温州河道水闸监测监控系统方案(共23页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上温州河道水闸检测监控系统目录一、方案背景 温瑞塘河被温州人民称为“母亲河”，对温州的防洪、排涝、供水、航运、灌溉及生态环境保护，特别是温瑞平原的经济和社会发展起着十分重要的作用。目前温瑞塘河虽然不再作为饮用水源地，但仍承担着航运、防洪、灌溉等功能，同时也是温州市区及郊区沿河乡镇工业及生活污水的重要归宿地。温州属东亚季风盛行地区，在汛期常易受到台风、暴雨及其引发的洪水等灾害袭击，防汛压力较大。并且随着温州市经济的迅速发展，城市建设和人口规模不断扩大，相应水污染程度也日益严重。全市日排放污水67万吨，其中44万吨直接排入温瑞塘河，约占全市日排污总量的65.67。大量工业、生活污水入河造成了温瑞塘河水体的综合性有机污染，使得大部分河道水质常年劣于地表V类水质标准。由于平原河网流域地势平坦，水体流动缓慢，污染物不易下泄，而从上游携带来的泥沙及各种垃圾又在河床中沉积下来，极易淤积产生黑臭现象。 为了改善水质生态调水能有效促进河水流动，主动排污，是一项行之有效的改善水质的措施。据统计，20002008年通过瓯江翻水站和珊溪水利工程向塘河共计调水量达9.8亿立方米，沿江排水调度开闸2500孔次，调水的日益频繁，对塘河水体实现科学、有效的调度提出了更高的要求。水质监测结果显示，调水对改善当前水质有显著的效果。以2008年12月中旬调水为例，调水后市区西山河段至南塘河段干流有机污染状况有明显好转，相邻的二级河道水体污染程度也有所缓解。氨氮从调水前的约514mg/L下降至约310mg/L，水中溶解氧浓度也由调水前的0.32.2mg/L提高到0.74.0mg/L。在目前截污尚未完成的情况下，生态调水在今后很长一段时间内仍将是冲污治臭的重要手段。然而，由于温瑞塘河仅西山河段有1座水文监测站点，所获得的水文参数（雨量和水位）难以满足对防洪排涝、调水冲污效果的有效控制，存在大片调水盲区。因为无法掌握整个平原河网的来水量、各沿江闸门的出水量等水情信息，所以无法对包括温瑞塘河水体周转速率、污染物输运通量等数据进行计算，从而阻碍了对塘河水体理、化特征的全面、深入了解。并且由于河段水质监测的特殊性，目前在大多数河段水质管理主要采用定点定时巡检的监测方式，人工定期或偶尔测量采集水质信息，再拿回数据处理中心进行处理。这种方法存在耗费人力较大、时间问隔长，不能保证进行测量的时间就是诊断环境问题和水质变化的最佳时机，因此经常无法准确描述河段水质的动态变化特征；这种测量方式还面临着恶劣天气或危险区域很难进行监测等缺点在海洋及偏远地区施工难度大，遇恶劣天气无法采集数据等问题。因此我们推出基于“二郎神”视频监控平台和数据信息采集系统的水务监测监控系统，该系统可进行实时视频监控和采集数据监测，并能对历史数据进行查询和统计分析，系统建成之后，将有效提高信息的正确性、实时性和全局性，为调度指挥决策提供了科学的依据，将传统的按时调水变为按需科学节约的调水。有效地提高水资源的利用率。系统主要功能是将水闸过水量、河道水位、流速等水文参数与气象、水质等监测数据在基于GIS的信息收集处理平台上进行整合，进而建立河网水力模型和水质数学模型应用于防洪、防汛决策、水环境治理和保护、水资源调度等方面。最终实现对水闸水资源调度的现代化管理，彻底改变目前对温瑞塘河水资源综合利用、调度的落后状况。通过本方案的实施，主要实现如下管理方法的转变：1. 实时采集河道、湖泊、水库的具体水文指标参数。如水位、潮位、闸门开启度、流量等信息。2. 实时视频监控。3. 建立历史视频信息和采集数据记录数据库，提供MIS系统连接接口，方便历史数据查询和统计分析。二、系统结构2.1 系统概述本系统主要由数据采集监测子系统、视频监控子系统、数据传输子系统、数据库服务器子系统和防盗子系统组成，数据采集监测子系统、视频监控子系统通过电信宽带网络或CDMA网络与数据库服务器相链接。