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        一、項(xiàng)目背景

  中小水庫在城鄉(xiāng)防洪、農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)供水等方面意義重大，對促進(jìn)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展發(fā)揮著巨大的作用，地位及其重要。但是中小水庫的安全一直是我國防汛抗旱的難點(diǎn)和重點(diǎn)，而當(dāng)前大部分中小水庫都缺乏必要的安全監(jiān)測信息化系統(tǒng)。本方案可對水雨情、工程安全監(jiān)測、閘門監(jiān)測等方面進(jìn)行全方位自動(dòng)化實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測，為水庫的安全管理與運(yùn)行調(diào)度提供準(zhǔn)確信息、發(fā)布預(yù)警，為相關(guān)部門和領(lǐng)導(dǎo)科學(xué)決策提供依據(jù)，提高水庫工程管理的效率和質(zhì)量。

        二、中小水庫安全監(jiān)測信息化存在的問題

        1、建設(shè)資金缺

  （1）由于基層地區(qū)經(jīng)濟(jì)、政策等原因，很多中小型水庫尚未納入當(dāng)?shù)刎?cái)政管理范圍，僅依靠征收水費(fèi)一項(xiàng)收入難以維持經(jīng)營管理現(xiàn)狀；

  （2）中小水庫服務(wù)的主要對象為防洪、城鎮(zhèn)供水，農(nóng)業(yè)灌溉等相對弱勢的產(chǎn)業(yè)，一般民間資金因回報(bào)率低而不愿投入資金；

  （3）安全監(jiān)測自動(dòng)化系統(tǒng)建成后，無法落實(shí)運(yùn)維資金，因此難以實(shí)現(xiàn)信息化系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行。

  由于信息化建設(shè)資金不到位，大多基層中小水庫難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、信息化監(jiān)測管理，導(dǎo)致不能及時(shí)掌握水庫的運(yùn)行狀況，對水庫的安全運(yùn)行埋下了很大的安全隱患。

  2、運(yùn)行維護(hù)力量薄弱

  （1）由于中小型水庫工作環(huán)境差、工作單調(diào)，以及受基層政策、資金、待遇等多方面因素影響，專業(yè)人才不愿意到水庫、管理站等基層單位工作，導(dǎo)致信息化系統(tǒng)運(yùn)維人員緊缺；

  （2）建成時(shí)間長的中小水庫管理人員因年齡老化，專業(yè)技能水平不高，有的甚至沒有受過專業(yè)教育，更沒有參加過相關(guān)培訓(xùn)，不能快速接受、理解和使用信息化系統(tǒng)，導(dǎo)致信息化系統(tǒng)建成后無人接手進(jìn)行運(yùn)維；

  （3）由于某些信息化系統(tǒng)集成商在系統(tǒng)建設(shè)期管理不規(guī)范，致使系統(tǒng)后期運(yùn)行維護(hù)缺乏資料支撐，導(dǎo)致了信息化系統(tǒng)對廠家技術(shù)人員依賴性較大，隨著系統(tǒng)建成后集成商的技術(shù)人員的離開，維護(hù)工作難以為繼。

  3、原設(shè)備性能較差

  （1）一是可靠性差，水庫等基層管理單位一般都地處野外，基礎(chǔ)設(shè)施薄弱，不少地方?jīng)]有穩(wěn)定可靠的供電和有效的接地設(shè)施，甚至連站房也無法提供，經(jīng)常出現(xiàn)設(shè)備因工況惡劣導(dǎo)致?lián)p壞的情況；

  （2）二是兼容性差，水情測報(bào)、安全監(jiān)測、閘閥監(jiān)控等均需要建設(shè)各自的采集單元，沒有做到在一個(gè)采集單元上實(shí)現(xiàn)所有相關(guān)量值的采集，導(dǎo)致硬件采購?fù)度氤杀具^高，系統(tǒng)維護(hù)復(fù)雜；

