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[摘 要]本文针对水库安全监测的需求，研究了集雨水情自动监测、图像信息定时上报、泵站自动控制于一体的监测与控制系统。完成了系统的总体设计、管理中心的建设、系统主要设备的功能。系统可应用于我省水库雨水情自动监测与控制等场合。
[关键词]水库（山塘）；雨水情自动监测；泵站自动控制
中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）05-0364-01
1 引言
水库安全问题关系到下游人民群众生命财产安全，关系到当地经济社会稳定和发展，也一直是防汛管理部门所关心的重要问题。做好水库雨水情、泵站监测与管理，实现信息采集的时效性，对于确保安全度汛，对于保障人民生命安全意义重大。
水库安全问题的核心是雨水情、泵站及图像采集与监测、预警与控制。“榕江县水库雨水情、泵站及图像自动采集与监测系统”工程，通过对水库雨水情、泵站及图像信息的实时采集与监测，可及时将库区实时数据、图像信息准确直观的发送给水利防汛部门，为防汛抗灾决策支持提供重要的依据和技术支撑。
2 系统总体设计
2.1 系统概述
（水库）山塘雨水情、泵站及图像自动采集与监测系统的建设，包括现场水位、雨水情、泵站信息采集设备以及监控中心信息接收及显示、应用系统的建设。现场测点信息采集与传输设备完成水位、降雨量和图像信息的实时采集、基本分析处理（如警戒状态）与显示，并负责将数据以无线或者有线的方式传输到监控中心，通过软件进行接收、显示以及数据的存储、分析、处理与预警。
2.2 建设目标
（1）实现对水库雨水情、泵站及图像信息进行实时性采集，并可进行现场拍照，以及预警通知，对具有光纤条件的采集与监测站可以传输连续的视频图像，保障系统信息的高效性、及时性、准确性、充分性。
（2）所有采集与监测站数据通过无线网络或者光纤网络直接传输至监控中心“水库雨水情、泵站及图像自动采集与监测系统”，在电子地图可视化界面中直观显示各测点雨水情、泵站及图像信息及警戒狀态；在发生报警时，系统可自动发出报警信号，如：系统弹出信息、发出声音提示，并向相关部门指定人员发出报警短息通知。
（3）“水库雨水情、泵站及图像自动采集与监测系统”开发要坚持先进实用、稳定可靠的原则，并具备良好扩展性、兼容性和开放性，为系统后期扩展升级、向其他相关平台系统提供数据共享服务提供规范性接口。
2.3 系统组成
本系统主要由数据管理中心，雨水情、泵站及图像自动采集与监测站。系统的通讯网络为GPRS无线方式与光纤有线方式相结合。
（1）采集与监测站：使用GPRS无线网络的的采集与监测站安装雨水情、泵站及图像采集与监测终端与视频设备。自动采集与监测站大多数设置在野外，不方便敷设或者架空线缆，所以我们采用GPRS无线通讯方式将现场 的数据传输到监控中心，供电电源采用太阳能供电方式。无线传输由于带宽有限，只能传输现场拍摄的照片。
（2）数据管理中心：可以实时显示并存储所管辖的各水库的水位数据、降雨量数据，视频图像或现场照片。当出现水位降雨量超出警戒时，可以及时报警，并且将报警信息发送到相关人员手机。
3 管理中心建设
监控中心是水库采集与监测监控自动化系统工程的重要基础设施之一。它既是监测自动化信息的公共传输平台，又是监测自动化业务系统的运行环境。此外，还担负着与外界交换信息的任务。
3.1 B/S和C/S相结合模式设计
系统的设计是基于GPRS数据传输技术和网络技术之上的，软件开发采用B/S和C/S两种结构相结合的方式设计。数据汇集处理和前端控制程序等应用系统采用C/S体系结构。监控调度人员使用客户端软件访问系统完成所有操作，采用C/S体系结构。其他非监控类人员使用浏览器访问系统完成所有操作，采用B/S体系结构。
3.2 系统通信与访问
