灌區(qū)水情雨情圖像一體化監(jiān)測系統(tǒng)研究

屠佳佳，李 莎，葛禮賓，劉 鋒，陸乙君，翁 敏

（1.杭州定川信息技術(shù)有限公司，浙江 杭州 310020；2.浙江大華技術(shù)股份有限公司，浙江 杭州 310000；3.浙江省水利河口研究院，浙江 杭州 310020）

灌區(qū)水情雨情圖像一體化監(jiān)測系統(tǒng)研究

屠佳佳1，李 莎2，葛禮賓1，劉 鋒3，陸乙君1，翁 敏1

（1.杭州定川信息技術(shù)有限公司，浙江 杭州 310020；2.浙江大華技術(shù)股份有限公司，浙江 杭州 310000；3.浙江省水利河口研究院，浙江 杭州 310020）

為了提高灌區(qū)信息化建設(shè)水平，加快建設(shè)速度，結(jié)合浙江省水利工程標準化管理的要求，提出了一種灌區(qū)水情雨情圖像一體化監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)將水位計、雨量計、攝像機、遙測終端、太陽能電池等設(shè)備集成在同一根立桿上，省去了管理房建設(shè)的費用與工期。系統(tǒng)安裝方便、選址靈活、使用效果良好。

灌區(qū)；一體化；監(jiān)測系統(tǒng)

1 問題的提出

灌區(qū)信息化建設(shè)目前在我國仍處于初級階段，信息化系統(tǒng)規(guī)劃、建設(shè)、管理的水平還比較低。隨著現(xiàn)代計算機、電子、通訊、網(wǎng)絡(luò)等高新技術(shù)的快速發(fā)展，為灌區(qū)信息化建設(shè)提供有力保障，使完成灌區(qū)水情、雨情實時監(jiān)測、用水管理、工程監(jiān)視和閘門控制等成為可能。然而由于自身生產(chǎn)力水平低下、經(jīng)濟效益不明顯等原因，導(dǎo)致社會資金都不愿投向灌區(qū)。建設(shè)資金投入不足是灌區(qū)信息化建設(shè)面臨的主要問題之一[1]。為了更好地進行灌區(qū)信息化系統(tǒng)建設(shè)，提出了灌區(qū)水情雨情圖像一體化監(jiān)測系統(tǒng)，在滿足灌區(qū)管理需求的同時，節(jié)省建設(shè)費用，縮短建設(shè)工期，提高設(shè)備安裝效率。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

灌區(qū)水情雨情圖像一體化監(jiān)測系統(tǒng)主要由一體化裝置和軟件平臺2部分組成。其中一體化裝置包括水位計、雨量計、攝像機、遙測終端、太陽能電池、蓄電池等；軟件平臺由工程概況、日常巡查、實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、預(yù)警信息、站點地圖、系統(tǒng)設(shè)置等模塊組成[2]。

一體化裝置利用太陽能電池作為電源，遙測終端采集水位、雨量、閘位、圖像等數(shù)據(jù)后，利用內(nèi)置無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，通過GPRS/CDMA移動網(wǎng)絡(luò)傳輸至監(jiān)控中心數(shù)據(jù)庫，再通過軟件平臺讀取數(shù)據(jù)庫進行顯示，并可形成報表統(tǒng)計、打印。上級主管部門能夠通過網(wǎng)頁訪問軟件平臺，查詢灌區(qū)內(nèi)各站點的日常運行情況，并進行相應(yīng)的監(jiān)督管理[3]。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3 一體化裝置

3.1 總體結(jié)構(gòu)

一體化裝置作為灌區(qū)水情雨情圖像一體化監(jiān)測系統(tǒng)的重要組成部分，主要包括監(jiān)控臺、設(shè)備箱、避雷針、水位計等。監(jiān)控臺焊接在立桿的上方，設(shè)備箱焊接在監(jiān)控臺下方的立桿上，避雷針安裝于立桿頂部，水位計裝置采用可拆卸的抱箍式，在立桿上的安裝位置選擇靈活?？傮w結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 灌區(qū)水情雨情圖像一體化裝置圖

