灌区信息化建设项目 设计方案.docx

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灌区信息化建设项目设计方案

XXXXXXXXX灌区

总干渠监测系统

设计方案

XXXX科技有限公司

2010年5月

编写：

XXXX

校对：

审查：

批准：

文档修订历史

版本编号

变化状态

简要说明

（变更内容和变更范围）

日期

变更人

V0.1

CXXXX

初稿

*变化状态：

C――创建，A——增加，M——修改，D——删除

1综合说明1

1.1信息化建设内容1

1.2投资概算1

1.2.1投资概算1

1.2.2工程量清单1

1.3效果评价3

2建设内容6

2.1信息化建设原则6

2.2信息化总体结构6

2.4建设内容8

2.4.1水情监测系统9

2.4.2视频监视系统9

2.4.3网络及通讯系统9

2.4.4信息中心建设10

2.4.5应用软件系统10

2.4.6基础设施改造12

3技术方案13

3.1信息化总体结构13

3.2水情监控系统14

3.2.1系统体系结构15

3.2.2水情信息采集系统15

3.3视频监控系统设计21

3.3.1建设内容21

3.3.2各站建设内容及布局22

3.3.3视频监控系统组成结构26

3.3.4关键技术说明27

3.3.5视频监控系统功能性能28

3.4主要设备说明29

3.4.1视频摄像机29

3.4.2云台解码一体机30

3.4.3超声波明渠智能水位流量计31

3.4.4GPRS/CDMA模块31

3.4.5视频服务器32

3.5灌区通信及通讯系统34

3.5.1组网方案整体说明34

3.5.2网络安全设计35

3.5.3可靠性设计37

3.5.4设备说明39

3.6调度信息中心45

3.6.2调度中心投影屏46

3.7应用软件系统47

3.7.1总体结构47

3.7.2灌溉监测监控系统47

3.7.3灌区数据库系统56

3.7.4视频监控软件61

4建设管理及运行管理69

4.1建设管理部署69

4.1.1实施机构和职责划分69

4.1.2建设管理方式和措施70

4.2施工监督措施和质量控制体系71

4.3实施进度安排72

4.4运行管理部署73

4.4.1运行管理机制及措施73

4.4.2运行管理人员安排74

5效果评价77

1综合说明

1.1信息化建设内容

根据需求分析，我们确定出本次信息化系统的主要建设内容为下面的五大部分：

1.水情监测系统

2.节制闸视频监控系统

3.调度分中心及中心建设：

4.应用软件系统：

1.2投资概算

XXXXXXXXX灌区信息化建设项目总投资439,819元，投资概算总表如下：

1.2.1投资概算

投资预算总表

序号

工程或费用名称

费用

I

直接费用

407240

一

灌区监测监控系统

275500

二

计算机网络

55740

四

灌区建设软件

76000

II

独立费用

32579

一

安装调试费（5%）

20362

二

运杂费（2%）

8145

三

培训费（1%）

4072

III

工程总投资合计

一

总投资合计

439819

*

以上造价不含土建费用

1.2.2工程量清单

机电设备及安装工程预算表

序号

名称

规格型号

单位

数量

单价（元）

合价（元）

合计（元）

第二部分机电设备及安装工程

407240

一

灌区监测监控系统

275500

（一）

渠道水位监测

106660

1

超声波明渠水位计

阳光世纪YG-WI

台

6

5800

34800

2

测报终端机

XXXXWT-MRT

台

5

6800

34000

3

串口服务器

NP312

台

4

1800

7200

4

CDMA通讯模块

宏电H7110

只

1

4800

4800

5

天线及馈线

套

1

300

300

6

同轴避雷器

WT-SPD1

只

5

680

3400

7

蓄电池

赛特32AH

只

5

1200

6000

8

信号防雷器

WT-SPD

只

6

580

3480

9

电源控制器

12V3A

只

6

680

4080

10

设备箱

只

4

500

2000

11

防盗网

套

6

300

1800

12

线缆及辅材

套

6

800

4800

（二）

视频监控系统

168840

1

彩色枪机

XX华泰SONY机芯

台

4

2800

11200

2

变焦镜头

台

4

1800

7200

3

解码器

HT-PTZ

台

4

1200

4800

4

室外重型云台

