水文纜道遠程在線控制系統(tǒng)設計及應用

盛鐘銘　陳超

摘要：介紹了一種水文纜道遠程在線控制系統(tǒng)，概述了系統(tǒng)的設計思路以及基本操作流程。以湖北赤壁崇陽水文站為例，簡述了水文纜道遠程在線控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布置在該水文站的實際應用情況。實際測流結(jié)果表明：運用該系統(tǒng)開展水文監(jiān)測可實現(xiàn)一個控制中心同時控制多個纜道測站，并可遠程控制測流及數(shù)據(jù)采集，對保障非工作時間纜道站房的安全起到了一定作用。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對多處水文情況的實時遠程監(jiān)測、遠程采集測流數(shù)據(jù)并同步發(fā)布至網(wǎng)絡，優(yōu)化了測站人力資源配置，有效提高了測流效率，為水文.新儀器新設備的發(fā)展做出了積極探索。

關鍵詞：流量監(jiān)測;水文纜道遠程在線監(jiān)控系統(tǒng);B/S架構(gòu);崇陽水文站;湖北

中圖法分類號：P335 文獻標志碼：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2O20.07.015

目前，河道流量監(jiān)測普遍采用纜道鉛魚和流速儀，鉛魚由循環(huán)索懸吊在纜道之間，通過纜道電動絞車驅(qū)動鉛魚水平、垂直方向移動。通過鉛魚、流速儀監(jiān)測獲取的河流水流信息，僅能傳輸?shù)桨哆吙刂剖疫M行顯示和存儲?，F(xiàn)有水文纜道檢測系統(tǒng)無法實現(xiàn)對流速儀、鉛魚和攝像機的一體化監(jiān)控和控制，導致傳統(tǒng)水文纜道控制系統(tǒng)的運用存在局限性，還使監(jiān)測效率較低"。研發(fā)一種一體化在線控制系統(tǒng)十分必要。

1系統(tǒng)簡介

水文纜道遠程在線控制系統(tǒng)主要基于可編程邏輯控制（PLC）的modbus通訊協(xié)議經(jīng)以太網(wǎng)絡通信，通過控制纜道變頻器和電機的運轉(zhuǎn)，如正反轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)速調(diào)整，最終實現(xiàn)鉛魚的前進、后退、上升、下降和速度的變化。該系統(tǒng)還可開發(fā)視頻監(jiān)控功能，通過視頻監(jiān)控服務器將監(jiān)控畫面及其控制集成于web頁面中，并且通過串口RS-232協(xié)議轉(zhuǎn)換為以太口TCPIP協(xié)議，實現(xiàn)ADCP數(shù)據(jù)的實時遠程一對二網(wǎng)絡傳輸。平臺集成了2種常用品牌的ADCP原始數(shù)據(jù)的解析、展示與發(fā)布。平臺采用Java語言Vue框架和B/S架構(gòu)，使用人員通過訪問平臺web頁面就可實現(xiàn)對各項功能的操控。

該系統(tǒng)可實現(xiàn)對流速檢測和圖像采集的一體式遠程控制，提高了水文纜道的監(jiān)測效率，并擴大了監(jiān)測系統(tǒng)的運用范圍。系統(tǒng)極大提高了測量人員遠程測流的可控性和便捷性，降低了系統(tǒng)后期維護的工作量和相關投入，對于減少測流人員工作量、突破施測地域限制起到了積極作用。

2系統(tǒng)設計方案

2.1設計思路

該系統(tǒng)包括視頻采集單元、流速檢測單元、控制中心及通訊單元。

（1）視頻采集單元。包括在測站安裝多個攝像頭以及與攝像頭連接的NVR硬盤錄像機。

（2）流速檢測單元。包括懸吊在纜道上的鉛魚、安裝在鉛魚上的ADCP流速儀和連接ADCP流速儀的轉(zhuǎn)換接口。

（3）控制中心。包括視頻服務器和云端服務器模塊以及交換機和VPN模塊。VPN模塊與交換機連接，交換機連接視頻服務器和云端服務器模塊，還通過轉(zhuǎn)換接口連接計算機終端;云端服務器模塊采用B/S架構(gòu)，能同時對多個現(xiàn)地PAC控制器進行控制。

（4）通訊單元。連接視頻采集單元和視頻服務器，同時連接流速檢測單元和云端服務器模塊;視頻服務器連接云端服務器模塊。該單元還包括依次連接的交換機、VPN模塊及移動通訊模塊。移動通訊模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送至公共網(wǎng)絡，鉛魚通過電動絞車驅(qū)動，ADCP流速儀所連接的轉(zhuǎn)換接口和NVR硬盤錄像機分別與交換機連接。

測站內(nèi)還設有PAC控制器和與之連接的觸摸屏。PAC控制器同時連接通訊單元的交換機和電動絞車的驅(qū)動電機。

2.2系統(tǒng)操作流程

ADCP流速儀檢測獲取的相關水文數(shù)據(jù)依次通過轉(zhuǎn)換接口、VPN模塊、移動通信模塊上傳至公共網(wǎng)絡?？刂浦行牡挠嬎銠C終端（安裝有ADCP軟件）經(jīng)由VPN模塊和交換機訪問公共網(wǎng)絡，讀取檢測數(shù)據(jù)后，再傳輸至云端服務器模塊存儲，供手機端和其他計算機終端進行訪問。

