小水電站

最小下泄生態(tài)流量在線監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)

實

施

方

案

 

 

摘要：

水土是一切生物繁衍生息的根基，人類社會可的持續(xù)發(fā)展與水土保持息息相關，而水土執(zhí)法監(jiān)督更是水土保持工作的關鍵所在。本方案從加強小水電站下泄生態(tài)流量監(jiān)測的重要性出發(fā)，通過先進的自動化監(jiān)測技術輔助水利/環(huán)保部門對各小水電站的下泄生態(tài)流量進行實時在線監(jiān)測和監(jiān)管。

目錄

第一章、小水電站下泄生態(tài)流量監(jiān)測系統(tǒng)概述

      1.1、小水電站下泄生態(tài)流量監(jiān)測系統(tǒng)建設的必要性

第二章、下泄生態(tài)流量監(jiān)測系統(tǒng)整體設計

      2.1、系統(tǒng)設計依據(jù)

      2.2、系統(tǒng)設計標準

      2.3、系統(tǒng)設計原則

      2.4、系統(tǒng)設計目標

      2.5、整體系統(tǒng)設計

第三章、下泄生態(tài)流量監(jiān)測系統(tǒng)詳細設計

      3.1、系統(tǒng)前端設計

             3.1.1、水流量監(jiān)測傳感器

             3.1.2、圖像抓拍/視頻

             3.1.3、網(wǎng)絡通信

             3.1.4、供電系統(tǒng)

      3.2、系統(tǒng)云端服務器設計

      3.3、系統(tǒng)后端平臺軟件設計

第四章、設備選型及詳細參數(shù)

第五章、實際應用案例

  

第一章：小水電站下泄生態(tài)流量監(jiān)測系統(tǒng)概述

1.1、小水電站下泄生態(tài)流量監(jiān)測系統(tǒng)的必要性

近年，我國水利工程快速發(fā)展，很多地區(qū)的小水電站缺乏有效監(jiān)管。不是地區(qū)溪河逐步變成湖庫的情況越來越明顯，一些小水電站因下泄生態(tài)流量不足造成部分河段減水、脫水甚至干涸的情況，從而影響了河流下游的正常生態(tài)和群眾的生產、生活。

為此，建設一套完整的小水電站最小下泄生態(tài)流量在線監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)對推進生態(tài)文明建設、推進各流域水環(huán)境綜合整治，保護流域的生態(tài)環(huán)境意義重大。

 

第二章：監(jiān)測系統(tǒng)整體設計

2.1、設計依據(jù)

《中華人民共和國水法》（2002年修訂）；

《國務院關于印發(fā)水污染防治行動計劃的通知》（國發(fā)［2015］17號）；

《生態(tài)環(huán)境部關于加強長江經濟帶小水電站生態(tài)流量監(jiān)管的通知》（水電[2019]241號）

《水利部辦公廳關于印發(fā)小水電站生態(tài)流量監(jiān)管平臺技術指導意見的通知》（辦水電函〔2019〕1378 號）

《水利部、國家發(fā)展改革委、生態(tài)環(huán)境部、國家能源局關于開展長江經濟帶小水電清理整改工作的意見》（水電〔2018〕312號）

《水利部財政部關于印發(fā)國家水資源監(jiān)控能力建設項目管理辦法的通知》（水資源[2012]412號）；

 

2.2 、設計標準

《水資源實時監(jiān)控系統(tǒng)建設技術導則》SL/Z349-2006；

《水情信息編碼標準》SL330；

《水利系統(tǒng)通信運行規(guī)程》SL306-2004；

《水利系統(tǒng)通信業(yè)務導則》SL292-2004；

《水資源監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約》SZY206-2012;

《水位計通用技術條件》SL/T243-1999；

《水資源監(jiān)控設備基本技術要求》SL426-2008；

《水資源監(jiān)測要素》SZY201-2012；

《水資源監(jiān)測設備技術要求》SZY203-2012；

《水資源監(jiān)控管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約》SL427-2008；

 

2.3 、設計原則

• 先進性：小水電站下泄生態(tài)流量監(jiān)測系統(tǒng)設備均選用國內外主流技術，保證系統(tǒng)的技術壽命及后期投資的可延續(xù)性，具有自主知識產權。

• 實用性：小水電站下泄生態(tài)流量監(jiān)測系統(tǒng)應力求實用可靠，操作盡量簡單直觀，維護方便。

• 通用性：小水電站下泄生態(tài)流量監(jiān)測系統(tǒng)應滿足在更換部分設備時的通用性及可替換性。

• 集中管理：小水電站下泄生態(tài)流量監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)控中心實施對所有前端傳感器設備、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關、數(shù)據(jù)采集設備及物聯(lián)監(jiān)測云平臺進行統(tǒng)一集中管理。

