水庫輸水管線信息化系統(tǒng)的思考

王雪

摘 要：為了保證輸水管線結(jié)構(gòu)信息化系統(tǒng)有良好的運(yùn)用效果，應(yīng)認(rèn)識到輸水管線結(jié)構(gòu)信息化系統(tǒng)對于水庫發(fā)展的重要性，并能結(jié)合水庫管理工作需要，制定科學(xué)的水庫輸水管線結(jié)構(gòu)信息化系統(tǒng)應(yīng)用方案。本文就水庫當(dāng)中輸水管線結(jié)構(gòu)信息化系統(tǒng)進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：水庫；輸水管線；信息化系統(tǒng)

水庫在提升水資源利用率方面有突出的作用，尤其是現(xiàn)代各地區(qū)水資源越發(fā)匱乏的狀態(tài)下，人們也就對水庫越發(fā)重視。而水庫在發(fā)展中也開始使用各種現(xiàn)代設(shè)備，通過信息設(shè)備的使用來對水庫水流量進(jìn)行時時監(jiān)控，提升水庫的綜合管理能力。

1 項目基本情況概述

為了更加全面的對水庫當(dāng)中輸水管線結(jié)構(gòu)信息化系統(tǒng)發(fā)展情況進(jìn)行闡述，本文引入了某真實水庫項目作為案例。該水庫工程控制下的流域面積為116平方千米，從該水庫工程的主要作用方面來看包括了農(nóng)田灌溉、防洪防澇以及利用水資源勢能發(fā)電等幾方面作用。從案例水庫大壩的組成方面來看，其主要結(jié)構(gòu)包括了排沙洞結(jié)構(gòu)、大壩結(jié)構(gòu)、供水引水口結(jié)構(gòu)以及位于下游的發(fā)電站組。大壩結(jié)構(gòu)是碾壓混凝土類型的重力壩，壩體設(shè)計高度為77米，大壩頂部長度為181米，水庫當(dāng)中泄流建筑物是大壩頂部的無控制類型溢流堰。

該案例大壩在發(fā)展中逐漸使用現(xiàn)代化設(shè)備來對自身進(jìn)行完善、優(yōu)化，并以期通過水庫輸水管線結(jié)構(gòu)信息化系統(tǒng)的實現(xiàn)來達(dá)到對水庫運(yùn)行中管道結(jié)構(gòu)水壓、輸水管道流量、輸水管道環(huán)境以及各種相關(guān)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控，讓整個水庫的運(yùn)行情況能得到全面而詳細(xì)的監(jiān)管，促進(jìn)水庫工程管理質(zhì)量的提升。并且在輸水管線結(jié)構(gòu)信息化系統(tǒng)使用中，還使用了無線通訊技術(shù)以及太陽能技術(shù)，讓水庫工程全景監(jiān)控以及全天無人監(jiān)控有了實現(xiàn)的可能性，而從輸水管線結(jié)構(gòu)信息化系統(tǒng)實現(xiàn)的過程來看，其中包含了較多新型技術(shù)。比如太陽能類型電池板以及蓄電池儲能供電技、無線類型數(shù)據(jù)采集終端設(shè)備，或者是各種便攜樂行無線傳感水情采集設(shè)備。

2 技術(shù)方案分析

水庫當(dāng)中的信息化監(jiān)控系統(tǒng)主要以C/S類型構(gòu)架為基礎(chǔ)，同時輔助以大量的水情傳感器設(shè)備，使用RTU設(shè)備來集中進(jìn)行數(shù)據(jù)打包處理，依托4G網(wǎng)絡(luò)將采集到的情報傳輸?shù)竭h(yuǎn)程監(jiān)控室當(dāng)中，在中央控制設(shè)備高性能處理下，讓監(jiān)控設(shè)備采集到的各種數(shù)據(jù)信息實現(xiàn)可視化，并且發(fā)掘出各種信息數(shù)據(jù)的深層價值。輸水管線結(jié)構(gòu)信息化系統(tǒng)的主要的技術(shù)方案包括了幾個部分，首先是監(jiān)控軟件平臺系統(tǒng)，這部分包括了通信服務(wù)設(shè)備、數(shù)據(jù)庫服務(wù)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)設(shè)備等設(shè)備。其次是終端類型監(jiān)控單元部分，其中包括了GPRS類型的無線通信模塊組件、RTU類型的采集組件。第三是傳感設(shè)備探頭，為了達(dá)到對水庫運(yùn)行情況全面監(jiān)控目的，探頭上通常具有流量傳感設(shè)備、管道壓力傳感設(shè)備以及網(wǎng)絡(luò)視頻采集設(shè)備。第四是信息傳輸基礎(chǔ)，也就是4G網(wǎng)絡(luò)、短信息傳輸系統(tǒng)以及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。第五是電力能源供應(yīng)設(shè)備，主要包括光伏類型太陽能板結(jié)構(gòu)、多路類型控制電源組件、太陽能控制設(shè)備以及閥控類型鉛酸蓄電池組件。另外，輸水管線結(jié)構(gòu)信息化系統(tǒng)也有相配套的防護(hù)設(shè)施，這些設(shè)備通常包括避雷針、防雷設(shè)施、遠(yuǎn)程報警類型防盜門禁、防水類型頂部密封設(shè)備。

