利用云平臺(tái)進(jìn)行堰塞湖水位監(jiān)測(cè)

韓佳蓉

【摘 要】堰塞湖是一種具有潛在危害的自然地質(zhì)現(xiàn)象，近年來(lái)由于堰塞湖治理不當(dāng)造成的地質(zhì)災(zāi)害仍較為頻繁。隨著計(jì)算機(jī)與通信技術(shù)的發(fā)展，云平臺(tái)技術(shù)被廣泛運(yùn)用于監(jiān)測(cè)各種資源狀況及生產(chǎn)過(guò)程。文章以云平臺(tái)為基礎(chǔ)，云控智能終端裝置為核心，介紹了一套由多個(gè)計(jì)算機(jī)終端控制的系統(tǒng)，可以遠(yuǎn)程自動(dòng)控制或操作異地的單機(jī)設(shè)備與設(shè)備群，也可以由多部手機(jī)進(jìn)行操作控制，以便隨時(shí)隨地監(jiān)控堰塞湖的水位信息，通過(guò)云平臺(tái)隨時(shí)調(diào)取該地的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，從而更好地實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)目的。終端裝置提供多功能儀表、控制部件、控制器、軟件平臺(tái)等資源。這個(gè)項(xiàng)目較為新穎地運(yùn)用了云平臺(tái)技術(shù)，可以應(yīng)用于堰塞湖等水域的水位監(jiān)測(cè)，具有不錯(cuò)的商業(yè)價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】云平臺(tái);水位監(jiān)測(cè);壓力傳感器;云控智能終端裝置

【中圖分類(lèi)號(hào)】P641.8 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2019）07-0153-02

目前，我國(guó)對(duì)云平臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了多方面的研究，其中有部分研究者對(duì)云平臺(tái)應(yīng)用于水利的方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，以此拓寬了云平臺(tái)在工程中的應(yīng)用范圍，促進(jìn)其他工業(yè)過(guò)程相繼使用云平臺(tái)技術(shù)。同時(shí)，有研究人員將云平臺(tái)運(yùn)用于資源狀況的監(jiān)測(cè)，如對(duì)水資源及水底生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測(cè)。在我國(guó)也有企業(yè)設(shè)計(jì)了環(huán)境監(jiān)控云平臺(tái)系統(tǒng)及云平臺(tái)智能健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，及時(shí)反饋實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的環(huán)境空氣質(zhì)量及用戶(hù)的身體狀況，保證居民的健康。

1 關(guān)于云平臺(tái)及系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)建立與平臺(tái)互聯(lián)

基于云平臺(tái)技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，本項(xiàng)目將云平臺(tái)技術(shù)與傳感器技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)建了云平臺(tái)水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。項(xiàng)目利用了云平臺(tái)成熟的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、強(qiáng)大的數(shù)據(jù)計(jì)算能力及實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)更新的云端數(shù)據(jù)分析算法，實(shí)時(shí)監(jiān)控通過(guò)壓力傳感器采集到的堰塞湖的水位數(shù)據(jù)信息。同時(shí)整個(gè)系統(tǒng)以云平臺(tái)為橋梁，云控智能終端裝置為核心，由多個(gè)計(jì)算機(jī)終端控制，可以遠(yuǎn)程自動(dòng)控制或操作異地的單機(jī)設(shè)備與設(shè)備群，也可以由多部手機(jī)進(jìn)行操作控制，隨時(shí)隨地監(jiān)控堰塞湖的水位信息，并將其記錄保存。這對(duì)堰塞湖水域的水位情況預(yù)測(cè)，以及預(yù)防相關(guān)地質(zhì)災(zāi)害具有較大的意義。

本系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)處理前端（即壓力傳感器、數(shù)據(jù)處理中轉(zhuǎn)站等）、云平臺(tái)數(shù)據(jù)分析存儲(chǔ)單元及客戶(hù)應(yīng)用終端3個(gè)部分組成，是應(yīng)用于堰塞湖水域的水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，同時(shí)以此實(shí)現(xiàn)相關(guān)地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防。數(shù)據(jù)處理前端利用壓力傳感器采集堰塞湖水位信息，并對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。之后將采集數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在云平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中，以此進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。同時(shí)利用云控智能終端裝置，由多個(gè)計(jì)算機(jī)終端控制，也可以由單機(jī)設(shè)備或者多部手機(jī)等進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)友好人機(jī)交互，可以保證隨時(shí)隨地監(jiān)測(cè)到水位變化情況。

1.2 壓力傳感器檢測(cè)水位信號(hào)

