CN102629136A - 水质水文环境感知与水利设施一体化智能管理系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种水质水文环境感知与水利设施一体化智能管理系统和方法，包括多个监控机构、多个终端上位机和用于实现监控机构与终端上位机交互的服务器；监控机构进行水质和水文监测项目的监测和相应监测项目的阈值比较，然后根据阈值比较结果进入相应的水利设施状态并把监控信息上传至服务器；服务器再把所述监控信息传送给有管辖权的管理部门的终端上位机终端上位机；所述管理部门通过其终端上位机发出远程指令，该指令通过服务器转发至监控机构，该监控机构接收到远程指令后，开始执行远程指令。本发明确保水利设施状态与水质、水文环境智能感知的信息一致，实现一体化智能管理，并且实现多个管理部门通过远程统一管理多个监控点。

Description

水质水文环境感知与水利设施一体化智能管理系统和方法

技术领域

本发明涉及水污染治理领域，尤其涉及一种实现对城市河流、水库、湖泊雨污混流管网水质、水文自动化控制管理和特殊情况人工干预管理相结合的水质环境智能感知与水利工程设施一体化智能管理物联网系统和方法。

背景技术

地表水、尤其是城市雨污混流管网水流分质排放，是一种防止污水污染城市河流、水库、湖泊的有效手段。发明人在此领域先后申请了多个专利：2007年1月24日公开的公告号为CN2861325Y的名称为《城市河流分质蓄排雨污混流管网水体的系统》的实用新型专利，该新型专利公开了一种实现分质排放的设施；2008年10月29日公开的公告号为CN100429360C的名称为《城市河流雨污混流管网的水流分质排放的方法》的发明专利，该发明专利公开了一种具体实现分质排放的方法；2011年1月19日公开的公告号为CN101949914A的名称为《受控在线多向相关测试项目分级监测方法及系统》的发明专利，该发明专利公开了一种具体的多向相关概率选择确定水质监测项目、并将水质监测项目进行分级管理的方法和系统；2010年8月4日公开的公告号为CN201540470U的名称为《地表水受控在线测试分级识别和分质排放监控系统》的实用新型专利，该新型专利公开了一种设置在监控点的监控机构及其监控方法。

上述现有技术实现了分级在线监测并依据在线监测数据快速自动执行分质排放和管理部门对相关的水利设施执行控制机构进行远程控制的功能。但是，现有技术没有实现水质和水文监控同时进行，也没有对监测仪器和水利工程设施是否正常工作进行监控，更无法实现多个管理部门通过远程统一管理管辖区域内的多个监控点。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种水质监控和水文监控相结合的、确保监测仪器和水利设施执行控制机构正常工作、并且实现多个管理部门通过远程统一管理多个监控点的一种水质水文环境感知与水利设施一体化智能管理系统和方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种水质水文环境感知与水利设施一体化智能管理系统，包括设置在管辖区域内的各个监控点中进行监控、发送监控信息、接收远程指令的监控机构和设置在管理部门供管理人员获取监控信息、发出远程指令的终端上位机，还包括实现监控机构与终端上位机交互的服务器；所述监测机构与服务器双向连接，所述终端上位机与服务器双向连接；

所述监控机构包括监测机构、用于截流、分流或排放的水利设施执行控制机构和管理控制机构；所述监控机构包括水质监测仪器群；所述管理控制机构包括顺序连接的监测数据获取模块、阈值比较和运算模块、控制模块和水利设施驱动模块以及分别与所述控制模块双向连接的远程数据交换模块和存储有对应监控点的监控机构识别ID和预设的与固有指令管理控制有关的监测项目种类、监测频率、对应监测项目的阈值的存储模块；

所述服务器包括可分别与所述监控机构和终端上位机交互的通信模块并存储有全部监控机构识别ID及其对应的监测项目种类、监测频率、识别监测数据的阈值、及仪器设备和水利设施的识别ID；

所述终端上位机包括与服务器交互的通信模块和专用管理模块P，所述专用管理模块P包括：监控数据接收模块、监控数据显示模块、远程指令管理控制模块以及故障报警和处理模块；