監(jiān)控臺集成了雨量計、攝像機、太陽能電池等硬件設(shè)備。雨量計采用普通的翻斗式，用螺栓固定于監(jiān)控臺雨量計托板處；攝像機選用串口輕便型，配合專用支架可任意調(diào)節(jié)拍照角度，支架安裝示意見圖3。太陽能電池采用嵌套式安裝，可以任意旋轉(zhuǎn)角度，底部用螺栓固定，傾角固定為45°，安裝示意見圖4。監(jiān)控臺上的所有設(shè)備均可拆卸，方便維修養(yǎng)護。整個監(jiān)控臺的設(shè)計很好地滿足灌區(qū)實際使用的需求，而且在工藝上實施難度也不大。

圖3 串口攝像機支架安裝示意圖

圖4 太陽能電池安裝示意圖

設(shè)備箱焊接在立桿上，采用不銹鋼材料制作，防水等級達到IPX - 4。內(nèi)置遙測終端、太陽能控制器、蓄電池等核心設(shè)備，雨量計、攝像機、水位計的電源線、信號線均按要求接入設(shè)備箱內(nèi)的太陽能控制器與遙測終端接口。遙測終端采用自主研發(fā)的DC - 201設(shè)備，采用低功耗設(shè)計，集成有4 - 20mA、RS485、開關(guān)量輸入輸出等主流應(yīng)用接口，能夠采集任意對應(yīng)接口儀器儀表的數(shù)據(jù)，并能利用內(nèi)置無線傳輸模塊，將采集的數(shù)據(jù)實時傳輸至監(jiān)控中心數(shù)據(jù)庫。太陽能控制器選用高速CPU微處理器和高精度A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器設(shè)計，配置12V/24V直流輸出，能夠為串口攝像機與水位計供電?？紤]蓄電池容量、尺寸根據(jù)攝像機、水位計等設(shè)備的實際使用功率、現(xiàn)場環(huán)境情況、設(shè)備箱尺寸等綜合因素進行設(shè)計。

圖5 設(shè)備箱內(nèi)部布置圖

3.2 優(yōu) 勢

灌區(qū)水情雨情圖像一體化裝置集成了太陽能電池、水位計、雨量計、攝像機、遙測終端、太陽能控制器、蓄電池等設(shè)備，能夠利用太陽電池自行發(fā)電、獨立運行。一方面省去了管理房建設(shè)過程，避免選址問題，節(jié)約了經(jīng)濟成本與時間成本；另一方面一體化集成的方式使得設(shè)備的安裝、調(diào)試更加容易，同時利用立桿方式增加了設(shè)備安裝的高度，一定程度上比建設(shè)管理房的防盜效果也要更好一些。

4 軟件介紹

軟件包含WEB平臺和手機APP兩個部分。WEB平臺主要由工程概況、日常巡查、實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、預(yù)警提醒等主要模塊構(gòu)成；手機APP主要由日常巡查、實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)等模塊組成。

工程概況模塊包含工程簡介、管理制度、管理手冊等內(nèi)容，可以通過管理人員進行編輯和上傳；日常巡查模塊通過日歷形式顯示人員考勤、巡查內(nèi)容、巡查圖片等信息，該模塊的所有內(nèi)容不支持編輯功能；實時數(shù)據(jù)模塊包含實時水位、實時雨量、實時流量、實時閘位等內(nèi)容，可以讓管理人員清楚地了解灌區(qū)運行情況；歷史數(shù)據(jù)模塊主要是對人員考勤、日常巡查、水位、雨量、流量、閘位等關(guān)鍵數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，具備導(dǎo)出與打印功能，方便管理人員日常辦公。水位、雨量或流量超限時，預(yù)警提醒模塊會自動發(fā)送短信提醒相關(guān)管理人員。

