項(xiàng)目案例
物聯(lián)網(wǎng)軟硬件產(chǎn)品設(shè)計(jì)、研發(fā)、銷售及集成公司
項(xiàng)目案例
物聯(lián)網(wǎng)軟硬件產(chǎn)品設(shè)計(jì)、研發(fā)、銷售及集成公司
一、方案概述:
目前，全國有各類水庫9.7萬多座，其中小型水庫9.2萬多座。水庫是我國防洪廣泛采用的工程措施之一。在防洪區(qū)上游河道適當(dāng)位置興建能調(diào)蓄洪水的綜合利用水庫，利用水庫庫容攔蓄洪水，削減進(jìn)入下游河道的洪峰流量，達(dá)到減免洪水的目的。水庫對(duì)洪水的調(diào)節(jié)作用有兩種不同方式，一種起滯洪作用，另一種起蓄洪作用。
水庫大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)是一種用于實(shí)時(shí)監(jiān)測水庫大壩結(jié)構(gòu)、環(huán)境和運(yùn)行狀況的綜合性技術(shù)手段。通過收集、處理和分析各種監(jiān)測數(shù)據(jù)，為決策者提供科學(xué)依據(jù)，以確保水庫大壩的安全運(yùn)行。以下是一個(gè)水庫大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)的解決方案：
1、系統(tǒng)組成：
數(shù)據(jù)采集設(shè)備：包括位移傳感器、應(yīng)力傳感器、滲流傳感器、溫度傳感器等，用于實(shí)時(shí)采集大壩的各項(xiàng)監(jiān)測數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備：包括無線傳輸模塊、光纖通信模塊等，用于將采集到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至數(shù)據(jù)處理中心。
數(shù)據(jù)處理中心：負(fù)責(zé)接收、存儲(chǔ)、處理和分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，生成監(jiān)測報(bào)告和預(yù)警信息。
預(yù)警系統(tǒng)：根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)和預(yù)設(shè)的安全閾值，對(duì)可能發(fā)生的安全隱患進(jìn)行預(yù)警，提醒相關(guān)人員采取相應(yīng)措施。
監(jiān)測設(shè)備選擇：根據(jù)水庫大壩的特點(diǎn)和需求，選擇合適的監(jiān)測設(shè)備。常見的監(jiān)測設(shè)備包括位移傳感器、應(yīng)變計(jì)、壓力傳感器、溫度傳感器等。這些設(shè)備可以實(shí)時(shí)監(jiān)測大壩的位移、應(yīng)力、溫度等參數(shù)，為大壩的安全評(píng)估提供數(shù)據(jù)支持。
數(shù)據(jù)采集與傳輸：監(jiān)測設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)需要通過有線或無線的方式傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心。可以選擇使用光纖、無線網(wǎng)絡(luò)等方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，確保數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。
2、監(jiān)測內(nèi)容：
大壩變形監(jiān)測：通過位移傳感器監(jiān)測大壩的水平位移、垂直位移和傾斜角度，評(píng)估大壩的穩(wěn)定性。
大壩應(yīng)力監(jiān)測：通過應(yīng)力傳感器監(jiān)測大壩的應(yīng)力變化，評(píng)估大壩的受力狀況。
滲流監(jiān)測：通過滲流傳感器監(jiān)測大壩的滲流量和滲流速度，評(píng)估大壩的防滲性能。
溫度監(jiān)測：通過溫度傳感器監(jiān)測大壩的溫度變化，評(píng)估大壩的工作狀態(tài)。
環(huán)境監(jiān)測：包括降雨量、水位、地震等環(huán)境因素的監(jiān)測，評(píng)估外部環(huán)境對(duì)大壩安全的影響。
3、數(shù)據(jù)處理與分析：
將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心后，需要進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗、處理和分析?？梢允褂脤I(yè)的數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，提取出有用的信息，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，判斷大壩的安全性。采用先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理算法，對(duì)采集到的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理和分析。根據(jù)歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)和工程經(jīng)驗(yàn)，建立大壩安全評(píng)價(jià)模型，對(duì)大壩的安全性能進(jìn)行定量評(píng)估。生成監(jiān)測報(bào)告和預(yù)警信息，為決策者提供科學(xué)依據(jù)。
4、預(yù)警與應(yīng)急響應(yīng)：