软件同时支持通过GPRS、短消息、光纤网络等方式同现场终端通信。支持浏览器、客户端软件登录网络（因特网、局域网）访问系统。系统软件采用Web技术，局域网用户可通过内网访问，广域网用户可通过公网访问系统，经认证用户名和密码后进入相应级别管理系统，进行相关操作与管理。
3.3 电子地图可视化界面显示
主界面以通航流域测点分布图为背景，直观显示各测点位置分别情况、雨水情、泵站及图像信息及警戒状态，并以各种不同颜色表示警戒状态。 管理人员可以通过鼠标拖动摆布测点的位置。通过鼠标选择测点可直接进入测点详细信息显示界面，内容包括：测点的基本信息及最新采集与监测数据（水位、降雨量、雨水情、泵站及图像警戒状态、最后一张照片、水位曲线等信息）显示、即时召测、控制拍照功能。
3.4 系统上报功能
（1）主动上报包括定时主动上报和报警主动上报。定时主动上报是指测控终端按指定时间间隔定期上报采集与监测数据；报警主动上报是指现场异常状态报警，如：设备故障、水位警戒状态变化、降雨量状态、终端开门等。
（2）上位机问询包括定时问询和即时召测。定时问询是指软件定时下发采集命令，采集现场所有测点信息，采集时钟基准统一为计算机时钟，保证数据同时性；即时召测是指用户在需要时，通过软件下发命令，采集指定采集与监测点当前数据。
4 系统主要设备功能
4.1 自动监控终端
（1）数据传输功能。可根据现场情况做成无线传输终端与有线传输终端。有线传输终端：支持RJ45接口或者485接口。无线传输终端：通过GPRS网络传输数据，终端具有长期在线、即时通讯特点，终端可同时与1-4个中心通信。
（2）水位、降雨量信息采集。实时采集水位值、水位计故障（通、断）状态等信息，并可进行水位计量程设定。实时采集降雨强度、小时雨量、日降雨量、场降雨量信息，并可设置雨量计分辨率等相关信息。 （3）水位警戒报警。支持设置多级水位警戒线值，支持水位状态变化主动上报告警信息，保障信息的即时性、高效性。
（4） 雨情预警。支持设置多级雨强等级警戒线值，支持状态变化主动上报告警信息，保障信息的即时性、高效性。
（5）拍照功能（使用GPRS传输方式时采用）。定时拍照加警戒拍照并存。水位警戒报警时终端自动对现场拍照，并将照片传输至中心系统。可设定定时拍照时间间隔，终端自动拍照，并将照片传输至中心系统。
4.2 太阳能供电系统
采集与监测站设备采用太阳能电池板浮充蓄电池直流供电方式。为防止蓄电池电压过电或欠压现象，应配置相应的充电控制器进行钳位控制。
4.2.1 选配因素
太阳能板的功率、蓄电池的容量以及充电控制器，根据以下因素选配：1）设备功耗，包括守候功耗、工作功耗以及通信设备发送数据的功耗；2）保证在10～20天连续阴雨天气情况下，能维持蓄电池正常工作；3）在连续阴雨天气后，能在10天时间内，将蓄电池充足；4）当地的日照指数；5）充电控制器的钳位电压阈值应保证电池充足且不因过充而损坏。
4.2.2 主要技术要求
1）蓄电池采用铅酸免维护可充电蓄电池。对于高寒地区，应选用耐低温的蓄电池；2）太阳能板采用单晶硅太阳能电池组件，最大工作电压：17V，开路电压：21V；
4 结语
（1）软件开发采用目前比较流行和成熟的B/S和C/S相结合的应用集成体系结构模式。
系统支持远程设置现场测点水位警戒线值、雨强等级报警，并支持接收水位报警信息，弹出报警信息提示、声音提示，并向相关部门指定人员发出报警短息通知。
（2）系统主要包括系统信息管理、测点信息管理、实时在线采集与监测、历史记录管理、报表曲线分析、日志管理等功能模块；系统软件支持SQL数据库，可存储不少于三年的各种历史数据，数据存储间隔可设置； 软件良好扩展性、兼容性和开放性，可为系统后期扩展升级、向其他相关平台系统提供数据共享服务提供规范性接口。
基金項目
贵州省科技计划课题“贵州典型深水型湖库水环境健康风险及综合调控理论与技术”（黔科合重大字 [2015]2001号）；贵州省水利厅科研项目“太阳能光伏提水系统在贵州典型区域的应用研究”（KT201406）。
