灌区水情雨情图像一体化监测系统研究

屠佳佳，李 莎，葛礼宾，刘 锋，陆乙君，翁 敏

（1.杭州定川信息技术有限公司，浙江 杭州 310020；2.浙江大华技术股份有限公司，浙江 杭州 310000；3.浙江省水利河口研究院，浙江 杭州 310020）

灌区水情雨情图像一体化监测系统研究

屠佳佳1，李 莎2，葛礼宾1，刘 锋3，陆乙君1，翁 敏1

（1.杭州定川信息技术有限公司，浙江 杭州 310020；2.浙江大华技术股份有限公司，浙江 杭州 310000；3.浙江省水利河口研究院，浙江 杭州 310020）

为了提高灌区信息化建设水平，加快建设速度，结合浙江省水利工程标准化管理的要求，提出了一种灌区水情雨情图像一体化监测系统。该系统将水位计、雨量计、摄像机、遥测终端、太阳能电池等设备集成在同一根立杆上，省去了管理房建设的费用与工期。系统安装方便、选址灵活、使用效果良好。

灌区；一体化；监测系统

1 问题的提出

灌区信息化建设目前在我国仍处于初级阶段，信息化系统规划、建设、管理的水平还比较低。随着现代计算机、电子、通讯、网络等高新技术的快速发展，为灌区信息化建设提供有力保障，使完成灌区水情、雨情实时监测、用水管理、工程监视和闸门控制等成为可能。然而由于自身生产力水平低下、经济效益不明显等原因，导致社会资金都不愿投向灌区。建设资金投入不足是灌区信息化建设面临的主要问题之一[1]。为了更好地进行灌区信息化系统建设，提出了灌区水情雨情图像一体化监测系统，在满足灌区管理需求的同时，节省建设费用，缩短建设工期，提高设备安装效率。

2 系统结构

灌区水情雨情图像一体化监测系统主要由一体化装置和软件平台2部分组成。其中一体化装置包括水位计、雨量计、摄像机、遥测终端、太阳能电池、蓄电池等；软件平台由工程概况、日常巡查、实时数据、历史数据、预警信息、站点地图、系统设置等模块组成[2]。

一体化装置利用太阳能电池作为电源，遥测终端采集水位、雨量、闸位、图像等数据后，利用内置无线数据传输模块，通过GPRS/CDMA移动网络传输至监控中心数据库，再通过软件平台读取数据库进行显示，并可形成报表统计、打印。上级主管部门能够通过网页访问软件平台，查询灌区内各站点的日常运行情况，并进行相应的监督管理[3]。系统结构见图1。

图1 系统结构图

3 一体化装置

3.1 总体结构

一体化装置作为灌区水情雨情图像一体化监测系统的重要组成部分，主要包括监控台、设备箱、避雷针、水位计等。监控台焊接在立杆的上方，设备箱焊接在监控台下方的立杆上，避雷针安装于立杆顶部，水位计装置采用可拆卸的抱箍式，在立杆上的安装位置选择灵活。总体结构见图2。

图2 灌区水情雨情图像一体化装置图

监控台集成了雨量计、摄像机、太阳能电池等硬件设备。雨量计采用普通的翻斗式，用螺栓固定于监控台雨量计托板处；摄像机选用串口轻便型，配合专用支架可任意调节拍照角度，支架安装示意见图3。太阳能电池采用嵌套式安装，可以任意旋转角度，底部用螺栓固定，倾角固定为45°，安装示意见图4。监控台上的所有设备均可拆卸，方便维修养护。整个监控台的设计很好地满足灌区实际使用的需求，而且在工艺上实施难度也不大。

图3 串口摄像机支架安装示意图

图4 太阳能电池安装示意图

设备箱焊接在立杆上，采用不锈钢材料制作，防水等级达到IPX - 4。内置遥测终端、太阳能控制器、蓄电池等核心设备，雨量计、摄像机、水位计的电源线、信号线均按要求接入设备箱内的太阳能控制器与遥测终端接口。遥测终端采用自主研发的DC - 201设备，采用低功耗设计，集成有4 - 20mA、RS485、开关量输入输出等主流应用接口，能够采集任意对应接口仪器仪表的数据，并能利用内置无线传输模块，将采集的数据实时传输至监控中心数据库。太阳能控制器选用高速CPU微处理器和高精度A/D模数转换器设计，配置12V/24V直流输出，能够为串口摄像机与水位计供电。考虑蓄电池容量、尺寸根据摄像机、水位计等设备的实际使用功率、现场环境情况、设备箱尺寸等综合因素进行设计。