在水庫使用了輸水管線結(jié)構(gòu)信息化系統(tǒng)之后，也就能完成對于水庫運(yùn)行階段中的水情時時檢測、水情信息集中儲存、數(shù)據(jù)信息顯示、各種應(yīng)用系統(tǒng)接入、中央控制以及電話管理，通過這些設(shè)備的使用也就能同時滿足水庫當(dāng)中水情信息監(jiān)控以及展示的需要，讓水庫管理工作現(xiàn)代化、信息化、高效化。

3 關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1 管道流量監(jiān)測

采用管道超聲波流量計。供電電壓為DC24V±10%，信號輸出RS485，MODBUS協(xié)議。由數(shù)據(jù)采集終端RTU負(fù)責(zé)控制上電和定期采集數(shù)據(jù)，具體參數(shù)如下：①適應(yīng)管徑：DN50～1000；②測量范圍：流速0.1510.00m/s，流量0～1m3/s；③精度：準(zhǔn)確度等級1.00；基本誤差<1.00%；重復(fù)性誤差<3W。

3.2 設(shè)備選址分析

根據(jù)管線沿線特征設(shè)計視頻監(jiān)控、流量監(jiān)測和壓力監(jiān)測點的選點位置，選址原則如下：①流量與壓力監(jiān)測點：主要考慮高程落差因素及進(jìn)出口、分水口，盡量均勻分布設(shè)置監(jiān)測點?；驹瓌t為高程落差間隔30m，設(shè)置一個監(jiān)測點，總計9處；②視頻監(jiān)控點：在流量和壓力監(jiān)測點設(shè)置視頻監(jiān)測，增加重要部位（公路橋、村交通橋、管道重要拐點）視頻監(jiān)測。

3.3 視頻監(jiān)控

采用兩種方式解決：一種是網(wǎng)絡(luò)固定攝像機(jī)，另一種是4G無線網(wǎng)絡(luò)固定攝像機(jī)。網(wǎng)絡(luò)固定攝像機(jī)，采用海康威視、浙江大華、宇視科技等品牌的網(wǎng)絡(luò)固定攝像機(jī)，輸出RJ45百兆網(wǎng)口，電源DCDC12V±10%/200mA。4G無線網(wǎng)絡(luò)固定攝像機(jī)具有以下特點：①采用用超低照度200萬（1920×1080），2×10-3Lux@F1.20（彩色模式），2×10-4Lux@F1.20（黑白模式）CMOS圖像傳感器，低照度效果好，圖像清晰度高；②最高支持1920×1080@60fps；③支持多種碼流方式和視頻數(shù)據(jù)編碼技術(shù)，擴(kuò)展達(dá)20路的連接；④支持移動端的實時水情獲取，并通過多種提醒方式進(jìn)行突發(fā)事件預(yù)警；⑤采用智能圖像識別技術(shù)，捕獲異常水情信息；⑥聯(lián)動警務(wù)接口，實現(xiàn)針對突發(fā)情況的一鍵式報警；⑦支持多焦距、多亮度、寬動態(tài)和多維降噪設(shè)置。

3.4 管道壓力監(jiān)測

采用插入式管道壓力計，由數(shù)據(jù)采集終端RTU負(fù)責(zé)控制上電和定期采集數(shù)據(jù)。主要技術(shù)參數(shù)如下：①測量形式：過程壓力直接作用于陶瓷膜片上，襯底電極和膜片電極檢測出與壓力成正比的電容變化；②量程：0.00～5.00MPa；③精度：±0.15%FS；④長期穩(wěn)定性：±0.15%FS/a；⑤溫度系數(shù)：±0.10%FS；⑥工作溫度：-40～85℃；⑦相對濕度：0～100%；⑧模擬輸出：兩線制4～20Ma；⑨防護(hù)等級：IP68。

3.5 GPRS4G通信

采用工業(yè)級4G無線全網(wǎng)通模塊，全面兼容3大運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)和7大通信制式的自由選擇；高速的網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)，可以極大優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸效率；采用基于VPN的客戶端/服務(wù)器技術(shù)，便于系統(tǒng)的部署，優(yōu)化設(shè)備的遠(yuǎn)程管理流程。該產(chǎn)品采用高性能的工業(yè)級32位通信處理器和工業(yè)級無線模塊，以嵌入式實時操作系統(tǒng)為軟件支撐平臺，同時提供1個RS232（或RS485/RS422）、4個以太網(wǎng)LAN，1個以太網(wǎng)WAN，可同時連接串口設(shè)備、以太網(wǎng)設(shè)備，實現(xiàn)數(shù)據(jù)透明傳輸和路由功能。為了提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠性，采用了WDT看門狗設(shè)計，保證系統(tǒng)穩(wěn)定；采用完備的防掉線機(jī)制，保證數(shù)據(jù)終端永遠(yuǎn)在線；以太網(wǎng)接口內(nèi)置1.50KV電磁隔離保護(hù)；RS232/RS485/RS422接口內(nèi)置15KVESD保護(hù)；SIM/UIM卡接口內(nèi)置15KVESD保護(hù)；電源接口內(nèi)置反相保護(hù)和過壓保護(hù)；天線接口防雷保護(hù)。

4 結(jié)束語

輸水管線結(jié)構(gòu)信息化系統(tǒng)對于水庫發(fā)展有著關(guān)鍵性的作用，能讓水庫管理人員對水庫水情有更全面、及時的了解，這樣在獲得了大量信息數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)在開展管理工作就能有更好的科學(xué)性、合理性。而且在信息化系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展中還和大數(shù)據(jù)有了充分的聯(lián)系，讓水庫管理工作變得更加高效。

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