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太阳能水利雨量水位视频监测系统

文章出处:未知 人气:发表时间:2020-03-05

1.    主要技术要求

1.1.  遥测站主要功能

水雨情监测与视频监控系统对我县小一型水库的水位、雨量、视频及图像进行及时采集,并上报到省级数据接收中心,具体功能要求如下:

(1)自动采集:遥测站根据水库水雨情采集规范,每隔5分钟自动采集传感器数据,按小时报方式传输到数据接收中心;同时将所测数据主机内存储。

(2)自动加报:在汛期或其它特殊情况下,遥测站自动判断或者数据接收中心下发指令,可以进行每隔5分钟的加报;同时将所测数据主机内存储。

(3)数据传输:遥测站通过NB-IOT、4G等无线信道将采集数据发送出去,通信方式使用一主一备工作模式,NB-IOT为主通道,当NB-IOT无法响应启动4G通信;

(4)远程召测:由APP、WEB管理平台、省水利云数据接收中心等发出命令,远程遥测设备接收命令,完成实时的数据采集、历史数据查询等功能,完成规定的测量,测量完毕将数据暂存,并根据命令将测量数据传送至数据接收中心;

(5)能自动采集水库图片,能远程调用水库实时视频;

(6)远程设置:可远程设置 RTU 的监测参数起报标准;

(7)低功耗要求:当长期阴雨天气,太阳能供应不足,当电量不足20%时,各采集装置能依靠剩余的电量,降低采集频率,继续进行自动化巡测,确保遥测站能工作30天以上;等待电量恢复,即可恢复正常采集频率。

(8)系统具有遥测站自检功能,平台和APP可以及时了解遥测站设备的工作的情况及状态,及时发现设备故障与隐患。

(9)设备能在恶劣的天气环境下和无人职守情况下正常运行,数据采集端可靠性 MTBF大于50000小时;保障5年的养护与通信。

1.2.  水雨情数据采集

遥测站采用小时报和查询-应答兼容模式工作,水雨情数据按照有雨即报,5分钟间隔自动累计,按一小时时段统计累计降水,整点时刻进行报送,雨量数据可同时统计累计雨量、当前雨量以及时段雨量,没有降水不产生数据,但是每2个小时也需报送相应数据;当雨量数据超过设定的阈值时,可进行智能加报;

水库水情(水位)变幅≦5cm,每5分钟间隔自动累计,按1小时为间隔整点报送一次;当水位变幅≧5cm,立即上报,并根据雨情及水位变化速率进行智能加报;

1.3.  视频监控要求

图像数据按照1小时间隔整点自动上报,可根据需要对图像数据的上报间隔进行调整,并根据雨情及水位变化速率进行智能加报;最小应支持5分钟间隔的图像自动上报。

视频摄像头的安装位置须视野开阔,摄像头前无遮挡,光线充足,离地面应高于3米,应做好防水、防尘、防盗等措施;拍摄内容:按照《水利视频监视系统技术规范》(SL 515-2013)位置选择要求,有闸门的也应拍摄闸门,没有闸门的宜拍摄溢洪道。

视频摄像头可以由远程进行控制调度视频画面,进行手动方向遥控及控制,具有智能化节能模式,在不需要观看的时候,摄像头能自动关闭,节省电源电量开支。

水雨情以及图像数据在汛期必须随时进行远程召测。

1.4.  数据通讯

水雨情遥测站支持NB-IOT/4G 无线通讯双通道能力,通过扩展可以至少支持LORA、WIFI、卫星等多种通讯能力;确保在没有NB-IOT地区使用不同无线通讯模式。

一般情况下,遥测站使用一主一备双通道模式,主信道采用NB-IOT通讯方式,支持智能切换DRX/PSM功能;当电池电量充足时,使用DRX通信模式,实时响应远程召测和应急状态的查询能力,当电池电量不足20%时,切换至PSM模式,满足低功耗要求,并实现自动上报;在NB-IOT网络出现故障或信号较差时开启4G网络。

当水库周围没有NB-IOT信号时,因为NB-IOT信号覆盖距离远,我们要求当地电信运营商开通,如果完全无法覆盖,我们会使用LORA、WIFI等无线中继的方案开通无线通讯能力。

视频遥测终端只能支持4G与WIFI传输,如果水库没有4G信号覆盖,可通过WIFI中继实现,视频遥测终端在电量充足的情况下始终保持在线,等待视频召测工作,当电量不足时则只进行图片监测上报功能。

1.5.  数据存储

遥测站水雨情、图像数据都具有本地储存功能,内置存储可以存储5年以上水雨情数据,存满后自动覆盖以前数据;  