手機APP的日常巡查模塊包含人員定位考勤、日常巡查信息錄入、關(guān)鍵位置拍照上傳等功能，并支持考勤和巡查情況的查看。一體化裝置安裝完成后會進行經(jīng)緯度的準確記錄，利用經(jīng)緯度結(jié)合手機APP進行定位考勤，使用起來不僅方便而且可靠性好。實時數(shù)據(jù)模塊和歷史數(shù)據(jù)模塊用于分別顯示水位、雨量、流量、閘位的實時值與歷史值。

5 結(jié) 語

隨著浙江省水利工程標準化建設(shè)的提出，大中型以上灌區(qū)的標準化已經(jīng)進入實施階段，試點工程驗收后成效明顯。本系統(tǒng)提出的一體化裝置集成度高，功能完善，出廠前即可完成各項功能調(diào)試，現(xiàn)場安裝方便、選址靈活，能夠大大提高施工效率，縮短建設(shè)工期，加快灌區(qū)標準化建設(shè)步伐，同時該裝置也能在其他類型的水利工程信息化建設(shè)中投入使用。

考慮到小型灌區(qū)的標準化建設(shè)將是未來發(fā)展的趨勢，軟件平臺與手機APP的設(shè)計參考大中型灌區(qū)標準化建設(shè)的要求，摘取了其中關(guān)鍵的模塊。系統(tǒng)結(jié)合省內(nèi)小型灌區(qū)管理的實際情況與管理需求，功能完善且經(jīng)濟投入較少，結(jié)構(gòu)簡潔明了、功能完善，測試結(jié)果穩(wěn)定，可作為小型灌區(qū)標準化建設(shè)的解決方案。

[1] 郝敬偉，張宏圖，李敏. 灌區(qū)信息化建設(shè)困境及建議[J]. 河南水利與南水北調(diào)，2015(14)：61 - 62.

[2] 姜沖，紀紅軍，李忱熙，等. 灌區(qū)信息化系統(tǒng)設(shè)計研究[C]//中國水利學會.2014(第二屆)中國水利信息化與數(shù)字水利技術(shù)論壇論文集. 南京：河海大學出版社，2014：335 - 341.

[3] 屠佳佳，劉鋒，沈海標，等. 農(nóng)村飲用水安全監(jiān)測系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[J]. 浙江水利科技，2017(1)：77 - 79.

（責任編輯 郎忘憂）

Research on the Monitoring System for Integration of Water Level、Rainfall and Image in Irrigation District

TU Jia - jia1，LI sha2，Ge Li - bin1，LIU feng3，LU Yi - jun1，Weng Min1
(1. Hangzhou Dingchuan Information Technology Co.Ltd.,Hangzhou 310020，Zhejiang，China；2.Zhejiang Dahua Technology Co.Ltd.,Htangzhou 310000，Zhejiang，China；3.Zhejiang Institute of Hydraulics and Estuary，Hangzhou 310020，Zhejiang，China )

In order to improve the level of the informatization construction in irrigation district，and accelerate the construction speed，combining the standardization management of water conservancy projects in our province，put forward a kind of monitoring system for irrigation of water level、rainfall and image in irrigation district. In this system，devices such as water level gauge，rain gauge，cameras，remote terminal，and the solar cell were integrated on the same stud，the cost and period of management room construction was saved. System installation is convenient，site selection is fl exible，use effect is good.

irrigation district；integration；research

TP277

A

1008 - 701X(2017)05 - 0082 - 03

10.13641/j.cnki.33 - 1162/tv.2017.05.023

2017-03-20

浙江省水利河口研究院院長基金項目(ZIHE2016012)。

屠佳佳(1987 - )，男，工程師，碩士，主要從事水利信息化自動化研究與應(yīng)用。E - mail：497113038@qq.com