在云平臺(tái)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，系統(tǒng)所獲取的水位數(shù)據(jù)信息是通過(guò)壓力傳感器采集。主要操作方式便是將多個(gè)壓力傳感器安裝在堰塞湖的相應(yīng)關(guān)鍵位置上，水位高度不同在壓力傳感器的感應(yīng)面上產(chǎn)生的水壓也不同，因此壓力傳感器內(nèi)部的壓電材料會(huì)隨著水位的不同而在傳感器電路中具有不同的性質(zhì)，以此產(chǎn)生不同的電信號(hào)輸出。

將壓力傳感器輸出電信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，轉(zhuǎn)化為水位信息傳送到主要的控制界面，實(shí)現(xiàn)云平臺(tái)和勘測(cè)裝置之間的互聯(lián)?？睖y(cè)裝置將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到云平臺(tái)服務(wù)器中，服務(wù)器通過(guò)云平臺(tái)將水位數(shù)據(jù)存放到云平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中，通過(guò)數(shù)據(jù)的發(fā)生確保提交數(shù)據(jù)的正確性。之后云平臺(tái)系統(tǒng)可以分析數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的水位信息，判斷水位是否異常。

1.3 云平臺(tái)系統(tǒng)技術(shù)支持

各種云平臺(tái)的出現(xiàn)是人們轉(zhuǎn)向云計(jì)算運(yùn)用的最重要環(huán)節(jié)。這種平臺(tái)允許開(kāi)發(fā)者們或是將寫(xiě)好的程序放在“云”里運(yùn)行，或是使用“云”里提供的服務(wù)，或二者皆是。在本項(xiàng)目所設(shè)計(jì)的云平臺(tái)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，壓力傳感器所采集到的水位數(shù)據(jù)信息將被傳送到云平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中，云平臺(tái)系統(tǒng)與勘察裝置互聯(lián)，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)云存儲(chǔ)和云計(jì)算。

實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)階段需要一套相應(yīng)的控制面板，其外圍電路圍繞系統(tǒng)監(jiān)測(cè)水位的功能，設(shè)計(jì)了不同的外設(shè)及接口電路。主控模塊通過(guò)串口UART、USB、藍(lán)牙等不同傳輸方式，與數(shù)據(jù)采集終端進(jìn)行交互，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)時(shí)測(cè)量的水位數(shù)據(jù)進(jìn)行接收，同時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)上傳至云平臺(tái)。主控模塊又通過(guò)輸入/輸出接口與觸摸屏等外設(shè)相連，可以由多個(gè)計(jì)算機(jī)控制，讓用戶(hù)實(shí)時(shí)從云平臺(tái)獲取水位信息。

2 在實(shí)驗(yàn)室水平搭建系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)室中主要利用水位變化模擬箱及云控智能終端裝置進(jìn)行相關(guān)的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)?zāi)M水箱和連接終端控制箱如圖1所示，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)柜如圖2所示。

實(shí)驗(yàn)中通過(guò)改變模擬箱中水位，來(lái)模擬堰塞湖中水位變化。以此獲取不同水位下壓力傳感器所產(chǎn)生的不同電信號(hào)，并將模擬箱連上連接終端控制箱，以此實(shí)現(xiàn)勘察裝置與云平臺(tái)互聯(lián)，將壓力傳感器收集到的數(shù)據(jù)信息傳送到云平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中。在實(shí)驗(yàn)室可利用多臺(tái)計(jì)算機(jī)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行操作，利用云控智能終端裝置實(shí)時(shí)收集模擬箱中水位變化情況，并且可以通過(guò)云計(jì)算對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析，進(jìn)而對(duì)水位變化是否正常做出預(yù)判。

3 結(jié)語(yǔ)

利用云平臺(tái)處理堰塞湖水位問(wèn)題整體優(yōu)點(diǎn)在于利用云平臺(tái)處理信息實(shí)時(shí)性較好，同一時(shí)間可通過(guò)處理大量數(shù)據(jù)進(jìn)行水位監(jiān)測(cè)和預(yù)警，若遇到極端天氣或自然災(zāi)害可通過(guò)遠(yuǎn)程操作控制，大大提高了安全性。此外，整套系統(tǒng)還有造價(jià)和維護(hù)成本較低、操作難度較低等優(yōu)勢(shì)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]林林.水利云平臺(tái)若干技術(shù)問(wèn)題研究[D].北京：中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，2016.

[2]佚名.環(huán)境監(jiān)測(cè)云平臺(tái)系統(tǒng)解決方案[EB/OL].https：//wenku.baidu.com/view/fefd7025770bf78a642954b2.html，2016-06-20.

[3]喬英霞，高天雷，劉照陽(yáng)，等.基于云平臺(tái)的智能健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及應(yīng)用[J].山東科學(xué)，2017，30（6）：99-104.[責(zé)任編輯：陳澤琦]