当数据终端无法通讯时,数据可以保留在本机,当通讯恢复时,数据可以再次发送到数据接收中心,也可以有远程数据接收中心进行查询。

1.6.  自检功能

遥测站能够上传电池接口电压与电流、无线信号强度、环境温湿度等多种设备工况转态;能采集太阳能控制器及电池电压、电流、电量等信息,能远程诊断RTU、太阳能电池、雨量计、水位计、摄像头等设备健康状态;

能使远程设置及升级遥测站程序。

1.7.  可靠性

(1)数据终端内置看门狗,防止终端程序死机,保障终端长期可靠运行;

(2)自带诊断检测,能判断传感器是否发生故障和断线,并向数据接收中心发生预警通知管理者设备故障;

(3)通讯及电源接口自带防雷、过压、超载保护机制,能有效保障设备运行;

(4)数据终端的电路板,经过防潮、防霉、防腐蚀处理,能在水库边比较潮湿的环境下长期故障。

(5)终端设备的平均无故障工作时间(MTBF)不小于50000小时。

(6)电池利用太阳能MPPT技术进行充电,太阳能充电转换率至少80%以上,能有效快速的对电池电量进行补充。

1.8.  兼容性

(1)遥测站数据终端可接入各类监测仪器(传感器),包括脉冲式雨量仪,雷达水位计、气泡水位计、风速风向仪、温湿度传感器等;

(2)遥测站数据终端须符合《水文自动测报系统设备 遥测终端机》(SL180-2015),《水资源监测设备技术条件》(SZY203-2016)的中的规范要求;

(3)遥测站数据传输符合《水资源监测数据传输规约》(SZY206-2016)、《水文监测数据通信规约》(SL651-2014);并且能满足省数据接收中心的传输要求。

2.    站点布设

2.1.  布设分布

 

2.2.  布设原则

根据省厅文件要求,结合我县实际情况,严格按照系统设计依据与原则,建设可靠性高和经济性比优的水雨情监测系统。经过对各类水库的调研,最佳获得水库水雨情的监测,水库水雨情的布设原则如下:

(1)建议所有设备安装在一个竖杆之上;安装杆的材质应选择镀锌管,需要支撑所有设备,具有防潮、防水、安全、防雷、防盗、便于维护的特点。

(2)当安装条件不准许,摄像头(主要监测溢洪道及大坝情况)与水位计安装在一起,无法采集到所需要的信息时,应当将摄像头与水位计及雨量仪分开安装,并配备数据采集的遥测终端及电池。

对于有在水库建立水工房的水库,只需在房顶上安装好雨量计、太阳能板,侧面安装水位计,将其他的设备安装在站房之中,这种方式无需安装竖杆,更利于水库水位的采集。

由于大部分水库均没有建设完善的水工站房,以此单杆安装作为典型水库案例进行安装设计。

安装示意如图:

图1 典型水库监测终端安装示意图

首先在靠近大坝的岸上,选择好一个合适的安装位置,建好竖杆底座,竖立安装杆,安装水位计,雨量计,再安装好智能遥测主机,将摄像头、水位计、雨量计与遥测主机连接,连接后进行联合调试。

2.3.  传感器安装选址

2.3.1.  水位计选址

水位计主要为了测量汛期水库水位的变化,协助防汛期水库蓄水的管理,保障大坝安全,具体要求如下:

(1)水位计监测范围是:可测量的最低水位应低于正常蓄水最高水位,可测量的最高水位应高于防洪最高水位;

(2)安装位置靠近水体,雷达水位计垂直于水面,垂直角度误差不大于2度,兼顾摄像头的拍摄安装位置;

(3)兼有水库中有水工房的水库,应当优先安装在水工房上。

(4)单独安装的水位计,优先安装在水库水尺旁。

2.3.2.  雨量计选址

雨量计必须要和水位计,连接在同一个遥测终端,并且安装位置需要具有以下条件才能安装:

(1)空旷无遮挡,避免雨水受到其他因素干扰而导致雨量测量与实际雨量有偏差。

(2)高度够高,减少树叶、小昆虫之类杂物飞进雨量筒,另一方面也可以减少人为破坏。

(3)靠近大坝,以此点的降雨量数据作为水库的降雨量数据。

2.3.3.  摄像头选址

摄像头为变焦可旋转球机摄像头,主要用于溢洪道的图片拍摄,水库水位监测,大坝安全监测等,所以选址主要考虑以下因素:

(1)能够拍摄道溢洪道口或者闸门,夜间能清晰观察汛期溢水满流情况,;

(2)能够拍摄到大坝迎水面,可以直观看出水库水位情况,能看到水库水尺为最佳;

(3)尽量和水位安装同一个地方,使用同一根立杆;如果摄像头不能和水位计安装在同一个立柱上时,则将摄像头寻找合适位置单独立杆安装。

(4)能够拍摄到水库全景,但不作为硬性要求。

 


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