  （3）三是穩(wěn)定性差，在極端天氣情況下，數(shù)據(jù)采集不準(zhǔn)確，出現(xiàn)采集值波動(dòng)等現(xiàn)象。

  4、原信息化系統(tǒng)資源接口不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)共享困難

  中小水庫的信息化系統(tǒng)一般由不同的集成商分別實(shí)施，各系統(tǒng)的建設(shè)目的、建設(shè)重點(diǎn)、技術(shù)方案不盡相同，這導(dǎo)致了在進(jìn)行水庫群信息資源整合的過程中信息資源接口不統(tǒng)一，數(shù)據(jù)傳輸、共享困難，不能科學(xué)高效地為流域、省、市、縣等水利工程的調(diào)度運(yùn)營管理機(jī)構(gòu)提供綜合信息服務(wù)。

        三、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

  大壩衛(wèi)士（北京）網(wǎng)絡(luò)技術(shù)股份有限公司同南瑞聯(lián)合研發(fā)的中小水庫大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如下圖所示：

中小水庫大壩綜合監(jiān)控監(jiān)測

       四、中小水庫硬件系統(tǒng)集成

       考慮到中小水庫的監(jiān)測需要施工簡單、易于推廣、可靠、性價(jià)比高的特點(diǎn)，同時(shí)充分利用廠家現(xiàn)有產(chǎn)品，計(jì)劃將水情，閘門、安全監(jiān)測等傳感器產(chǎn)品統(tǒng)一通過一體化測控平臺進(jìn)行管理及數(shù)據(jù)采集，并通過TD-LTE（4G）/GPRS通信模塊與水庫群管理中心通訊。具體如下圖所示：

水庫大壩一體化測控及數(shù)據(jù)采集管理平臺

  鑒于中小水庫對于閘門監(jiān)控的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性要求高，且一般閘室有永久的水工建筑，本方案中，現(xiàn)地測控設(shè)備以閘門監(jiān)控為主的一體化測控裝置（IAC2001）為核心，進(jìn)行閘門開度、狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測，并對附近的水雨情、安全監(jiān)測滲壓滲流監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯聚整編，最終通過通信終端一起上傳至水庫群管理中心。

  1、閘門監(jiān)控

  監(jiān)測閘門開度，在需要控制的情況下和控制相關(guān)的電氣量，并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

  （1）采用IAC2001一體化測控平臺，TD-LTE（4G）/GPRS通信

帶控制：按照數(shù)據(jù)采集項(xiàng)接入相關(guān)量，設(shè)置模塊控制邏輯，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

不帶控制：選用通過4-20mA開度信號接入信號的編碼器，接入模塊，如已有編碼器采用SSI信號，配置IAC2071模塊接入。

  （2）供電與機(jī)箱

有機(jī)電裝置有閘房市電的情況下，接入市電，無閘房市電情況下，采用太陽能蓄電池供電，機(jī)箱可在遙測站機(jī)箱基礎(chǔ)上，考慮太陽能供電集成。

  （3）Zigbee/Lora 自組網(wǎng)無線通信接口，提供無線網(wǎng)關(guān)采集功能

在現(xiàn)有的IAC2001模塊基礎(chǔ)上擴(kuò)展Zigbee/Lora接口，接入安全監(jiān)測采集裝置的數(shù)據(jù)，并上送水庫群管理中心。

  2、水情監(jiān)測

  監(jiān)測量：水位

  儀器選型：浮子式水位計(jì)、雷達(dá)水位計(jì)（根據(jù)現(xiàn)場條件選擇）

  測控模塊：若水位計(jì)安裝位置與閘室距離較近，考慮通過RS485總線進(jìn)行有線數(shù)據(jù)傳輸；若距離較遠(yuǎn)或布線不變，考慮采用ZIGBEE/LORA無線模塊進(jìn)行自組網(wǎng)通信。數(shù)據(jù)通過一體化測控平臺傳輸至水庫群管理中心。

供電與機(jī)箱：若分部式，建議采用太陽能蓄電池供電。

  3、工程安全監(jiān)測

  （1）監(jiān)測量：滲壓

  儀器選型：弦式滲壓計(jì)