图5 设备箱内部布置图

3.2 优 势

灌区水情雨情图像一体化装置集成了太阳能电池、水位计、雨量计、摄像机、遥测终端、太阳能控制器、蓄电池等设备，能够利用太阳电池自行发电、独立运行。一方面省去了管理房建设过程，避免选址问题，节约了经济成本与时间成本；另一方面一体化集成的方式使得设备的安装、调试更加容易，同时利用立杆方式增加了设备安装的高度，一定程度上比建设管理房的防盗效果也要更好一些。

4 软件介绍

软件包含WEB平台和手机APP两个部分。WEB平台主要由工程概况、日常巡查、实时数据、历史数据、预警提醒等主要模块构成；手机APP主要由日常巡查、实时数据、历史数据等模块组成。

工程概况模块包含工程简介、管理制度、管理手册等内容，可以通过管理人员进行编辑和上传；日常巡查模块通过日历形式显示人员考勤、巡查内容、巡查图片等信息，该模块的所有内容不支持编辑功能；实时数据模块包含实时水位、实时雨量、实时流量、实时闸位等内容，可以让管理人员清楚地了解灌区运行情况；历史数据模块主要是对人员考勤、日常巡查、水位、雨量、流量、闸位等关键数据的统计，具备导出与打印功能，方便管理人员日常办公。水位、雨量或流量超限时，预警提醒模块会自动发送短信提醒相关管理人员。

手机APP的日常巡查模块包含人员定位考勤、日常巡查信息录入、关键位置拍照上传等功能，并支持考勤和巡查情况的查看。一体化装置安装完成后会进行经纬度的准确记录，利用经纬度结合手机APP进行定位考勤，使用起来不仅方便而且可靠性好。实时数据模块和历史数据模块用于分别显示水位、雨量、流量、闸位的实时值与历史值。

5 结 语

随着浙江省水利工程标准化建设的提出，大中型以上灌区的标准化已经进入实施阶段，试点工程验收后成效明显。本系统提出的一体化装置集成度高，功能完善，出厂前即可完成各项功能调试，现场安装方便、选址灵活，能够大大提高施工效率，缩短建设工期，加快灌区标准化建设步伐，同时该装置也能在其他类型的水利工程信息化建设中投入使用。

考虑到小型灌区的标准化建设将是未来发展的趋势，软件平台与手机APP的设计参考大中型灌区标准化建设的要求，摘取了其中关键的模块。系统结合省内小型灌区管理的实际情况与管理需求，功能完善且经济投入较少，结构简洁明了、功能完善，测试结果稳定，可作为小型灌区标准化建设的解决方案。

[1] 郝敬伟，张宏图，李敏. 灌区信息化建设困境及建议[J]. 河南水利与南水北调，2015(14)：61 - 62.

[2] 姜冲，纪红军，李忱熙，等. 灌区信息化系统设计研究[C]//中国水利学会.2014(第二届)中国水利信息化与数字水利技术论坛论文集. 南京：河海大学出版社，2014：335 - 341.

[3] 屠佳佳，刘锋，沈海标，等. 农村饮用水安全监测系统的研究与应用[J]. 浙江水利科技，2017(1)：77 - 79.

（责任编辑 郎忘忧）

Research on the Monitoring System for Integration of Water Level、Rainfall and Image in Irrigation District

TU Jia - jia1，LI sha2，Ge Li - bin1，LIU feng3，LU Yi - jun1，Weng Min1
(1. Hangzhou Dingchuan Information Technology Co.Ltd.,Hangzhou 310020，Zhejiang，China；2.Zhejiang Dahua Technology Co.Ltd.,Htangzhou 310000，Zhejiang，China；3.Zhejiang Institute of Hydraulics and Estuary，Hangzhou 310020，Zhejiang，China )

In order to improve the level of the informatization construction in irrigation district，and accelerate the construction speed，combining the standardization management of water conservancy projects in our province，put forward a kind of monitoring system for irrigation of water level、rainfall and image in irrigation district. In this system，devices such as water level gauge，rain gauge，cameras，remote terminal，and the solar cell were integrated on the same stud，the cost and period of management room construction was saved. System installation is convenient，site selection is fl exible，use effect is good.

irrigation district；integration；research

TP277

A

1008 - 701X(2017)05 - 0082 - 03

10.13641/j.cnki.33 - 1162/tv.2017.05.023

2017-03-20

浙江省水利河口研究院院长基金项目(ZIHE2016012)。

屠佳佳(1987 - )，男，工程师，硕士，主要从事水利信息化自动化研究与应用。E - mail：497113038@qq.com