温州河道水闸监测监控系统方案.doc

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温州河道水闸检测监控系统

目录

一、方案背景 2

二、系统结构 4

2.1系统概述 4

2.2数据采集监测子系统 6

2.2.1水闸流量监测 6

2.2.2河道水位监测 6

2.2.3闸门开启状态监测 6

2.2.4河道雨量水质监测 7

2.3数据传输系统 8

2.4视频监控防盗报警系统 9

2.5监测中心功能 11

三、系统特点 12

3.1可靠的通讯网络 12

3.2集中器数据采集 12

3.3经济可靠性 13

四、解决方案 13

4.1、水渠，河道流量测量 13

4.2、河道、闸门、水渠水位测量 14

4.3、闸门开启度测量 14

4.5、潮位测量 15

五、设备选型 15

5.1WSN无线传输网络（TDR-05JQW-Y） 15

5.2集中器 16

5.3CDMA无线传输设备（TDR-05JYW） 16

5.4视频监控设备 17

5.5硬盘录像机 19

5.6超声波液位测量仪 19

5.7河道，水渠流量测量仪 21

五、结束语 22

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，2000—2008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5－14mg/L下降至约3－10mg/L，水中溶解氧浓度也由调水前的0.3－2.2mg/L提高到0.7－4.0mg/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2－10mm）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2－3mm。

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