  集控模塊：NWA3411，考慮將采集的數(shù)據(jù)通過Zigbee/Lora無線模塊傳送至IAC2001一體化測控平臺，并通過IAC2001一體化測控平臺將數(shù)據(jù)發(fā)送至水庫群管理中心。

供電與機(jī)箱：目前采用干電池供電，可根據(jù)現(xiàn)場情況選配太陽能電池及鋰電池，并對建設(shè)方案進(jìn)行調(diào)整。

  （2）監(jiān)測量：滲流

  儀器選型：NVWG-600弦式滲流計(jì)

  集控模塊：NWA3411，考慮將采集的數(shù)據(jù)通過Zigbee/Lora無線模塊傳送至IAC2001一體化測控平臺，并通過IAC2001一體化測控平臺將數(shù)據(jù)發(fā)送至水庫群管理中心。

        供電與機(jī)箱：目前采用干電池供電，可根據(jù)現(xiàn)場情況選配太陽能電池及鋰電池，并對建設(shè)方案進(jìn)行調(diào)整。

        五、中小水庫軟件系統(tǒng)集成

  1、基本功能

  （1）采集、傳輸功能

  水位、雨量、滲壓水位、滲流水位（流量）以及閘門開度（狀態(tài)）自動(dòng)采集：按相關(guān)規(guī)范要求，采集相關(guān)數(shù)據(jù)，采樣間隔可編程，并具有數(shù)字濾波功能。

  應(yīng)答查詢：可響應(yīng)水庫群管理中心的查詢，并按接收到的指令報(bào)送實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)或批量數(shù)據(jù)。

  自報(bào)：按預(yù)先設(shè)置的定時(shí)間隔，通過TD-LTE（4G） /GPRS信道向水庫群管理中心發(fā)送當(dāng)前的水位、雨量、滲壓、滲流等數(shù)據(jù)，還包括時(shí)間、電壓等參數(shù)。

  事件自報(bào)：在規(guī)定的時(shí)段內(nèi)水位、滲壓、滲流或雨量降變化量超過設(shè)定值（時(shí)段、變化量可編程），且設(shè)定的定時(shí)自報(bào)時(shí)間未到時(shí)，可自動(dòng)向水庫群管理中心報(bào)送數(shù)據(jù)。

  （2）存貯功能

  采集的水位、雨量、滲流、滲壓、開度等數(shù)據(jù)，應(yīng)現(xiàn)場帶時(shí)標(biāo)要求存儲，存儲間隔可編程。

  （3）防護(hù)功能

  一體化測控裝置、水庫群管理中心均需進(jìn)行過電壓保護(hù)，以使設(shè)備在遭受雷擊時(shí)不易損毀。對無人看管的現(xiàn)地測控裝置，應(yīng)具有防破壞和防盜功能。

  （4）數(shù)據(jù)處理功能

  水庫群管理中心應(yīng)具備對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查、糾錯(cuò)、插補(bǔ)、分類處理，加注時(shí)標(biāo)，建立計(jì)算用表和數(shù)據(jù)庫，查詢和檢索數(shù)據(jù)，顯示、打印和繪制水情圖表等數(shù)據(jù)處理功能。

可定時(shí)或人工查詢下屬站點(diǎn)的水位、雨量數(shù)據(jù)及工作狀態(tài)?？山尤刖钟蚓W(wǎng)或廣域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

  具有向系統(tǒng)外有關(guān)部門傳送數(shù)據(jù)信息的功能等。

  有安全、保密的數(shù)據(jù)維護(hù)功能，提供數(shù)據(jù)備份，以確保數(shù)據(jù)安全。

  2、專家診斷功能

  （1）要素越限報(bào)警

  當(dāng)雨量或水位、滲壓、滲流等越過某一規(guī)定數(shù)值之后即進(jìn)行報(bào)警。閘門開度在出現(xiàn)接近、達(dá)到、超過警戒數(shù)值時(shí)，具有自動(dòng)報(bào)警功能。