根據(jù)預(yù)警信息，及時(shí)采取相應(yīng)的應(yīng)急措施，確保大壩的安全運(yùn)行。
定期對(duì)預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)和更新，提高預(yù)警的準(zhǔn)確性和及時(shí)性。
根據(jù)數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，建立大壩安全的預(yù)警系統(tǒng)。當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)超過預(yù)設(shè)的安全閾值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出預(yù)警信號(hào)，提醒相關(guān)人員采取相應(yīng)的措施，防止事故的發(fā)生。
5、系統(tǒng)維護(hù)與管理：
建立完善的系統(tǒng)維護(hù)和管理機(jī)制，確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行定期檢查和維護(hù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決系統(tǒng)故障。
對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行持續(xù)優(yōu)化和升級(jí)，提高系統(tǒng)的技術(shù)水平和應(yīng)用效果。
綜上所述，水庫大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)解決方案需要綜合考慮監(jiān)測設(shè)備的選擇、數(shù)據(jù)采集與傳輸、數(shù)據(jù)處理與分析、預(yù)警系統(tǒng)的建立、定期巡檢與維護(hù)以及培訓(xùn)與技術(shù)支持等方面，以確保大壩的安全運(yùn)行。
二、系統(tǒng)組成
水庫大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)由水庫智能感知、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)信息網(wǎng)絡(luò)通信（RTU）、云端智慧監(jiān)控管理工作平臺(tái)組成。水庫在線監(jiān)測具有自動(dòng)采集、分析和報(bào)告水庫水位、降雨、圖像、滲流等運(yùn)行數(shù)據(jù)的功能，自組織網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)終端具有采集和通信各要素的功能，水庫安全監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的云平臺(tái)具有監(jiān)測數(shù)據(jù)的智能分析和預(yù)警功能，實(shí)現(xiàn)了水庫運(yùn)行狀態(tài)的感知和監(jiān)測、運(yùn)行情況分析、安全管理、巡檢在線管理等綜合運(yùn)行支撐，有效輔助相關(guān)部門制定防汛抗旱調(diào)度方案和應(yīng)急預(yù)案，實(shí)現(xiàn)水庫的信息化管理?？梢园阉畮齑髩伟踩O(jiān)測系統(tǒng)分為四層：感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺(tái)層、應(yīng)用層。
感知層：實(shí)時(shí)感應(yīng)水庫大壩監(jiān)測參數(shù)傳感器的狀態(tài)，如變形監(jiān)測、地表沉降、土體位移、土壤含水率、土壓力、滲壓計(jì)、水位計(jì)、雨量計(jì)、GNSS接收機(jī)、固定式測斜儀、滲壓計(jì)、高速高清攝像機(jī)、孔隙水壓計(jì)、雷達(dá)物位計(jì)、拉線式位移計(jì)、土壓力計(jì)、表面應(yīng)變計(jì)、埋入式應(yīng)力計(jì)等前端感知設(shè)備。
網(wǎng)絡(luò)層：支持?jǐn)?shù)據(jù)通信，可上、下雙向通訊，支持無線蜂窩網(wǎng)絡(luò)、短信、北斗、等通信方式。RTU設(shè)備可通過監(jiān)測預(yù)警平臺(tái)的通訊方式，上行發(fā)送至監(jiān)測控制中心平臺(tái)。
平臺(tái)層：整合各層設(shè)備和系統(tǒng)功能，通過信號(hào)的連接，下發(fā)平臺(tái)對(duì)前端感應(yīng)器的命令，上傳監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集、處理、存儲(chǔ)和分析，實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)前端各大監(jiān)控設(shè)備。
應(yīng)用層：監(jiān)測中心通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接收匯集管理及監(jiān)測預(yù)警平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)各種監(jiān)測數(shù)據(jù)的共享，對(duì)各種監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、分析、預(yù)警和管理。開啟信息發(fā)布途徑，實(shí)時(shí)展示信息數(shù)據(jù)和預(yù)警信息。
三、設(shè)備詳情