双臂型

台

4

2300

9200

5

室外支架

定制

套

4

400

1600

6

22倍变焦摄像机

SONY机芯

台

8

2600

20800

7

红外球一体机

套

8

2800

22400

8

摄像机电源

24VAC

只

8

300

2400

9

视频服务器

海康DS－4002CH

台

5

5800

29000

10

视频服务器

海康DS－4004CH

台

1

6800

6800

11

控制线

4*0.5

米

3000

6

18000

9

视频线

75--5

套

3000

6

18000

10

安装辅材

套

14

800

11200

11

投射灯

飞利浦400W

8

780

6240

二

计算机网络

55740

1

网络配线箱

300mm

台

4

500

2000

2

节点路由器

H3CBR304

台

5

1800

9000

3

中心路由器

H3CMSC20

台

1

9800

9800

4

交换机

H3C1224

台

1

2640

2640

5

稳压器

1000W

台

5

800

4000

6

电源防雷器

ASPAM3

只

5

1500

7500

7

服务器

浪潮NP370

台

1

15000

15000

9

网络机柜

北京1.8米标准

套

1

3800

3800

11

安装辅材

超五类

批

1

2000

2000

三

灌区建设软件

76000

1

灌区基础数据库

XXXX

套

1

20000

20000

2

灌溉水情监测系统

XXXX

套

1

48000

48000

3

灌区视频监控软件

XXXX

套

1

8000

8000

1.3效果评价

由于灌区工程的修建及运行，对灌区内自然环境、生态环境及社会环境产生了深远的影响，在给灌区内带来众多正面环境效益的同时，也带来了某些方面的负面环境影响，克服环境方面的负面影响，是灌区建设和管理的重要任务。

提高灌区工程标准、完善灌区配套、提高管理手段的结果，都将有利于克服灌区工程现行的负面环境影响。

建设灌区信息化系统的目的在于提高管理手段，是克服灌区现行环境问题的主要措施之一。

显而易见，灌区信息化建设项目实施后，对克服灌区工程现行负面环境影响将产生积极的效果，体现在以下几个方面：

（1）灌区信息化系统的建成应用，由于能及时掌握水情、雨情状况，为灌区工程的正常运行提供了第一手资料。

众所周知，水位的陡涨陡落、超标准的冒险运行都将对渠堤工程造成负面影响，尤其是渠堤不允许有溢水现象发生，一旦出现渠（库）水溢堤（坝）的现象，将会导致溃堤（坝）事故，造成的后果是不堪设想的。

在信息技术不发达的年代，调度人员、水管理人员控制灌区工程的正常运行比较困难，给管理工作带来极大的不便。

本灌区在多年的运行中，虽然没有发生过大的安全事故，但渠水超过警戒水位值、危及渠堤安全运行的非常情况也多次出现过。

不仅调度人员、水管理人员的思想压力大，而且灌区工程安全运行的保证率低。

应用信息系统以后，由于能实时掌握灌区各控制断面的水位变化状况以及各测站的降雨过程，为调度人员的安全调度提供了依据，有利于灌区工程的防汛保安，能有效地防止因运行不当而导致溃堤（坝）等影响区内自然环境、生态环境及社会安定的恶性事件发生。

（2）灌区信息化系统的建立应用，能实时掌握灌区工程的运行状况，为确保灌区工程效益的发挥创造了条件。

可从三个方面进行分析：

一是通过信息化技术的应用，能及时掌握工程的病变状况，为制定并实施维修、治理方案提供依据。

提前预防、治理的结果，可以避免或减少因工程隐患而导致渠道停水抢修现象的发生；二是通过信息技术的应用，能及时发现工程的异常现象，从而采取切实措施防止灌区工程突发性事件的发生；三是通过信息技术的应用，能较好地收集灌区重要建筑物的运行数据，掌握其运行状况，为制定建筑物的维修养护计划提供依据。

这三个方面的共同结果，均能提高灌区工程正常运行的保证率，减少灌区工程停水抢修的机率。

无疑，有利于确保灌区工程效益的发挥，这对于提高灌区工程社会环境效益将起到积极的作用。

（3）灌区信息化系统的建立应用，对及时掌握农作物的需水状况、适时适量地满足其灌溉要求提供了条件。

自流灌区部分农田潜育化及次生潜育化现象的加剧，造成这一现象的原因除了渠堤渗漏、田间入渗所致以外，与盲目、超量灌溉的结果是分不开的。

信息化技术应用后，选择有代表性的农田作为典型灌溉区，对农作物的需水要求进行实时的信息采集，灌区水管理人员根据农作物的需水要求进行适时适量的灌溉，能够避免盲目地、超量灌溉的现象，有利于降低地下水位、减轻农田土壤潜育化及次生潜育化现象，对生态环境和社会环境都将产生有利的影响。