測站的多個攝像頭通過NVR硬盤錄像機接入VPN模塊，再通過5C傳回控制中心的視頻服務器。控制中心的視頻服務器通過與云端服務器模塊聯(lián)通，使云端服務器模塊能通過控制視頻服務器遠程控制攝像頭。監(jiān)控系統(tǒng)設置界面見圖1。

現(xiàn)場測站內(nèi)安裝有PAC控制器和觸摸屏組成的纜道控制柜。PAC控制器通過RJ45接口連接VPN模塊，并經(jīng)過移動通訊模塊與云端服務器模塊進行通信，以便通過云端服務器模塊控制纜道鉛魚的各項動作。

3系統(tǒng)應用

3.1系統(tǒng)設計結(jié)構(gòu)

以以長江水利委員會水文局長江中游水文水資源勘測，局赤壁分局崇陽水文站為例，將該系統(tǒng)設計方案應用于崇陽水文站的實際水文測量中。圖2為系統(tǒng)設計結(jié)構(gòu)示意。

（1）流速檢測單元。包括懸吊在纜道上的鉛魚，ADCP流速儀（M9）以及與其相連接的轉(zhuǎn)換接口（USR-N510）。

（2）視頻采集單元。包括多個攝像機（DH-IPC-HDBW4631（6）R-AS（S））以及與攝像頭連接的NVR硬盤錄像機（DH-NVR2104HS-HDS3）。

（3）通訊單元。包括依次連接的交換機（華為S5700）、VPN模塊（VPN-1100）及移動通訊模塊（USR-G806）。移動通訊模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送至公共網(wǎng)絡，鉛魚通過電動絞車驅(qū)動，ADCP流速儀所連接的轉(zhuǎn)換接口和NVR硬盤錄像機分別與交換機連接。

通訊單元連接視頻采集單元和視頻服務器，由于流速檢測單元連接云端服務器模塊，視頻服務器還同時連接云端服務器模塊。

（4）控制中心。包括視頻服務器（DH-DSS-C8100/5000）和云端服務器模塊以及交換機和VPN模塊。VPN模塊與交換機連接，交換機連接視頻服務器和云端服務器模塊?？刂浦行牡慕粨Q機上還有轉(zhuǎn)換接口連接計算機終端。

測站內(nèi)還設有PAC控制器（GMO101系列）和與之連接的觸摸屏（NSD-HMI10-V1.0），PAC控制器同時連接通訊單元的交換機和電動絞車的驅(qū)動電機。云端服務器模塊采用B/S架構(gòu)，可同時對多個現(xiàn)地PAC控制器進行控制。

3.2實際操作流程

ADCP流速儀獲取的水文信息依次通過轉(zhuǎn)換接口、VPN模塊、移動通信模塊上傳至公共網(wǎng)絡?？刂浦行牡囊惶子嬎銠C終端（安裝有ADCP軟件）經(jīng)由VPN模塊和交換機訪問公共網(wǎng)絡，讀取檢測數(shù)據(jù)后，再傳輸至云端服務器模塊存儲，供手機端和其他計算機終端進行訪問。

按照2.2節(jié)的系統(tǒng)操作流程，通過與鉛魚連接的絞車及絞車驅(qū)動機構(gòu)（絞車驅(qū)動電機）實現(xiàn)對鉛魚動作的控制，控制界面見圖3。

云端服務器模塊采用B/S架構(gòu)，可集成遠程監(jiān)控系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)、放大、縮小，變焦、對焦等各項功能和纜道鉛魚的前進、后退、上升、下降以及變頻器調(diào)速等動作。同時，云端服務器對多個現(xiàn)地PAC控制器進行控制，能夠存儲和分析接收的數(shù)據(jù)。因此，只需打開網(wǎng)頁就可操控整個纜道以及現(xiàn)場攝像頭的動作，并通過控制中心將經(jīng)處理的ADCP數(shù)據(jù)分析解析后，展示并發(fā)布于網(wǎng)絡，用戶無需下載客戶端即可實現(xiàn)網(wǎng)頁瀏覽。

4結(jié)語

該系統(tǒng)設計方案基于智慧水文、互聯(lián)網(wǎng)+水文的思路，對水文新儀器新設備的發(fā)展做出了積極探索。方案的推廣應用將對水文測量發(fā)展起到一定的推動作用。除B/S架構(gòu)外，Html5技術(shù)的運用是未來發(fā)展趨勢之一，該技術(shù)可實現(xiàn)移動端和桌面端的自適應同步展示，以達到一個跨平臺跨系統(tǒng)同時實現(xiàn)多個應用場景的目標。纜道遠程在線控制系統(tǒng)可將Html5技術(shù)的應用作為其向移動端和桌面端同步自適應的B/S架構(gòu)發(fā)展方向。

參考文獻：

胡艷嬌，黃琦，田長濤.水文纜道測流系統(tǒng)應用分析[J].科技創(chuàng)新與應用，2019（22）：165-166.

（編輯：李曉蒙）