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太阳能水利雨量水位视频监测系统

时间:2020-03-30 15:47:29

1.主要技术要求

1.1.  遥测站主要功能

水雨情监测与视频监控系统对我县小一型水库的水位、雨量、视频及图像进行及时采集,并上报到省级数据接收中心,具体功能要求如下:

(1)自动采集:遥测站根据水库水雨情采集规范,每隔5分钟自动采集传感器数据,按小时报方式传输到数据接收中心;同时将所测数据主机内存储。

(2)自动加报:在汛期或其它特殊情况下,遥测站自动判断或者数据接收中心下发指令,可以进行每隔5分钟的加报;同时将所测数据主机内存储。

(3)数据传输:遥测站通过NB-IOT、4G等无线信道将采集数据发送出去,通信方式使用一主一备工作模式,NB-IOT为主通道,当NB-IOT无法响应启动4G通信;

(4)远程召测:由APP、WEB管理平台、省水利云数据接收中心等发出命令,远程遥测设备接收命令,完成实时的数据采集、历史数据查询等功能,完成规定的测量,测量完毕将数据暂存,并根据命令将测量数据传送至数据接收中心;

(5)能自动采集水库图片,能远程调用水库实时视频;

(6)远程设置:可远程设置RTU的监测参数起报标准;

(7)低功耗要求:当长期阴雨天气,太阳能供应不足,当电量不足20%时,各采集装置能依靠剩余的电量,降低采集频率,继续进行自动化巡测,确保遥测站能工作30天以上;等待电量恢复,即可恢复正常采集频率。

(8)系统具有遥测站自检功能,平台和APP可以及时了解遥测站设备的工作的情况及状态,及时发现设备故障与隐患。

(9)设备能在恶劣的天气环境下和无人职守情况下正常运行,数据采集端可靠性MTBF大于50000小时;保障5年的养护与通信。

1.2.  水雨情数据采集

遥测站采用小时报和查询-应答兼容模式工作,水雨情数据按照有雨即报,5分钟间隔自动累计,按一小时时段统计累计降水,整点时刻进行报送,雨量数据可同时统计累计雨量、当前雨量以及时段雨量,没有降水不产生数据,但是每2个小时也需报送相应数据;当雨量数据超过设定的阈值时,可进行智能加报;

水库水情(水位)变幅≦5cm,每5分钟间隔自动累计,按1小时为间隔整点报送一次;当水位变幅≧5cm,立即上报,并根据雨情及水位变化速率进行智能加报;

1.3.  视频监控要求

图像数据按照1小时间隔整点自动上报,可根据需要对图像数据的上报间隔进行调整,并根据雨情及水位变化速率进行智能加报;最小应支持5分钟间隔的图像自动上报。

视频摄像头的安装位置须视野开阔,摄像头前无遮挡,光线充足,离地面应高于3米,应做好防水、防尘、防盗等措施;拍摄内容:按照《水利视频监视系统技术规范》(SL 515-2013)位置选择要求,有闸门的也应拍摄闸门,没有闸门的宜拍摄溢洪道。

视频摄像头可以由远程进行控制调度视频画面,进行手动方向遥控及控制,具有智能化节能模式,在不需要观看的时候,摄像头能自动关闭,节省电源电量开支。

水雨情以及图像数据在汛期必须随时进行远程召测。

1.4.  数据通讯

水雨情遥测站支持NB-IOT/4G无线通讯双通道能力,通过扩展可以至少支持LORA、WIFI、卫星等多种通讯能力;确保在没有NB-IOT地区使用不同无线通讯模式。

一般情况下,遥测站使用一主一备双通道模式,主信道采用NB-IOT通讯方式,支持智能切换DRX/PSM功能;当电池电量充足时,使用DRX通信模式,实时响应远程召测和应急状态的查询能力,当电池电量不足20%时,切换至PSM模式,满足低功耗要求,并实现自动上报;在NB-IOT网络出现故障或信号较差时开启4G网络。

当水库周围没有NB-IOT信号时,因为NB-IOT信号覆盖距离远,我们要求当地电信运营商开通,如果完全无法覆盖,我们会使用LORA、WIFI等无线中继的方案开通无线通讯能力。

视频遥测终端只能支持4G与WIFI传输,如果水库没有4G信号覆盖,可通过WIFI中继实现,视频遥测终端在电量充足的情况下始终保持在线,等待视频召测工作,当电量不足时则只进行图片监测上报功能。

1.5.  数据存储

遥测站水雨情、图像数据都具有本地储存功能,内置存储可以存储5年以上水雨情数据,存满后自动覆盖以前数据;  

