水库无线遥测遥视系统理论与实践探析

孙加龙，陈军强

（珠江水利委员会珠江水利科学研究院，510611，广州）

根据全国洪涝灾害的特点和防汛现状，吸取数十年来的经验教训，研究有关方面的要求，认识到要提高防汛抗灾能力和减少灾害损失，迫切需要引进信息、计算机、通信、遥测等现代化技术到三防工作中来，由于水库数量多 （全国有8万多座水库和大量重要山塘）而分散，信息采集困难且投资巨大。水库的安全问题一直是防汛管理人员、水行政主管部门乃至地方党政领导所关心的重要问题。近几年，水库垮坝事件时有发生，一般都是事件发生后管理部门才知道，根本无法预知预警，造成了很大的被动。

一、研发的提出

水利部水利信息中心、长江委长江勘测规划设计研究院及长江委网络与信息中心于2008年11月向水利系统发放的《全国重点中小水库防汛通信预警系统建设项目建议书指导文件》中明确提出水库中采用无线接入通信方式的优点，这种本地交换机与用户终端设备之间组成的无线网络系统，有大区制、小区制和微区制等多种形式，该方式是解决水库和山区等偏远用户通信的一种有效手段。广东省惠州市人民政府于2008年11月30日在市政府常务会议讨论通过《惠州市水库管理办法》，2009年2月广东省韶关市出台了 《韶关市水库管理工作意见》和《韶关市水库管理模式试点实施意见》，广东省其他地市相继出台了对于水库的管理办法，在相关文件中进一步明确了水库管理的无线遥测遥视策略。以此为背景，我们研发了实用、可靠和低成本的水库无线遥测遥视系统，以此为防汛、抗旱及水资源管理部门提供及时完整的相关信息，同时提供预警预报和通知撤离等实时指挥实用手段，大幅度提高应急管理水平。

二、技术路线

该系统的主要功能是将水库或水电站的水位、降雨量、实时现场图像、水温、气压（乃至大坝安全信息，开发中）等信息加密后实时或定时动态地传输到管理部门的服务器，经解密校验后自动存入后台数据库，并由水库管理信息系统对数据进行管理、查询、统计分析及应急处理决策支持。系统具有自动报警机制。

1.信息传输原理

如图1所示，主控机将水库水位、雨情、现场图像、水温、气压及工情等各类信息采集后，通过无线数据传输系统和Internet将这些信息传输到服务器，由多线程接收程序接收处理后存入数据库，并由水库管理信息系统对这些信息进行管理、查询和预警。

图1 信息传输原理示意图

2.系统组成

本系统由信息采集与传输子系统、多线程接收子系统和信息管理及预警子系统三大部分组成。如图2所示，信息采集与传输子系统由压力式水位计及其安装配套设备、翻斗式雨量计、摄像头、温度计、气压计、无线传输模块、电源电路及智能主控机构成。

图2 信息采集与传输子系统的组成

水库信息管理及预警子系统对众多水库的各类数据进行管理、查询和统计分析，并实现实时预警。

（1）基本信息与实时信息

本系统用户可以在自己的桌面电脑上通过IE浏览器查看本地区所有水库的运行情况，也可以查看单个水库的各类实时信息以及历史资料。界面示意图如图3所示。

图3 水库基本信息及实时信息界面示意图

（2）预警功能

此外系统还具有自动报警机制，水库一旦出现问题 （如库水位超过防汛限制水位或低于死水位、大坝安全隐患等）系统将自动报警，并会将报警信息发送到相关人员的手机上。不同的安全级别,系统会将预警信息发送至不同的人员手机上。在特别情况下，系统还能将危险级别高的预警信息及时发送至水库下游的自然村，以便及时组织疏散，从而保障了群众的生命与财产安全。

（3）统计分析

系统的统计分析功能更是能满足各类应用的需求。如水库总蓄水量统计，只要点一下鼠标，就可以知道所有水库中还蓄有多少水量，以提供抗旱决策依据。系统还可以分析各类特征值（如最大1小时、最大日降雨量等等）。

（4）地理定位

系统还提供精确的地理位置定位功能，界面如图4。由于水库数量多、分布广，管理人员很难记住某座水库的位置，一旦发生险情很可能会延误防汛指挥的最佳时间。为此，系统具有强大的地理信息处理和搜索功能，能精确地定位发生险情的水库位置。

图4 地理定位界面示意图

（5）图像监视

本系统具有图像监视功能，如图5，无论是白天还是黑夜，系统都能将水库大坝的现场图像实时地传送到相关人员的计算机或手机上。管理人员可以直观地判断水库的运行情况。

图5 图像监视功能界面示意图

（6）手机查询

只要在手机上打开本系统，界面如图6，就可以看到按水库危险度排序的各类信息，也即排在第一位的水库是目前本地区最危险的水库，要分外关注，排在第二位的水库危险度次之，依次类推。手机版和PC版同样除了可以查询水位雨量外，还能查询实时图像信息。

图6 手机版水库无线遥测遥视系统界面示意图

三、系统鉴定

2009年11月18日,水利部国际合作与科技司在北京主持召开了成果鉴定会。鉴定会专家一致认为该研究成果基于实用、低成本、一体化集成的设计理念，将图像这种最直观的信息集成到传统的水位、雨量信息采集设备中，形成水位、雨量、图像、水温、气温、气压等综合信息采集、传输一体化的采集设备，并设计了后台基于地理信息系统和数据库的信息管理平台，从而形成一整套软、硬件紧密结合的水库无线遥测遥视系统。该研究成果解决了水库量多、分散、信息采集困难的难题，实现了水库的水位、雨量及实时现场图像的无线遥测遥视，使防汛等部门可以及时掌握水库运行信息，对汛情作出准确的判断和预测，制定科学有效的应对措施，确保水库工程安全。该项研究针对性强，设计理念先进，创新性突出，填补了国内空白，具有很强的实用性和推广应用价值。

四、系统应用

广东省水利厅2009年全省水利信息化工作会议提出“全省纳入中央专项的77座中型水库、包括1 280座小（1）型水库，要全部把实时监控系统建设起来。由保障中心制定技术标准，技术中心负责初步设计把关，凡是不建实时监控系统的就不批技术审查”。《广东省水利信息化“四统一”纲要》通知中明确广东省水利信息化“四统一”工程中基础设施具体建设任务之一为水利信息采集，即采集全省1400多座小 （1）型水库雨水工情信息，建成大、中、小（1）型水库的水雨工情采集网。配备一批便携式移动信息采集设备，实时采集现场的险情、旱情、灾情，汇集到省水利数据中心。

目前该系统已经在广东、湖南、安徽、江西、广西等省（自治区）得到推广应用，已安装千余套，产品深受广大用户的认可，各地水利部门普遍反映良好，有很强的实用性。

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