  （2）供電不足報(bào)警

  設(shè)備供電不足，電壓下降，電源能力低于設(shè)定的限值時(shí)即進(jìn)行報(bào)警。

  （3）設(shè)備事故報(bào)警

  某一設(shè)備出現(xiàn)事故立即自動(dòng)報(bào)警。為及時(shí)引起工作人員注意，除屏幕顯示報(bào)警之外，可采用聲、光等方式報(bào)警。

  （4）中小水庫潛在風(fēng)險(xiǎn)報(bào)警

  對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，根據(jù)專家知識庫，對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對存在潛在風(fēng)險(xiǎn)的問題提出報(bào)警，并分析原因和提出建議性的方案。

  3、擴(kuò)展功能

  水庫群管理中心需具有接收、處理水情電報(bào)和其它外系統(tǒng)的測報(bào)系統(tǒng)傳送數(shù)據(jù)和資料，通過電文翻譯和數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，并納入本測報(bào)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫的功能。

        六、系統(tǒng)特點(diǎn)

 （1）減少了現(xiàn)場測控裝置的種類和數(shù)量，降低了系統(tǒng)的建設(shè)成本，簡化了系統(tǒng)的維護(hù)。

       測控裝置支持閘控、水情、安全監(jiān)測等各種設(shè)備的同時(shí)接入，通過一路總的通訊服務(wù)總線完成采集數(shù)據(jù)的上傳及操作指令的下發(fā)。測控裝置的供電系統(tǒng)同時(shí)解決了各專業(yè)現(xiàn)場傳感設(shè)備的供電問題。實(shí)現(xiàn)了測控、通信、供電等各專業(yè)公用設(shè)備的共享，降低了系統(tǒng)成本，減輕了水利工程建管單位的維護(hù)工作量。

 （2）提高了現(xiàn)場測控系統(tǒng)的可靠性、安全性和穩(wěn)定性。

       測控裝置是針對具有多專業(yè)復(fù)合應(yīng)用需求的水利工程項(xiàng)目開發(fā)的集成裝置。該裝置在開發(fā)過程中充分考慮設(shè)備運(yùn)行環(huán)境中易雷擊、高溫、嚴(yán)寒、潮濕等極端工況以及易盜易破壞等復(fù)雜的社會(huì)環(huán)境。針對上述場景進(jìn)行了充分的防雷、防高溫、防寒、防潮、防破壞測試，確保了系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

 （3）提高了數(shù)據(jù)及接口的標(biāo)準(zhǔn)化，利于信息共享。

       測控裝置將各專業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一匯總處理，并提供與上級監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)上傳及指令下發(fā)服務(wù)。實(shí)現(xiàn)了水庫群或流域管理機(jī)構(gòu)的水情信息共享，便于管理人員進(jìn)行信息查詢及協(xié)調(diào)，為洪水預(yù)報(bào)、發(fā)電調(diào)度等高級應(yīng)用提供了數(shù)據(jù)支撐。

        七、實(shí)施方法建議

         1、籌集建設(shè)和運(yùn)維資金

  （1）針對基層地區(qū)經(jīng)濟(jì)現(xiàn)狀可吸收民間資金投入，采取PPP的模式，建設(shè)安全監(jiān)測自動(dòng)化系統(tǒng)；

  （2）地方政府用購買服務(wù)的方式，分若干年支付建設(shè)投資；

  （3）政府出讓水庫部分使用權(quán)，投資商靠使用經(jīng)營收益回收投資；

  （4）建成后，運(yùn)行維護(hù)交由投資商管理，實(shí)現(xiàn)信息化系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行。

    2、運(yùn)行維護(hù)技術(shù)力量

  （1）由投資商或委托第三方進(jìn)行信息化系統(tǒng)運(yùn)維；

  （2）由第三方通過培訓(xùn)、指導(dǎo)管理單位人員運(yùn)維。

    3、數(shù)據(jù)分析、安全評估

    由業(yè)主委托物聯(lián)網(wǎng)公司實(shí)時(shí)進(jìn)行云計(jì)算、專家診斷，評估大壩安全性，通過APP把評估結(jié)果傳輸給業(yè)主指定人員。