当数据终端无法通讯时,数据可以保留在本机,当通讯恢复时,数据可以再次发送到数据接收中心,也可以有远程数据接收中心进行查询。

1.6.  自检功能

遥测站能够上传电池接口电压与电流、无线信号强度、环境温湿度等多种设备工况转态;能采集太阳能控制器及电池电压、电流、电量等信息,能远程诊断RTU、太阳能电池、雨量计、水位计、摄像头等设备健康状态;

能使远程设置及升级遥测站程序。

1.7.  可靠性

(1)数据终端内置看门狗,防止终端程序死机,保障终端长期可靠运行;

(2)自带诊断检测,能判断传感器是否发生故障和断线,并向数据接收中心发生预警通知管理者设备故障;

(3)通讯及电源接口自带防雷、过压、超载保护机制,能有效保障设备运行;

(4)数据终端的电路板,经过防潮、防霉、防腐蚀处理,能在水库边比较潮湿的环境下长期故障。

(5)终端设备的平均无故障工作时间(MTBF)不小于50000小时。

(6)电池利用太阳能MPPT技术进行充电,太阳能充电转换率至少80%以上,能有效快速的对电池电量进行补充。

1.8.  兼容性

(1)遥测站数据终端可接入各类监测仪器(传感器),包括脉冲式雨量仪,雷达水位计、气泡水位计、风速风向仪、温湿度传感器等;

(2)遥测站数据终端须符合《水文自动测报系统设备 遥测终端机》(SL180-2015),《水资源监测设备技术条件》(SZY203-2016)的中的规范要求;

(3)遥测站数据传输符合《水资源监测数据传输规约》(SZY206-2016)、《水文监测数据通信规约》(SL651-2014);并且能满足省数据接收中心的传输要求。

2.    站点布设

2.1.  布设分布

2.2.  布设原则

根据省厅文件要求,结合我县实际情况,严格按照系统设计依据与原则,建设可靠性高和经济性比优的水雨情监测系统。经过对各类水库的调研,最佳获得水库水雨情的监测,水库水雨情的布设原则如下:

(1)建议所有设备安装在一个竖杆之上;安装杆的材质应选择镀锌管,需要支撑所有设备,具有防潮、防水、安全、防雷、防盗、便于维护的特点。

(2)当安装条件不准许,摄像头(主要监测溢洪道及大坝情况)与水位计安装在一起,无法采集到所需要的信息时,应当将摄像头与水位计及雨量仪分开安装,并配备数据采集的遥测终端及电池。

对于有在水库建立水工房的水库,只需在房顶上安装好雨量计、太阳能板,侧面安装水位计,将其他的设备安装在站房之中,这种方式无需安装竖杆,更利于水库水位的采集。

由于大部分水库均没有建设完善的水工站房,以此单杆安装作为典型水库案例进行安装设计。

安装示意如图:

 

                   图1典型水库监测终端安装示意图

首先在靠近大坝的岸上,选择好一个合适的安装位置,建好竖杆底座,竖立安装杆,安装水位计,雨量计,再安装好智能遥测主机,将摄像头、水位计、雨量计与遥测主机连接,连接后进行联合调试。

2.3.  传感器安装选址

2.3.1.  水位计选址

水位计主要为了测量汛期水库水位的变化,协助防汛期水库蓄水的管理,保障大坝安全,具体要求如下:

(1)水位计监测范围是:可测量的最低水位应低于正常蓄水最高水位,可测量的最高水位应高于防洪最高水位;

(2)安装位置靠近水体,雷达水位计垂直于水面,垂直角度误差不大于2度,兼顾摄像头的拍摄安装位置;

(3)兼有水库中有水工房的水库,应当优先安装在水工房上。

(4)单独安装的水位计,优先安装在水库水尺旁。

2.3.2.  雨量计选址

雨量计必须要和水位计,连接在同一个遥测终端,并且安装位置需要具有以下条件才能安装:

(1)空旷无遮挡,避免雨水受到其他因素干扰而导致雨量测量与实际雨量有偏差。

(2)高度够高,减少树叶、小昆虫之类杂物飞进雨量筒,另一方面也可以减少人为破坏。

(3)靠近大坝,以此点的降雨量数据作为水库的降雨量数据。

2.3.3.  摄像头选址

摄像头为变焦可旋转球机摄像头,主要用于溢洪道的图片拍摄,水库水位监测,大坝安全监测等,所以选址主要考虑以下因素:

(1)能够拍摄道溢洪道口或者闸门,夜间能清晰观察汛期溢水满流情况,;

(2)能够拍摄到大坝迎水面,可以直观看出水库水位情况,能看到水库水尺为最佳;