（4）灌区信息化系统的建立应用，对于提高灌区工程社会环境效益有着积极的影响。

要实现灌区水资源优化配置、优化调度、优化利用的水管理目标，需要应用系统工程学理论。

而系统工程技术也只有在情况非常清楚的情况下才能确定其最优方案。

显而易见，要实现优化的水管理目标，灌区管理人员必须要及时掌握灌区水资源状况、工程运行状况、气象状况、农作物需水状况、各用户对水资源的需求状况等基本资料。

这在人工管理手段的条件下是无法做到的，只有应用现代信息技术才能满足这一管理条件。

水资源优化配置、优化调度、优化利用的结果，不仅提高灌区工程的社会效益，而且提高水管单位的内部经济效益。

可见，灌区信息化系统的应用，对区内社会环境的正面影响是很可观的。

（5）灌区信息化系统的建立应用，为促进管理人员和管理水平的全面提高创造了条件。

由于信息系统是人类的现代科学技术，包括通信技术、传感技术、网络技术、控制技术、软件技术等多学科技术。

信息技术在灌区水管理工作中的应用，是信息技术与水管理技术有机结合的体现。

如果没有相应业务技术素质的管理人员，就难以适应现代灌区管理的要求，这就为灌区水管理人员钻研业务技术增加了压力。

随着灌区改革的深入，竞争机制的引进，新技术的应用，水管理人员的素质将会得到全面的提高。

在管理人员素质提高的情况下，灌区管理水平也会相应地提高。

不难理解，在灌区管理水平提高以后，对灌区社会环境、自然环境、生态环境都将产生有利的影响。

从上面的分析可知，XXXX灌区信息化系统的建成应用，对区内环境的影响是有利无弊。

这是因为建设灌区信息化系统的目的，是应用现代科学技术，有针对性地提高灌区管理手段，这本来就是一项对区内环境产生正面影响的活动。

同时，在灌区信息化系统的建设过程中，无须对区内地表植被等自然环境和生态环境造成破坏。

所以说，灌区信息化系统的建立应用，对区内环境影响是有利无弊，将给灌区的自然环境、生态环境和社会环境带来理想的正面影响。

2建设内容

2.1信息化建设原则

进行灌区信息化建设，应遵循以下建设原则，为保障灌区信息化建设思路和目标提供依据和指导。

1、科学规划原则：

从信息采集点的布设到技术方案的比选，均要全面规划、认真比选。

2、先进性经济性的原则：

方案要具有一定先进性，但要经济实用，并且性价比好、运行维护费用低。

3、高效可靠的原则：

由于灌区自动化设备使用环境一般都在野外，环境温度高，风吹雨淋环境恶劣，所以要求设备要运行可靠。

4、“拿来主义”的原则：

借鉴采用已经鉴定的比较成熟系统软件，比如夹马口的水费计收系统与水务公开查询系统，“灌区实时灌溉预报及灌溉水动态管理”系统以及水利部开发的灌区数据库系统。

在此基础上进行完善发展，避免低水平重复开发，另外办公自动化及网络系统要充分利用成熟的软件系统。

5、安全性原则：

野外设备要考虑其设备安全。

6、全面规划分步实施的原则。

灌区信息化是一个动态过程，要按照总体建设思路，根据年度投资计划，结合灌区实际，分步实施。

2.2信息化总体结构

XXXX灌区信息化建设总体结构分为信息采集、信息传输、信息管理、信息应用四大部分，总体结构如下图：

2.3数据信息流程

灌区信息化系统包括水情信息、水费信息、调度信息、视频语音信息和其它与灌区业务相关的信息，这些信息是各级管理部门进行决策所必需的基本信息。

信息源的分布包括灌区调度中心、分中心、配水点等业务相关单位。

这些信息的收集、传输和处理应用是灌区信息化系统要解决的主要技术问题，根据信息源及其特性对信息进行分类并分析各自的流程，对系统设计有着重要的指导意义。

信息流程框图如下图所示：

2.4建设内容

根据需求分析，我们确定出本次信息化系统的主要建设内容为下面的五大部分：

根据需求分析，我们确定出本次信息化系统的主要建设内容为下面的几大部分：

1.水情监测系统

2.节制闸视频监控系统

3.调度分中心及中心建设：

4.应用软件系统：

2.4.1水情监测系统

建设完成渠首，崔许管理所，王保管理站，牛角店管理站共计6处水情观测系统，数据通过数据线传至各管理所水情测报终端机，通过公网将数据上传至管理局中心。

2.4.2视频监视系统

建设完成牛角店管理站，王保管理站，崔许管理站，谭策屯管理站四处渠道视频监控点及管理局，宫家管理所，牛角店管理所，王保管理所，崔许管理所，谭策屯管理所六处所站安防视频监控系统。