结构图如下：系统通过对各闸门水文状况进行实时监测，将使对温瑞塘河的管理从以下几方面得到有效提升： 1调水冲污。将水文和水质参数经水质模型分析，指导对闸门的启闭，实现水体的定向有序流动，达到引水冲污、改善水环境的目的；2防汛减灾。及时准确分析各主要河道水闸的水情、雨情、闸门工况，实现灾害天气前预先进行水闸泵站的启闭、预降内河水位等；3 提高水资源调度水平。为温瑞塘河综合管理平台提供实时水情，缩短了现场信息上传和调度指令下达的时间，提高了工作效率，使相关决策更加的科学、合理。2.2 数据采集监测子系统2.2.1水闸流量监测为了解温瑞塘河水量收支的层面出发，需要在目标水闸处设置监测点以记录河道即时流速、流量，并通过无线方式将数据实时传输到集中器上。由于平原河网地区河道流速通常较小，往往低于大多数转子式流速仪测量的启动流速0.1m/s而无法被准确测定。同时转子式流速仪测量的是单点流速，要获得河道断面上的整体流速（流量）十分困难。因此采用高精度水渠流量测量仪，该测量仪基于声学多普勒原理的流速（流量）测量装置则能同时测量某一方向上多个点的流速和流向，测量精度通常可达到0.01m/s以上，进而通过积分计算出断面实时流量，能够较好地满足对水闸水文状况的长期、实时、动态监测的需求。2.2.2 河道水位监测要想实现对闸门的合理、准确控制。则要求采集闸门内、外水位（精度210mm）等信息。闸门内水位可由多普勒流量监测仪获得。而闸门外水位可由同样基于声学多普勒原理的超声波液位计对水位进行实时准确监测，其精度可达到23mm。超声波液位计采用RS422/RS232接口，把实时数据送到集中器，处理成计算机通信报文，最终将采集量送到计算机监控系统上位机。2.2.3 闸门开启状态监测为控制调水的速度、流量，就需要监测闸门的开启状态。闸门开启高度（闸位）是以闸底为基准闸门上升的垂直高度，可通过闸门开度仪测得。闸门开度仪通常分为拉线式和转轴式两种，拉线式适合油泵升降式和卷扬机升降式闸门，转轴式适合八字式和卷扬机超长行程的升降式闸门。采用磁栅尺传感器，可以有效地测得闸门开启度。2.2.4 河道雨量水质监测目前温瑞塘河的治污形势不容乐观，要想有效得改善塘河的污染状况，水质监测是必须采取的手段。作为水资源管理与保护的重要基础，水质监测提供的水质信息显得异常重要。从一般意义来讲，水质监测工作的整体水平提高，水质监测的能力建设进行全面实施后。能实现水功能区内重点地区、重点水域和供水水源地的水质监测，提高水质监测信息数据传输和分析效率。在满足各级水行政主管部门及社会公众对水质信息需要的同时，提高对突发、恶性水质污染事故的预警预报及快速反应能力。 从更深层意义讲：加强水质监测能力后，通过水质监测的基础数据，分析水的承载力，按照水功能区的不同，确认水环境容量，建立水环境的评估与决策模型，分析和掌握污染物水体中稀释扩散和自净化过程与平衡关系，制定减量或禁止排放的规划与实施方案，指导水利工程，治理工程，使水环境与社会经济协调发展，水资源管理与保护工作为经济发展服务，水利成为社会经济持续发展的资源保障。这就要求我们要对塘河流域的水质进行有效的监控，根据流域内各个河道的水质情况进行科学合理的水资源调度。借助于水质检测报告，及时发现出现超标污染的河道，并采取合理的调水冲刷河道污染物，改善水质。具体对降雨量、河道水质等调水边界条件的同步监测可通过系统集成雨量和水质监测设备实现。雨量数据由雨量传感器获得。水质的监测指标种类繁多，但由于受到单个监测仪所能携带传感器数量的限制，应以能够包括温度、电导率、pH、溶解氧、氨氮、叶绿素等主要水质检测传感器为宜。2.3 数据传输系统本系统采用GPRS/CDMA技术，也即使用电信服务商无线通信网络，该网络覆盖范围广、传输速率高、接入速度快、稳定性高。但GPRS/CDMA技术需要支付网络接人费，另外GPRS/CDMA系统的硬件成本较高，使用GPRS/CDMA费用过高。