛的具有重要作用,且在水質監測,預防污染具有重要意義。
 
2.1     水質監測
 
         水質監測主要是由水質監測系統來進行的數據采集功能,水質監控系統各個傳感器設備安裝在水域各個不同區域的監測點,實時監測在不同水域的水質的溶氧、pH、鹽度、濁度等各種水質參數。依據各行業廢水污染源主要在線監測指標可知,所需要測量的水質指標不同,通常需要同時監測多種水質指標,并要求根據不同測試環境選擇不同的傳感器組合配置。通過對不同流域實時監測,收集現場傳感器監測水質出現異常時,迅速責令當地環保部門積極調查污染源,保護流域不受污染。
 
2.2     環境采集控制功能
 
         環境采集控制系統有兩部分組建成分別:水閘控制系統、水閘控制系統組成。
         1. 氣象站監測子系統:主要是實時監控水域區域內的一些天氣各種參數數據,然后再把參數數據通過無線的發送發送到數據中心,數據中心把收集到的數據保存到的數據庫中,方便以后進行查詢的需要。
         2. 水閘控制系統:通過實時采集河流水域的實時水位、水流量情況,并把采集的數據發送到監控中心,監控中心根據記錄的歷史河流汛期、干旱數據,設置水位閥值,通過無線通信發送控制指令進行水閘的開關操作,防止出現洪澇、干旱災害。
         水閘控制系統、氣象站監測系統是相互配合使用。通過水閘控制系統流量儀傳感器、水位儀傳感器采集數據信息跟氣象站采集數據信息傳輸到監控中心,監控中心根據氣象站跟水閘監控站采集的信息進行數據分析。根據當地歷史汛期、干旱記錄,監控中心發送水閘開啟、關閉指令,達到防災抗洪、抗旱的作用。水閘控制系統實時監控水域情況,并實時通過無線的方式把數據傳輸到監控中心,并對相關數據進行記錄,方便以后查詢。
 
2.3     視頻監控
 
         前端視頻采集部分主要由攝像機、硬盤錄像機以及3G無線路由器設備組成。 根據被攝物體及攝像地點的不同,具體環境需求,可以配置一些輔助設備,比如紅外燈,大功率探照燈等,讓遠程人員通過3G無線路由器清楚的監控到水調中心和本地涵閘的現場情況。 
         1、視頻監控子系統支持多畫面或者全屏顯示,畫面可根據閘站位置任意分組。自動控制云臺的運動,變換攝像機的方位,從而根據使用需要調整視場。
         2、提供計劃錄像、手動錄像、報警錄像、移動偵測等錄像模式。支持入侵報警,在攝像頭軟中設置好虛擬警戒區,進行探測跟報警,當探測到人、交通工具或者移動物體跨越虛擬的警戒線時,進行報警
         3、報警聯動包括,當有監測到移動物體進入監控區域時,打開聲光報警器,提示現場移動人員盡快離開危險區域,并把報警信息傳輸到監控中心了,讓相關管理人員處理現場的突發情況,并提供統一的管理功能。 
         4、提供電子地圖功能,和獨立的地圖編輯引擎,可自行繪制河流監控地圖。并可結合GIS系統進行開發。 
 
2.4     系統軟件
 
         水利監控系統軟件是基于B/S、oracle數據庫架構,具有實時信息采集功能、實時信息加工處理、災害模擬分析、地理數據信息查看、災害風險評估、實時發布預報數據、預警數據、暴雨洪水分析、防暑抗旱等功能。系統圍繞以報警為核心的實時監視、內部預警、報警發布、報警響應、信息查詢、數據庫保存和配置管理功能。多級管理機制,監控中心將整個系統劃為三級:第一級省級監控、第二級市級監控、第三級為縣級監控中心及其監控站點,水利監控多級管理符合統一協調的特點,從而形成一個覆蓋全省的水利監控系統。
 
2.5     短信報警功能
 
         自動預警發布和人工預警發布,依靠縣級監測設施,結合省級、市級防汛部門的信息、指令,開展監測報警工作。縣級監控中心自動分析實時采集的暴雨、洪水及水庫等監測信息,并及時發送預警。短信收發系統直接通過水利監控軟件接口控制,通過監控中心的短信服務器群發到災害點附件生活的群眾,進行短信群發預警,進行群眾轉移,保護群眾的人身安全 、財產安全等。
 
2.6     數據存儲
 

         強大的數據庫,前端設備采集的雨情信息、河流水位情況、水流量、視頻圖像以及河流水質參數等匯集到縣級的監控中心的監控軟件,并對現場設備采集的數據分析、處理,然后把數據保存于監測軟件的數據庫中,方便以后數據分析對比、異常緊急處理。由于系統采用的是多級管理方式,縣級監控中心把實時采集的數據共享到市級監控中心跟省級監控中心,進而實現數據信息的聯動,使各級政府部門的進行相關數據的共享。

 

3、無線監控優勢
 
         長期以來,國內的水利系統數據監控都是利用工作者靠手測、目測等人工收集的方式進行水利系統信息采集,這樣的后果就產生了直接影響到測量數據的精度和準確性。利用數字化監控系統采集數據、圖像、聲音、視頻等信息,不但可提高準確度,同時水利系統抄送人員告別手測跟目測的低效率的工作方式。傳統的方式的人工監控觀測水文情況,不但開銷成本高昂,而且查看周期長,效率和質量更是難以得到加強,同時也浪費了大量的人力物力。 
         水利站點特殊性,站點在地理上一般不會再同一個位置,且水利監控站點大部分是地形復雜、位置偏僻,與數據監控中心相距較遠,實現有線網絡化連接,存在成本高昂、施工周期長,且常常河流區域環境惡劣難以架設線纜。重要是,有線傳輸的抗災性比較差,在大風、暴雨、決口等惡劣環境下,線路極易遭到破壞,水文監測信息就無法實時傳遞,難以滿足信息安全防范的可靠性要求。   
         利用水利站點采集設備通過無線傳輸設備連接到網絡后會自動將數據傳輸到遠程監控中心,遠程監控中心再根據實時監測各個水域的水位、流量、濕度、鹽度、沙量、風量等各種報汛數據。及其通過攝像頭的方式進行現場監控,實時查看監控水域的一些視頻監控圖像,并根據現場情況作出快速反應。并在抗災、實時性、施工成本上面存在著巨大的優勢,于是通過無線的方式進行傳輸在現代化水利工程中越來越受到水利部門的重視,在全國各個水利工程項目中也逐漸高漲起來。
 
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