作者简介
胡仕文（1987.1—），男，汉族，青海省西宁市人，学士本科，毕业于贵州大学，就职于中国水利水电第四工程局有限公司机电安装分局，研究方向：水电建设与管理。
[关键词]水库（山塘）；雨水情自动监测；泵站自动控制
中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）05-0364-01
1 引言
水库安全问题关系到下游人民群众生命财产安全，关系到当地经济社会稳定和发展，也一直是防汛管理部门所关心的重要问题。做好水库雨水情、泵站监测与管理，实现信息采集的时效性，对于确保安全度汛，对于保障人民生命安全意义重大。
水库安全问题的核心是雨水情、泵站及图像采集与监测、预警与控制。“榕江县水库雨水情、泵站及图像自动采集与监测系统”工程，通过对水库雨水情、泵站及图像信息的实时采集与监测，可及时将库区实时数据、图像信息准确直观的发送给水利防汛部门，为防汛抗灾决策支持提供重要的依据和技术支撑。
2 系统总体设计
2.1 系统概述
（水库）山塘雨水情、泵站及图像自动采集与监测系统的建设，包括现场水位、雨水情、泵站信息采集设备以及监控中心信息接收及显示、应用系统的建设。现场测点信息采集与传输设备完成水位、降雨量和图像信息的实时采集、基本分析处理（如警戒状态）与显示，并负责将数据以无线或者有线的方式传输到监控中心，通过软件进行接收、显示以及数据的存储、分析、处理与预警。
2.2 建设目标
（1）实现对水库雨水情、泵站及图像信息进行实时性采集，并可进行现场拍照，以及预警通知，对具有光纤条件的采集与监测站可以传输连续的视频图像，保障系统信息的高效性、及时性、准确性、充分性。
（2）所有采集与监测站数据通过无线网络或者光纤网络直接传输至监控中心“水库雨水情、泵站及图像自动采集与监测系统”，在电子地图可视化界面中直观显示各测点雨水情、泵站及图像信息及警戒狀态；在发生报警时，系统可自动发出报警信号，如：系统弹出信息、发出声音提示，并向相关部门指定人员发出报警短息通知。
（3）“水库雨水情、泵站及图像自动采集与监测系统”开发要坚持先进实用、稳定可靠的原则，并具备良好扩展性、兼容性和开放性，为系统后期扩展升级、向其他相关平台系统提供数据共享服务提供规范性接口。
2.3 系统组成
本系统主要由数据管理中心，雨水情、泵站及图像自动采集与监测站。系统的通讯网络为GPRS无线方式与光纤有线方式相结合。
（1）采集与监测站：使用GPRS无线网络的的采集与监测站安装雨水情、泵站及图像采集与监测终端与视频设备。自动采集与监测站大多数设置在野外，不方便敷设或者架空线缆，所以我们采用GPRS无线通讯方式将现场 的数据传输到监控中心，供电电源采用太阳能供电方式。无线传输由于带宽有限，只能传输现场拍摄的照片。
（2）数据管理中心：可以实时显示并存储所管辖的各水库的水位数据、降雨量数据，视频图像或现场照片。当出现水位降雨量超出警戒时，可以及时报警，并且将报警信息发送到相关人员手机。
3 管理中心建设
监控中心是水库采集与监测监控自动化系统工程的重要基础设施之一。它既是监测自动化信息的公共传输平台，又是监测自动化业务系统的运行环境。此外，还担负着与外界交换信息的任务。
3.1 B/S和C/S相结合模式设计
系统的设计是基于GPRS数据传输技术和网络技术之上的，软件开发采用B/S和C/S两种结构相结合的方式设计。数据汇集处理和前端控制程序等应用系统采用C/S体系结构。监控调度人员使用客户端软件访问系统完成所有操作，采用C/S体系结构。其他非监控类人员使用浏览器访问系统完成所有操作，采用B/S体系结构。
3.2 系统通信与访问
软件同时支持通过GPRS、短消息、光纤网络等方式同现场终端通信。支持浏览器、客户端软件登录网络（因特网、局域网）访问系统。系统软件采用Web技术，局域网用户可通过内网访问，广域网用户可通过公网访问系统，经认证用户名和密码后进入相应级别管理系统，进行相关操作与管理。