为此采用无线传感网络技术（简称：WSN）结合GPRS/CDMA技术研发了河道水闸检测监控系统，系统采用网状网结构的WSN无线技术实现底层采集器与集中器间的数据通信，再通过CDMA/GPRS网络实现集中器与监控中心之间的数据传输。使系统的性价比得到最优化。 无线传感器网络由低功耗微小网络节点通过自组织方式构成无线通信网络，能够通过密集的节点布置，协作地实时感知、监测和采集网络分布区域内的各种微观环境信息，并对这些信息进行处理，从而获得详尽而准确的信息，通过无线方式传送到集中器。非常适合应用于气象环境复杂的河道监测系统中。在实时监测河流状况的无线传感器网络系统在前端采用专业数据监测仪器，测量河道，水渠，水道的流量、流速、水位等数据信息后，经过数据传输后存储在集中器中。在实现底层采集器与集中器间的数据通信后，存在于集中器中的大量的数据信息可再通过CDMA/GPRS网络实现集中器与监控中心之间的数据传输。依据所获得的信息建立科学合理的水文监测调度机制。传输通讯的具体功能是：1. 通过数据接口，集中器能够智能化处理数据，之后再连接到系统平台，从而减轻系统的负担。如需要可通过利用PC完成对整个系统的参数表设定，包括:雨量的感量，水位高程量，水位增量大小，采样时间间隔，站号编码等。2. 根据参数表采集水文数据，将采集到的水文数据与时间一同存储到集中器中。同时把水文数据发送给系统平台用于相关数据的显示。3. 接收来自系统平台的查询要求，从集中器中查找相应数据，并将所得数据返回给系统平台显示。4. 采集的数据信息将与视频画面关联。让操作查看人员在直观的了解现场的情况的同时，又可得到准确明细的数据。 2.4 视频监控防盗报警系统数据采集监测子系统的前端检测设备分布点多面广，塘河流域周边地理环境差异极大，一些安全问题如防火、防盗、防水等不能得到有效保证，设备运行安全就得不到保障。若是采用人工巡查这种方法，存在耗费人力较大、时间问隔长，不能有效保证检测设备的安全等缺点。无法满足防盗报警的要求。为此特别设计了一套防盗监控报警系统用于保证各检测设备的安全运行。通过基于GPRS/CDMA平台的防盗系统实现将节点告警信息(包括剪线警、振动警、高温警、物体接近感知等)和实时视频发送到中心。相关的领导及维护人员可据此做出处理。其中的视频监控采用“二郎神”无线远程网络视频监控系统是由我司推出的一项完全基于GPRS网络的图像远程监控、传输、存储、管理的视频监控系统。该系统利用GPRS网络覆盖面广、通讯稳定、传输快速等特点，将分散、独立的图象采集点进行联网，实现跨区域的统一监控、统一存储、统一管理、资源共享，为监控中心的管理决策者提供了一种全新的、直观的，扩大视觉和听觉范围的管理工具，全新的监控手段将缓解传统监控系统所需的工作量，大大提高整个管理系统的工作效率。其主要功能有：1.网络化监控：监控终端设备通过GPRS网络与“二郎神”监控平台相连，组成客户监控中心、远程控制台，满足任何时间任何地点的远程监控需求。2. 数字化存储：根据预先设定的存储时间，不间断地存储图像和相关数据，方便进行历史信息查询，为突发事件提供确切证据。3.远程图像实时调度：客户可通过远程控制台使用单画面或多画面功能总揽全局，实时控制监控系统的开启、信息的存储和查询。4.集中管理控制：集中管理控制所有监控点设备，向不同的管理者提供不同的监控级别和权限。“二郎神”无线远程网络视频监控系统具有稳定可靠、清晰度高、维护及时等优点。非常适合本系统使用。 同时使用稳压电源、物体探测器、温度报警、停电报警、断线报警、振动探测器、声光报警器等探测终端来完成对、停电警、断线警、接近警告、报警响铃等功能的实现。 各个探测终端正常运行，当有异常物体接近；前端装置发生异常震动；连接线路断开等情况，都将发出声光告警，同时通过GPRS/CDMA移动通讯网将相关信息发给有权限的用户，并自动循环拨打预先设定的报警电话。同时将发现警情的节点相关信息发送到监控中心，监控中心可通过软件及电话进行远程布防、撤防、监控现场。