(3)尽量和水位安装同一个地方,使用同一根立杆;如果摄像头不能和水位计安装在同一个立柱上时,则将摄像头寻找合适位置单独立杆安装。

(4)能够拍摄到水库全景,但不作为硬性要求。


遥测站配置清单表

序号

设备名称

规格说明

数量

单位

1

遥测终端机(RTU)

1、使用NB-IOT通信技术,支持DRX/PSM工作方式,支持最新Release14标准;支持4G/5G通信传输接口;支持双通道模式;

1

2、具有RS485、RS232、模拟量接口,不少于两路;支持工业相机,支持图像传输控制;

3、具有OLED显示屏,可显示采集到的实时数据和工作状态;

4、内置看门狗,防死机设置,保障终端长期可靠运行;能存储5年以上的水雨情数据,固态存储器容量应不小于32MB;

5、支持电压、电流、充电功率、温度等多种工况参数采集上报,动态功耗控制,在无日照情况下,能正常工作  30天以上;

6、WiFi/蓝牙配置接口,支持20米内设备无线调试与下载数据;

7、直流12V供电,适用电压范围:9V~30V;具有过流、过压、过充、反极性自动保护;

8、防水,防雷、防潮;工作温度:-20~+70℃;工作湿度:≦95%(40℃);

9、含机柜。 

3

雨量计

1、可测降水强度0~4mm/min;

1

2、分辨率0.2mm;

3、采用微功耗设计,能够长期稳定可靠工作;

4、待机电流:<16uA;

5、工作温度:-25℃~55℃;

6、防护等级:IP65;

7、供电电压:DC6-12V;

4

水位计

1、量程:0~70m;

1

2、分辨率:1mm;

3、精度:1~5cm; 

4、工作温度:-20℃~70℃; 

5、防护等级:IP67; 

6、供电电压:DC 6 V~DC 24 V; 

5

视频摄像头

1、≧200万像素;1920×1080高清视频;CMOS高灵敏度图像传感器,满足星光监控需求;

1

2、≧30倍光学变倍,16倍数码变焦,自动聚焦;

3、自动翻转;水平范围:360°;垂直范围:-15°~90°;

4、支持H.265,H.264、MPG等视频格式,支持远程监控;

5、支持预置位拍摄功能,图像不低于分辨率1920×1080像素;支持预置位巡航抓拍功能;

6、内置RJ45网口,支持10M/100M网络数据;

7、支持最大128G的Micro SD/SDHC/SDXC卡存储;

8、支持SDK、ONVIF、CGI、PSIA、GB/T28181协议接入;

9、防雷、防浪涌、防突波,IP67防护等级;

10、供电电压:DC12 V~DC 24 V;

6

无线视频采集传输模块

1、工业级全网通4G无线通信设备;带5年通信费;

1

2、配置2个100Mpbs网口,外接网络摄像机及网络设备;

3、支持VPN视频传输;

4、支持远程控制;

5、支持摄像机电源管理,电池、电量、电流及监控采集及上报;

6、工作温度-20℃~+70℃,内置看门狗,工业级高可靠性。

7、供电电压:DC12V;

7

手持巡检终端

1、4G全网通,支持VOLTE语音,支持主副卡;

1

2、配置:CPU4核心,内存3GB,存储64GB,屏幕5寸,电池容量3000mAh。

8

避雷设施

1、避雷针、接地须满足放电要求;

1

2、外接线路应当做好防雷措施及线路保护。

9

太阳能供电系统

1、使用效率较高的单晶硅太阳能板;

1

2、设计功率不得低于200W;

3、峰值功率电压:17.9V;

4、电流:≧5A;

5、11.1V过放保护;

6、开路电压:不低于21V;

10

蓄电池

1、电池容量:不小于12V100AH;满足整个设备30天工作需求;

1

2、浮充电压:13.5 V ~13.8V;

3、安全性能:正常使用下无电解液漏出,无电池膨胀及破裂;

4、放电性能:放电电压平稳,放电平台平缓;

5、耐大电流性:完全充电状态的电池2CA放电5分钟或10CA放电5  秒钟,无导电部分熔断,无外观变形。

11

充电控制器

1、使用智能充电器,充电转换效率不得低于80%;

1

2、充电电压不得低于20V;

3、充电电流不得低于8A;

4、额定系统电压:12V;

5、放电电流不得小于10A;

6、浮充电压:13.8V;

7、应具有过流、过压、过充、反极性等自动保护功能;

8、自带显示装置,便于查看电压、电流及工作状态。

12

监控杆

1、6m摄像头监控杆,直径85mm~150mm,壁厚≧3mm,带地笼;

1

2、带太阳能支架、摄像头横杆、机柜支架、雨量仪支架;

3、2m-5m水位计横杆,垂直探测水位。


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