3.3 电子地图可视化界面显示
主界面以通航流域测点分布图为背景，直观显示各测点位置分别情况、雨水情、泵站及图像信息及警戒状态，并以各种不同颜色表示警戒状态。 管理人员可以通过鼠标拖动摆布测点的位置。通过鼠标选择测点可直接进入测点详细信息显示界面，内容包括：测点的基本信息及最新采集与监测数据（水位、降雨量、雨水情、泵站及图像警戒状态、最后一张照片、水位曲线等信息）显示、即时召测、控制拍照功能。
3.4 系统上报功能
（1）主动上报包括定时主动上报和报警主动上报。定时主动上报是指测控终端按指定时间间隔定期上报采集与监测数据；报警主动上报是指现场异常状态报警，如：设备故障、水位警戒状态变化、降雨量状态、终端开门等。
（2）上位机问询包括定时问询和即时召测。定时问询是指软件定时下发采集命令，采集现场所有测点信息，采集时钟基准统一为计算机时钟，保证数据同时性；即时召测是指用户在需要时，通过软件下发命令，采集指定采集与监测点当前数据。
4 系统主要设备功能
4.1 自动监控终端
（1）数据传输功能。可根据现场情况做成无线传输终端与有线传输终端。有线传输终端：支持RJ45接口或者485接口。无线传输终端：通过GPRS网络传输数据，终端具有长期在线、即时通讯特点，终端可同时与1-4个中心通信。
（2）水位、降雨量信息采集。实时采集水位值、水位计故障（通、断）状态等信息，并可进行水位计量程设定。实时采集降雨强度、小时雨量、日降雨量、场降雨量信息，并可设置雨量计分辨率等相关信息。 （3）水位警戒报警。支持设置多级水位警戒线值，支持水位状态变化主动上报告警信息，保障信息的即时性、高效性。
（4） 雨情预警。支持设置多级雨强等级警戒线值，支持状态变化主动上报告警信息，保障信息的即时性、高效性。
（5）拍照功能（使用GPRS传输方式时采用）。定时拍照加警戒拍照并存。水位警戒报警时终端自动对现场拍照，并将照片传输至中心系统。可设定定时拍照时间间隔，终端自动拍照，并将照片传输至中心系统。
4.2 太阳能供电系统
采集与监测站设备采用太阳能电池板浮充蓄电池直流供电方式。为防止蓄电池电压过电或欠压现象，应配置相应的充电控制器进行钳位控制。
4.2.1 选配因素
太阳能板的功率、蓄电池的容量以及充电控制器，根据以下因素选配：1）设备功耗，包括守候功耗、工作功耗以及通信设备发送数据的功耗；2）保证在10～20天连续阴雨天气情况下，能维持蓄电池正常工作；3）在连续阴雨天气后，能在10天时间内，将蓄电池充足；4）当地的日照指数；5）充电控制器的钳位电压阈值应保证电池充足且不因过充而损坏。
4.2.2 主要技术要求
1）蓄电池采用铅酸免维护可充电蓄电池。对于高寒地区，应选用耐低温的蓄电池；2）太阳能板采用单晶硅太阳能电池组件，最大工作电压：17V，开路电压：21V；
4 结语
（1）软件开发采用目前比较流行和成熟的B/S和C/S相结合的应用集成体系结构模式。
系统支持远程设置现场测点水位警戒线值、雨强等级报警，并支持接收水位报警信息，弹出报警信息提示、声音提示，并向相关部门指定人员发出报警短息通知。
（2）系统主要包括系统信息管理、测点信息管理、实时在线采集与监测、历史记录管理、报表曲线分析、日志管理等功能模块；系统软件支持SQL数据库，可存储不少于三年的各种历史数据，数据存储间隔可设置； 软件良好扩展性、兼容性和开放性，可为系统后期扩展升级、向其他相关平台系统提供数据共享服务提供规范性接口。
基金項目
贵州省科技计划课题“贵州典型深水型湖库水环境健康风险及综合调控理论与技术”（黔科合重大字 [2015]2001号）；贵州省水利厅科研项目“太阳能光伏提水系统在贵州典型区域的应用研究”（KT201406）。
作者简介
胡仕文（1987.1—），男，汉族，青海省西宁市人，学士本科，毕业于贵州大学，就职于中国水利水电第四工程局有限公司机电安装分局，研究方向：水电建设与管理。