2.5 监测中心功能本系统的的监测中心建立在数据和视频的基础上。将采集到的河流污染源的信息存储、处理、分析、显示后可实现对塘河流域可靠的水源调度，建立科学的综合管理。具体功能如下： 1. 数据信息预警报警设置：可对水闸过水量、河道水位、流速等水文数据设定一个标准值。当所采集到的信息数据达到一个设定的警戒值时，系统将自行警告；当采集数据超过警戒值时，系统将报警，提醒管理人员及时处理相关的紧急情况。2. 系统管理功能：设定管理员对系统进行正常的管理和日常维护，针对不同用户设定权限，并设定污染源污染各个监测参数的溢出值，当发生数值溢出时自动弹出消息框提示监测人员，并显示报警区域编号，以及简单信息。 3. 信息的存储与输出：系统实时监测，还要对信息进行存储和报告，对历史数据进行各种统计分析、绘制历史趋势曲线图、输出各种统计报表等，并支持各种格式报表的打印。4. 用户浏览功能：为方便用户在不能上网时仍能及时了解企业污染源的情况，开发移动终端访问无线信息服务的页面，供移动用户浏览。部分有权限的用户可通过服务器发出对前端自动监测仪进行开、关等操作的命令。5. 数据图形显示：跟据数据库中的数据，形成实时趋势曲线图，供监测人员参考。三、系统特点3.1可靠的通讯网络底层通讯网络采用国内先进的无线传感网络技术（简称：WSN）。其主要特点如下：1. 通信可靠：无线传感网络技术在物理层采用抗干扰非常强的DSSS直序扩频技术进行传输，在MAC（美克）协议层采用了CSMA/CA的碰撞避免机制，避免了发送数据时的竞争和冲突；采用完全确认的数据传输机制，保证信息传输的可靠性； 2. 无线传感网络技术自愈功能：增加、删除或移动节点，节点发生故障等等，网络都能够自我修复无需人工干预，保证整个系统仍然能正常工作。3. 组网形式主要有：星型网(sty)、集群树状网(Cluster Tree)和网状网(Mesh)三种拓扑。保证链路通讯正常4. 有效传输距离可达100米，且节点间是可路由中继上层通讯系统采用GPRS无线通讯系统，GPRS网络最突出的特点是具有覆盖范围广、能够合理分配资源、传输速率高、接入速度快、稳定性高、无需维护等特点，适用于频繁传送小数据量的应用和非频繁传送的大量数据，比较适合于车辆监控系统的数据传输。是理想的连接网络。3.2集中器数据采集我们采用集中器数据采集采集而非上位机采集方式，其优势如下：1. 不受网络影响采集数据。采用集中器采集可在Internet网络断开的情况下自主运行。待Internet网络正常后将数据发送到服务器终端，避免数据丢失2.大大减轻服务器的压力。所有的采集工作都将在集中器中处理。大大减轻了服务器去采集数据而造成的压力。提供系统的稳定性。3. 数据处理和分析。集中器中可针对某些数据做定制的数据分析，将分析的数据结果发送到服务器中心便可4. 设备故障报警检测。定时对下位机设备进行检测。一旦发现故障，直接上报5. U盘数据读取。集中器提供U盘接口，当插入U盘时，数据将自动存入U盘中。3.3 经济可靠性 系统开发注重经济性可靠性的原则，采用成熟的技术，在保证系统能良好运作，满足各项功能的同时，系统前端监测设备、总监控中心软硬件等具有很高的稳定性、安全性和可靠性，充分考虑通信条件对该系统的支持状况。当今科技发展，通信技术和计算机技术的发展日新月异。该系统方案设计应适应技术发展的潮流，既兼顾了技术上的成熟性，同时也要保证系统的先进性。四、解决方案4.1、水渠，河道流量测量采用高精度水渠流量测量仪。利用多普勒原理的声学多普勒剖面流速仪测流技术在国际上已发展多年并日趋成熟，其主要特点是利用超声波作为测流的载体。可测量流速、水位和流量，安装方便。有两个声学波束，其中一个波束测量流速剖面，另一个垂直的波速测量水位。适用内陆河道，水渠等环境。可直观显示瞬时流量、累计流量4.2、河道、闸门、水渠水位测量采用超声波水位测量仪。目前水位测量多采用浮子式液位计或投入式液位计来进行水位测量。