2.4.3网络及通讯系统

灌区通信网络负责对灌区所有业务相关信息的传送与接收，是信息化建设的基础。

灌区通信网络要承载的内容包括：

水情信息、水费信息、视频信息、调度信息、日常办公信息等所有灌区业务相关的信息。

1、建设内容

XXXX灌区主要建设谭策屯节制闸、崔许节制闸、宫家节制闸、牛角店节制闸到各闸房管理站光纤通讯网络。

宫家节制闸至牛角店节制闸无线微波网络，各信息点及通讯方式如下表：

名称

桩号

测控内容

通讯方式

一、中心及分中心

（1）灌区管理局信息中心

视频监控即水情

公网接入

（2）渠首水情测点

水位数据

CDMA至管理局

（3）谭策屯管理分中心

视频监控即水情

公网接入

（4）崔许管理分中心

视频监控即水情

公网接入

（5）王保管理所

视频监控即水情

公网接入

（6）宫家管理分中心

视频监控即水情

公网接入

（7）牛角店管理分中心

视频监控即水情

公网接入

2、网络拓扑图如下：

2.4.4信息中心建设

1、建设内容

本次建设完成XXXX灌区管理局信息中心

调度信息中心设在XXX临邑县XXXX引黄灌区管理局：

是灌区灌溉运行管理中心，设立一个液晶显示屏，主要对所辖分站进行全面管理，要求达到以下几个目的：

①根据各管理站需水量及总需水量进行全面调度及水量分配。

②根据各水位点水位，各节制闸前存水量需水量情况进行发布水闸启闭指令。

③对每一条支、斗渠开停进行监测。

④对各分站的各项指标进行汇总分析，包括分配水量、实配水量、利用率、灌溉面积、逐日配水情况进行汇总、打印、分析，给领导决策提供依据。

2.4.5应用软件系统

应用软件包括灌溉采集监测监控系统、灌溉经营管理系统、灌溉调度决策系统三大部分。

各部分均建立在灌区综合数据库的基础上，达到信息共享、协同处理。

总体逻辑关系如下图：

灌溉采集监测监控系统：

包括水情监测、闸门监控等子系统。

可实现对灌区渠道水位、流量等的实时监测，及对闸门的监测；为灌溉调度提供及时的现场数据与快速的执行手段。

灌溉经营管理系统：

暂不建设

灌溉调度决策系统：

包括灌溉管理决策系统和办公网络两部分；灌溉管理决策系统在实时灌溉预报及动态配水计划的基础上，采用计算机进行大量信息的快速处理和辅助决策完成灌区的供水、配水和灌溉决策。

2.4.5.1灌区综合数据库系统

灌区综合数据库是灌区信息化的基础和重要支撑，数据是应用的基础，为了掌握灌区水雨墒情信息、水费计收信息、工程运行信息等满足灌区水量调度、防汛抗旱的需要，依据“统一规划、统一标准、统一设计、统一管理、数据共享”的原则，参照《全国大型灌区基础数据库建设指南》，开发出适合本灌区应用、功能强大的数据库管理系统，为灌区信息化管理提供可靠的基础。