• 可擴展性：小水電站下泄生態(tài)流量監(jiān)測系統(tǒng)從后端軟件平臺、服務器端及物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關都預留部分擴展接口，并提供級聯(lián)接口，保證后期可以接入新的監(jiān)測點。

• 易維護性：小水電站下泄生態(tài)流量監(jiān)測系統(tǒng)可遠程自動查看每個設備的運行狀態(tài)，便于及時發(fā)現(xiàn)故障及時處理。

 

2.3、設計目標

深圳安銳科技在現(xiàn)有物聯(lián)網(wǎng)在線監(jiān)測系統(tǒng)平臺的基礎上，根據(jù)相關部門的要求并結合現(xiàn)場實施案例開發(fā)出一套小水電站下泄生態(tài)流量在線遠程監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)可實現(xiàn)實時監(jiān)測水電站的下泄流量數(shù)據(jù)，通過視頻/抓拍照片監(jiān)控各泄水口的實況，并把下泄流量數(shù)據(jù)和電站名稱、電站編碼、時間等信息疊加到視頻/照片畫面上；然后通過4G網(wǎng)絡遠程傳輸?shù)綐I(yè)主和水利/環(huán)保監(jiān)管平臺。以推動水電站下泄流量工程信息化建設，為水利、環(huán)保部門的監(jiān)管提供證據(jù)，以保障各流域水環(huán)境綜合整治，保護流域的生態(tài)環(huán)境安全。

• 通過流量計對每個泄水口的下泄流量進行實時數(shù)據(jù)采集，以電子地圖的形式顯示每個電站泄水口的流量信息。

• 每隔10分鐘抓拍一張泄水口的現(xiàn)場照片，并疊加流量數(shù)據(jù)、電站名稱、電站編碼、時間信息到照片上作為不可篡改的證據(jù)，并上傳到監(jiān)管平臺。

• 疊加流量數(shù)據(jù)、電站名稱、電站編碼、時間信息的視頻數(shù)據(jù)需本地存儲半年，并可遠程查詢和調用。

• 當監(jiān)測數(shù)據(jù)小于核定數(shù)據(jù)時，通過平臺和短信的形式進行預警。

• 在后端監(jiān)控中心可以查看每個監(jiān)測點的實時流量數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)曲線和現(xiàn)場視頻。

• 可在監(jiān)控中心按照按日、周或季生成水電站生態(tài)流量監(jiān)控報表。

•  

2.4、整體系統(tǒng)結構設計

由上圖所示，小水電站下泄生態(tài)流量監(jiān)測系統(tǒng)整體非常簡單，主要由傳感器、視頻網(wǎng)關、太陽能供電、云服務器和后端平臺軟件幾部分組成。前端視頻網(wǎng)關集成了數(shù)據(jù)采集、字符疊加、抓拍/視頻、4G遠程、邊緣計算等功能。把485型的流量計接入該視頻網(wǎng)關后即可實現(xiàn)遠程在線監(jiān)測。

 

第三章 系統(tǒng)詳細設計

3.1 系統(tǒng)前端設計

                              明渠型前端系統(tǒng)結構                                                                           管道型前端系統(tǒng)結構

 

3.1.1水流量監(jiān)測傳感器

需要根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境選擇明渠非接觸式超聲波流量計、雷達流量計或泄水管道型電磁流量計，然后通過485數(shù)據(jù)線連接到視頻網(wǎng)關。

 

3.1.2圖像抓拍/現(xiàn)場視頻

將視頻網(wǎng)關的鏡頭對著泄水口。視頻網(wǎng)關集成了定時抓拍和現(xiàn)場視頻采集功能，將流量計數(shù)據(jù)疊加到畫面后存儲在視頻網(wǎng)關的本地硬盤中。

 

3.1.3網(wǎng)絡通信

在有寬帶（含WIFI）的環(huán)境：視頻網(wǎng)關采用自適應IP技術，將網(wǎng)線接入視頻網(wǎng)關的RJ45接口即可連接互聯(lián)網(wǎng)。

在沒有寬帶（含WIFI）的環(huán)境：視頻網(wǎng)關集成了全網(wǎng)通4G無線網(wǎng)絡，在網(wǎng)關內插一張上網(wǎng)卡即可實現(xiàn)快速聯(lián)網(wǎng)（需根據(jù)每個測點的4G信號選擇對應的運營商）。在沒有3G/4G信號的環(huán)境，可通過手機/筆記本電腦連接視頻網(wǎng)關的wifi熱點后，直接導出硬盤里面的數(shù)據(jù)。

 

3.1.4供電系統(tǒng)