其缺点为：测量精度低，不可靠，经常出现浮子卡死不动和传感器堵塞导致测不准；维护工作量大，安装、调试不便，采集到的仅是模拟告警信号，不能直接进入电厂计算机监控系统。对无人值班电厂不实用。 我们进行了反复对比后，优化得出最后的方案设计，采用超声波液位计对栅前、栅后水位进行实时准确监测，超声波液位计用PLC对采集量进行处理。并且把实时水位和压差数据送到中控室，超声波液位计显示和越限报警。超声波液位计同时采用RS422/RS232接口，又把实时数据送到大坝集中控制室工控机，处理成计算机通信报文，最终将采集量送到计算机监控系统上位机。4.3、闸门开启度测量采用磁栅尺传感器。磁尺位置检测装置是由磁性标尺（简称磁尺）、磁头和检测电路组成。磁尺的测量原理类似于磁带的录音原理。从而达到测量闸门开启度的作用4.5、潮位测量在闸门两侧分别安装液位计。由于闸门两车受风的影响比较大。液位计的读数会出现不准的现象。我们通过集中器，对一段时间内的采集值作平均化使测量值尽量跟显示值相符合。五、设备选型5.1 WSN无线传输网络（TDR-05JQW-Y）·通讯方式： 2.4G无线射频技术 ·通信距离：节点之间100米（TDR-05JW）、1200米（TDR-05JW-Y），相互中继，自动组网，最多可支持65,000个节点·工作状态：数据转发·数据速率：250Kbps·传送方式：全双工·工作方式：连续·工作电压：DC5V5.2 集中器集中器是整个系统的桥梁，用于终端管理、数据缓存。集中器一方面接收来自管理中心计算机的各种操作命令并下传采集终端；另一方面，将采集终端的各种信息回传管理中心计算机，同时还存储所辖表计的数据和有关参数，并具有实时监视采集终端的工作状态等功能。 主要技术参数·通信接口：上行：RS-232，下行： RS485。 ·通信速率：600、1200、4800、9600、14400bps·掉电数据保存时间：20年·工作方式：连续 ·电源：AC220V±20% 50±1Hz5.3 CDMA无线传输设备（TDR-05JYW）·通讯方式： 公用CDMA/GPRS无线网络·通信距离：无线·工作状态：数据转发·数据速率：CDMA153.6Kbps、GPRS115.2 ·传送方式：全双工·工作方式：连续·工作电压：DC12V5.4 视频监控设备TDR-YT-Z快球型号：TDR-YT-ZC图像传感器：1/4-英寸CCD图像传感器CCD总像素：795(H) x 596(V)(PAL) 811(H) x 508(V)(NTSC)镜头：26X 电动变焦(F1.6 3.8 f =4.0 88.0mm )VIideo AF数字变焦：10倍最低照度：0.5 Lux  F1.2 5600º K / 0.0001LUX（星光模式启动)）水平分辨率：520线580线（数字强化）白平衡: 模式：ATW/AWC/FIX(0界点) 范围：32009600º K获取控制：AGC ( 18dB 最高)性噪比：48dB (MIN) / 52dB (TYP) (AGC OFF r =1, APC OFF, Y-OUT)电子快门：AES:1/50(1/60) 1/120,000 sec / Manu:8 Step背光补偿功能：超级背光补偿，48区域设置图像处理：OSD菜单控制画面冻结功能：报警输入或OSD菜单控制控制功能：OSD控制RS230485（可选）OSD菜单语言选择：中文，日文，英文视频输出：1.0Vp-p 于75欧姆地址设置：0255横向转度：360度纵向转度：90度云台转速：横向0.1°120°/S 纵向 1°90°/S预置速度：100 ° /sec ± .020 °预置位：最大128个通讯协议：Pelco-D ,Pelco-P通讯方式：RS485工作温度：-10º C  TO  50º C工作湿度：0%85%（无凝霜）功耗：24VAC 2A 60Hz/50Hz/20W材料：铝合金特点：独特流线型设计，散热性能好，聚焦速度达到国际先进水平，高解CCD数字强化下成像更清晰，星光模式达到超低照度日夜通用，超级背光补偿模式可媲美双速扫描超宽动态，菜单语言多样化方便操作.5.5 硬盘录像机DS-7004H、DS-7008H、DS-7016H。