数据库结构如下：

2.4.5.2灌溉监测监控系统

灌溉监测监控系统包括数据采集平台、水情监测、闸门监测等子系统。

可实现对灌区渠道水位、流量等的实时监测，及对闸门的远程监控；为灌溉调度提供及时的现场数据与快速的执行手段。

2.4.5.3视频监控软件

远程，近地视频监控，

2.4.6基础设施改造

土建工程涉及信息采集部分的测站和测点的配套设施、网络通信的配套设施、视频监控的配套设施和泵站监控的配套设施等。

涉及水情监测系统的主要为现场安装设备的量水支架、线杆以及线缆铺设。

网络通信系统主要为光纤的线杆采购运输、埋设、线缆布设等；微波工程主要为天线塔杆、安装支架及线缆埋设等。

3技术方案

3.1信息化总体结构

XXXX灌区信息化建设总体结构分为信息采集、信息传输、信息管理、信息应用四大部分，总体结构如下图：

3.1.1数据信息流程

灌区信息化系统包括水情信息、水费信息、调度信息、视频语音信息和其它与灌区业务相关的信息，这些信息是各级管理部门进行决策所必需的基本信息。

信息源的分布包括灌区调度中心、分中心、配水点等业务相关单位。

这些信息的收集、传输和处理应用是灌区信息化系统要解决的主要技术问题，根据信息源及其特性对信息进行分类并分析各自的流程，对系统设计有着重要的指导意义。

信息流程框图如下图所示：

3.2水情监控系统

本次主要建设灌区管辖的4个重要水闸的运行情况监测。

内容如下表：

序号

安装点

水位测点

通讯方式

1

渠首

1个水位计

CDMA无线传输

2

崔许管理站

2个水位计

公网接入

3

王保管理站

2个水位计

公网接入

4

宫家管理站

（将原有2处水位采集点接入系统）

公网接入

5

牛角店管理站

1个水位计

公网接入

6

合计

6处水位监控

3.2.1系统体系结构

3.2.2水情信息采集系统

3.2.2.1技术实现方式

根据灌区的现场情况，渠道中泥沙含量很大，所以我们选用超声波式明渠智能水位流量计。

3.2.2.2流量原理

超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。

利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求。

超声波水位-流量计直接测量的物理量是液位。

用于明渠测流量时，在明渠上安装量水堰槽。

量水堰槽把明渠内流量的大小转成液位的高低。

仪表测量量水堰槽内的水位，再按相应量水堰槽的计算公式或水位-流量关系反算出流量。

普通明渠内流量与水位之间的对应关系，受渠道的坡降比和表面糙度影响。

在渠道内安装量水堰槽，产生节流作用，使明渠内的流量与水位有固定的对应关系。

这种对应关系主要取决于量水堰槽的构造尺寸，渠道的影响减至最小。

本仪器可适用的量水设施有：

巴歇尔槽、无喉道量水槽、梯形量水堰、三角量水堰，矩形渠道量水堰等，如果没有量水设施可通过水位-流量关系计算。

超声波感器固定安装在被测量液面上方。

探头向水面发射脉冲超声波。

声波通过空气到达液面，声波被液面反射成为反射波，探头接收反射波称为回波。

探头下边的校正棒也产生反射被探头接收称为校正波。

仪表根据发射波与回波、发射波与校正波之间的时差，求出探头到液面的距离E。

在与探头到水位零液位的距离L减E，即求出液位高度H。

如下图所示。

仪器的的探头安装在量水堰槽水位观测点位置上，测量流经量水堰槽的水位。

在仪器安装时，把相应量水堰槽的水位流量关系以数表形式经由按键（或通过上位机软件）输入主控制器。

仪器的主控制器由测出的水位，用查表法求出对应的流量值。

数表中两相邻数值之间的数，用线性插值法求出。

如下图：

3.2.2.3有电测站结构

有市电供应的测站将探头安装在水泥板上，主机安装在管理房内，如下图：

3.2.2.3.1交流供电设计

有市电供应的测站采用智能电源管理器加蓄电池进行供电。

在有电的情况下，智能电源管理器自动使用市电供电，并对蓄电池进行充电；停电时自动切换到电池供电，不影响设备工作。

3.2.2.4关键技术说明

在许多非满水、大流量（或小流量）、自然流动的自由水面状态下测量流体的测量，谓之明渠流量检测。

由于流体往往会有一定的腐蚀性或夹带—些杂质，使用一般的管道流量计检测流量是很困难的。

在工业企业排水、医院废水、农业灌溉用水、城市地下水道排水等领域中，明渠流量检测尤其是超声波非接触式明渠流量计是首选的流量检测仪器。

在明渠流量检测中，需要在明渠内修造一个装置，使流体遵循某种流动原理，形成均匀稳定的亚临界流。

这种装置可以是堰（如溥壁堰、矩形堰、全宽堰、梯形堰、三角堰等）、槽（巴歇尔槽、文丘里槽、P—B槽等）或采用流速面积法、均速公式法、曲线法、潜水电磁法等方法的设施。

但投资较省，施工简单，效果较好，应用较广的还是堰和槽。

堰式流量计虽然结构简单，但会产生流动阻力，抬高上游水位，并在上游侧的固态物易于沉淀，造成很大误差。

于是，1922年美国的R．L·parshall对最初的文丘里槽进行了深入研究和很大的改进，研究出了巴歇尔槽，这种水槽比堰的结构尺寸要求精确，造价比堰高，但流动损失只有堰的四分之一，在各领域得到了广泛应用并形成了标准化，水槽材料也从金属，合成材料变为更廉价的混凝土。

超声波明渠流量计与相应的槽堰配用，利用超声波在空气中的传播规律来测量液位高度，并通过运算系统，自动计算出瞬时流量和累计流量并存储。

本仪器采用国际先进