HC1000 遙測終端機(jī)集傳統(tǒng)水文遙測終端機(jī)功能GPRS/CDMA/WCDMA/EVDO/LTE/NB-IoT 無線長距離及 LoRa 無線短距離傳輸功能于一體，實(shí)現(xiàn)水文/水資源等數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、顯示、控制、報(bào)警及傳輸?shù)染C合功能。該產(chǎn)品采用高性能的工業(yè)級(jí) 32 位通信處理器和工業(yè)級(jí)無線模塊，以嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)為軟件支撐平臺(tái)，同時(shí)提供翻斗式雨量計(jì)接口、RS232、RS485、模擬量輸入、開關(guān)量輸入和開關(guān)量輸出(繼電器驅(qū)動(dòng))接口，可滿足水文/水資源及其它應(yīng)用的各種需求。該產(chǎn)品可廣泛應(yīng)用于各種水利信息化建設(shè)領(lǐng)域，如水文、水資源、水環(huán)境、水污染、山洪災(zāi)害、水庫安全、大壩安全的遠(yuǎn)程測控領(lǐng)域。實(shí)物如圖一所示。
圖一 圖二
HC1001遙測終端機(jī) 2G/3G/4G/5G/Ethernet/NB-IOT/LoRa 等通信功能于一體，實(shí)現(xiàn)水文/水資源/TCP Modbus 等數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、顯示、控制、報(bào)警及傳輸?shù)染C合功能。采用高性能的工業(yè)級(jí) 32位通信處理器和工業(yè)級(jí)無線模塊，以嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)為軟件支撐平臺(tái)，同時(shí)提供翻斗式雨量計(jì)接口、RS232、RS485、以太網(wǎng)、TF 卡、SDI-12、模擬量輸入、開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出和繼電器接口，可滿足各種不同水文/水資源及其它應(yīng)用需求。同時(shí)配備4.3 寸 TFT 觸摸屏，方便現(xiàn)場調(diào)試和參數(shù)配置。該產(chǎn)品可廣泛適用于智慧城市項(xiàng)目建設(shè)中的城市內(nèi)澇積水，污水水質(zhì)監(jiān)測，城市管道監(jiān)測，雨量站監(jiān)測和壓力點(diǎn)監(jiān)測等；適用于現(xiàn)有水利項(xiàng)目的雨量點(diǎn)監(jiān)測，河道水雨情監(jiān)測，水庫水雨情監(jiān)測，流量站，灌區(qū)，明渠監(jiān)測等；適用于智慧水務(wù)項(xiàng)目的水廠自動(dòng)化監(jiān)測，水質(zhì)在線監(jiān)測，供水管網(wǎng)監(jiān)測，大用水戶監(jiān)測，二次供水監(jiān)測等；適用于地質(zhì)災(zāi)害項(xiàng)目的崩塌、滑坡點(diǎn)監(jiān)測，泥石流監(jiān)測，表面、深部位移監(jiān)測，土壤含水率監(jiān)測，地聲監(jiān)測，孔隙水滲壓自動(dòng)監(jiān)測，雨量、地表水位檢測等。實(shí)物如圖二所示。
HC8007 氣泡水位計(jì)運(yùn)用場景：中小河流水位監(jiān)測量；海洋、地下水水位的測量；發(fā)電廠調(diào)壓井水位、大壩上下游水位的測量；化工、煤礦、污水處理、自來水廠等處的水位及液位的監(jiān)測。實(shí)物如圖三所示。
HC8006SLF雷達(dá)液位計(jì)天線發(fā)射及窄的微波脈沖，這個(gè)脈沖以光速在空間傳播，遇到被測介質(zhì)表面，其部分能量被反射回來，被同一天線接收。發(fā)射脈沖與接收脈沖的時(shí)間間隔與天線到被測介質(zhì)表面的距離成正比。由于電磁波的傳播速度極高，發(fā)射脈沖與接收脈沖的時(shí)間間隔很小（納秒量級(jí)）很難確認(rèn)，HC系列26G雷達(dá)液位計(jì)采用一種特殊的解調(diào)技術(shù)，可以準(zhǔn)確識(shí)別發(fā)射脈沖與接收脈沖的時(shí)間間隔，從而進(jìn)一步計(jì)算出天線到被測介質(zhì)表面的距離。實(shí)物如圖四所示。
雨量傳感器（加熱）是一種水文、氣象儀器，用于測量自然界降雨量，同時(shí)將降雨量轉(zhuǎn)換為以開關(guān)量形式表示的數(shù)字信息量輸出，以滿足信息傳輸、處理、記錄和顯示等的需要。本儀器由承雨器部件、計(jì)量部件和加熱裝置等組成。承雨口采用口徑Φ200mm。計(jì)量組件是一個(gè)翻斗式機(jī)械雙穩(wěn)態(tài)秤重機(jī)構(gòu)，其功能是將以mm計(jì)的降雨深度轉(zhuǎn)換為開關(guān)信號(hào)輸出。加熱裝置，可以在諸如下雪天等寒冷天氣情況下接上220V，啟動(dòng)加熱裝置。實(shí)物如圖五所示。
圖三 圖四 圖五
四、系統(tǒng)價(jià)值
水壩是一種特殊的建筑物，它的安全性與其他建筑物有著本質(zhì)上的區(qū)別，一旦發(fā)生安全事故，就會(huì)對(duì)下游地區(qū)的生命財(cái)產(chǎn)和環(huán)境造成嚴(yán)重的損失。因此形成一套先進(jìn)實(shí)用，高效可靠，高度自動(dòng)化的大壩安全監(jiān)控體系勢在必行。在對(duì)各類信息進(jìn)行采集、整理與分析的基礎(chǔ)上，對(duì)大壩的安全性進(jìn)行評(píng)估，此外還要對(duì)大壩的安全性進(jìn)行檢驗(yàn)計(jì)算參數(shù)的精度、計(jì)算方法的實(shí)用性以及對(duì)施工方法的有效性進(jìn)行反饋，協(xié)助管理者對(duì)災(zāi)情進(jìn)行準(zhǔn)確、快速的預(yù)警預(yù)測，保障人民群眾的生命和財(cái)產(chǎn)安全。