网络硬盘录像机名称: 网络硬盘录象机产品类型：海康威视第三代嵌入式网络硬盘录像机，DVR、DVS一体机。视频压缩标准：H.264。视频处理芯片：DSP处理器。典型应用：对视频实时性要求不是很高的监控场所。DS-7004H：每个视频输入通道支持CIF分辨率、全实时编码；DS-7008H：每个视频输入通道支持CIF分辨率，总资源120帧（PAL）或144帧（NTSC）；DS-7016H：总资源240帧（PAL）或288帧（NTSC）。其中，18路共120帧（PAL）或144帧（NTSC），916路共120帧（PAL）或144帧（NTSC）每路帧率可调，总资源为每个型号的总帧率上限，且按通道顺序优先编码。5.6 超声波液位测量仪固定式超声波流量计（BST-100）主机：背光液晶可同时显示瞬时流量、累计流量、流速、时间、热量等数据信号输出：电流输出：4-20mA或0-20mA等，阻抗0-1K，精度0.1%OCT输出：正,负,净累计流量及热量累计脉冲信号或瞬时流量的频率信号继电器：可输入近20种源信号（如无信号、反向流等）声音报警：蜂鸣器可根据设置发出报警声音（如流量过大、过小）信号输入：可输入两路电流信号（如：温度、压力、液位等信号），从而实现热一机两用自动记忆前64日、前64月、前5年的累计流量自动记忆前64次来电和断电时间及流量，可进行人工或自动补量，减少用户流量损失自动记录前64日流量计的工作状态是否正常和出现异常状态的次数数据接口：出厂配置为RS-232方式，选配RS-232/RS-485转换器后可变为RS-485方式可编程批量（定量）控制器电缆长度：型号：SYV50-3-T原则上越短越好以减少干扰，也可以加长至300米，若再长需加粗电缆，同时用户应注意电缆不要与高压电缆并行，尽量避开变频器管道情况：管材钢、不锈钢、铸铁、水泥管、铜、PVC、铝、玻璃钢、硬质金属塑料等、允许有衬里直管段传感器安装点最好满足：上游10D，下游5D，距泵出口30D（D是指管径）测量介质：水、海水、工业污水、酸碱液、各种油类等能传导声波的液体流速范围：0±30m/s测量精度：优于±1%（是国内最先达到此精度的超声波流量计）电源：AC220V或DC836V或AC730V功耗：2W（国内同种机型中功耗最小）重量：2.5Kg5.7 河道，水渠流量测量仪防水型主机特点： 防水一体式主机Model 6520，可以测定适用于各种场合的测定。记录间隔：可编程，5 秒到9600分钟通信：RS-232存储容量：99.999KB控制方式：触发输出式电缆：14.8m 工作温度：水温0-59.99长×宽×高：289mm×69mm×25mm流速： 量程：22-4600mm/S，双向测量精度：测量值的±2%分辨率：1mm/S 水位：量程：0-4.999m精度：±0.25% （标定后）分辨率(可选)： 0 到2.5m：2.5mm 2.5 到4.999m：5mm    温度：分辨率：0.1量程：-17-60五、结束语本文提出了一种新型的水质监测及应急预警设计方案，能够可靠、稳定地实时监测和输出数据，无线传感器网络节点体积小，并只需要部署一次就可以进行长期的监测工作，同时，传感器网络节点具有一定的数据处理能力和通信能力，可以将大量的监测数据无线发送到集中器，并进行存储，统计分析和显示。而且能够定期提供河流的状况信息，长期累积的数据可显示水质的变化趋势，政府也可根据这些数据评估所推行的各种污染消减措施的成效。整个系统对管理区实施全面视频监控，将现场采集的数据、图像、声音、视频等基础信息实时传送到监控中心，极大地提高测报工作的精确度，改善传统监测的工作质量，实现真正意义的实时水文信息的采集、监控和统一管理。 专心-专注-专业