在有市電的環(huán)境：視頻網(wǎng)關標配一個AC220轉DC12V的電源適配器，通過市電轉成12V直流電后即可供電。

在沒市電的環(huán)境：視頻網(wǎng)關支持DC12V的太陽能供電。

 

3.2 服務器端設計

服務器采用搭建在阿里云上的安銳物聯(lián)云服務器群，可通過不同地區(qū)和服務器的性能自動進行負載均衡匹配。包括數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)存儲、權限分配等子服務器。通過對前端傳感器的數(shù)據(jù)進行整理分析，生成各類相關性分析圖表后實時推送到監(jiān)控中心。

 

3.3后端平臺軟件設計

監(jiān)控中心為深圳安銳科技自主開發(fā)的通用物聯(lián)網(wǎng)在線監(jiān)測云平臺。通過平臺可以對網(wǎng)關和傳感器設備進行管理、查看水流量實時監(jiān)測數(shù)據(jù)、接收流量數(shù)據(jù)下限的預警信息、接收現(xiàn)場抓拍的照片、遠程查看現(xiàn)場視頻、查看監(jiān)測數(shù)據(jù)曲線圖、導出監(jiān)測數(shù)據(jù)報表等功能。并可對通過賬戶管理子系統(tǒng)將測點分配給對應的水電站。

以下為平臺軟件部分截面圖：

             數(shù)據(jù)下限預警界面                                                                                               電子地圖顯示監(jiān)測點界面

 

                                  傳感器數(shù)據(jù)疊加界面                                                                                遠程下載前端數(shù)據(jù)界面

 

 

第四章、設備選型

設備圖片	設備名稱	設備型號	設備參數(shù)	渠道價	備注
	視頻網(wǎng)關	AR-QL**-IOT	1）支持全網(wǎng)通4G 網(wǎng)絡（電信/移動/聯(lián)通）遠程傳輸  2）支持定時抓拍發(fā)送到電腦+手機，節(jié)省流量！  3）支持遠程預覽現(xiàn)場實時監(jiān)控畫面（手機+電腦端）  4）支持遠程調取攝像頭存儲卡內的文件  5）200萬（1920*1080）星光級高清夜視  6）全金屬6mm定焦高清鏡頭  7）本地存儲：支持最大512GTF卡或6T硬盤內置存儲   8）支持接入水量計，并疊加數(shù)據(jù)到視頻畫面上  9）供電：DC12V，功耗平均6W  10）其它：IP66防戶，1.5KG	￥**元	照著流量計出水口處
	電磁流量計	AR-SS-***	1）瞬時量程：0~10m³/s  2）精確度：0.05m³/s   3）口徑：DN6~2600  4) 材質：碳鋼不銹鋼  5）安裝方式：法蘭盤  6）輸出信號：RS485協(xié)議  7）供電方式：DC12V~DC24V（可太陽能供電）  8）功耗：5W~30W（視具體型號）	￥**元	通過RS485數(shù)據(jù)線接入 到物聯(lián)網(wǎng)攝像機
	超聲波流量計	AR-SS-***	1）瞬時量程：0~10m³/s  2）精確度：0.1%  3）探測距離：0~20米可選  4) 材質：ABS  5）安裝方式：吊裝  6）輸出信號：RS485協(xié)議  7）供電方式：DC12V~DC24V（可太陽能供電）   8）功耗：≤2W	￥**元	通過RS485數(shù)據(jù)線接入 到物聯(lián)網(wǎng)攝像機
	太陽能供電	AR-TTN-***	1）240W單晶出口A級太陽能板  2）120AH三元聚合物鋰電池  3）配套智能數(shù)顯控制器  4）配套戶外型不銹鋼材質防水箱  5）配套加厚型太陽能安裝支架  6）配套電線，DC線，合路器，抱箍等配件  給上述設備（以20W計算）供電續(xù)航約3個陰雨天	￥**元	給系統(tǒng)供電
	物聯(lián)網(wǎng)在線監(jiān)測云平臺	安銳物聯(lián)	1）支持遠程顯示現(xiàn)場傳感器采集到的數(shù)據(jù)  2）支持遠程管理網(wǎng)關/傳感器設備  3）支持遠程調用網(wǎng)關內存卡里的數(shù)據(jù)文件  4）支持遠程設置聯(lián)動報警策略  5）支持顯示傳感器數(shù)據(jù)圖表及報表導出  6）可設置多級權限授權給多用戶同時使用	免費	裝在水電站、當?shù)厮趾驼O(jiān)管部門
	其它配件材料		監(jiān)控立桿、PVC管、電源線、避雷針、水泥、混凝土等材料

 

 

第五章、實際應用案例

本系統(tǒng)已在云南、重慶、貴州、湖南、江西等多個地區(qū)廣泛應用。