所述监测机构的水质监测仪器群进行监测获得水质监测数据，所述监测数据获取模块按设定的频率获取所述水质监测数据并由所述阈值比较和运算模块与对应的监测项目阈值进行比较，所述控制模块接收阈值比较结果并根据该阈值比较结果向所述水利设施驱动模块发出进入相应的水利设施状态的指令，同时通过所述远程数据交换模块按照设定的频率把包括水利设施状态、监测数据及其阈值比较结果的监控信息上传至所述服务器供所述管理部门的终端上位机获取；

所述终端上位机的远程指令管理控制模块向服务器发出指定监控点的远程指令后，服务器把该远程指令传递至该指定监控点的监控机构的管理和控制模块，所述管理和控制模块根据所述远程指令更新该指定监测项目种类、监测频率、对应监测项目的阈值或通过所述水利设施驱动模块对所述水利设施执行控制机构进行操作。

优选的，水质监测项目分为优先级从高到低的多个等级的水质监测项目，所述水质监测仪器群对应设有优先级从高到低的多个级别的水质监测仪器，系统分别为各个级别的水质监测仪器预先设定启动条件，从高级别到低级别逐级监测，对上一级别的监测数据进行判断后才决定是否需要启动或停止下一级别的监测。

更优的，所述终端上位机与所述服务器是不同的计算机，所述终端上位机与所述服务器通过互联网远程连接。

优选的，所述监控机构还包括水文监测仪器群；所述监测机构的水文监测仪器群进行监测获得水文监测数据，所述监测数据获取模块按设定的频率获取所述水文监测数据并由所述阈值比较和运算模块与对应的监测项目阈值进行比较，所述控制模块接收阈值比较结果并根据该阈值比较结果向所述水利设施驱动模块发出进入相应的水利设施状态的指令。

优选的，所述管理部门包括不同权限的上层管理部门、中层管理部门和下层管理部门，各层管理部门各自配置有相应的终端上位机，下层管理部门只能读取或管理控制所述管辖区域内的一个监控点；中层管理部门能读取或管理控制所述管辖区域内一个分区域的多个监控点，上层管理部门可读取或管理控制所述管辖区域内的所有监控点。

本发明还包括一种基于上述系统的方法：

一种水质水文环境感知与水利设施一体化智能管理方法，根据需要在多个监控点建立由多个监控机构所组成的覆盖管辖区域的监控网，所述监控机构与服务器双向连接，设置在管理部门的终端上位机与所述服务器双向连接，所述服务器包括通讯模块并储存有所述多个监控机构识别ID、每个监控机构的与固有指令管理控制有关的监测项目种类、监测频率、对应监测项目的阈值；所述管理部门的终端上位机包括通讯模块和专用管理模块P，所述专用管理模块P包括实监控数据接收模块、监控数据显示模块和远程指令管理控制模块，所述管理方法包括如下步骤：

S1：所述监控机构按固有指令管理控制时进行监测和相应监测项目的阈值比较，然后根据阈值比较结果进入相应的水利设施状态；

S2：所述监控机构把其包括水利设施状态、监测数据及其阈值比较结果的监控信息按照设定的频率上传至所述服务器，所述服务器再把所述监控信息通过所述安装于服务器内的通讯模块传送给有管辖权的管理部门的终端上位机，终端上位机的监控数据接收模块获取相关的监控信息并通过监控数据显示模块显示；

S3：所述管理部门要求指定监控点的监控机构执行“按远程指令管理控制”以实现新的管理需要，所述远程指令管理控制是指管理部门通过其终端上位机的远程指令管理控制模块发出远程指令，该指令通过所述服务器转发至所述指定监测点的监控机构，该监控机构接收到远程指令后，立即中断原执行的“按固有指令管理控制”，开始执行远程指令。

优选的，所述专用管理模块P还包括故障报警和处理模块，所述管理方法还包括S4：监控机构仪器故障报警和处理过程；所述监控机构与客户端还存储有仪器设备和水利设施设备的识别ID，步骤S4包括如下步骤：

S4-1：监控机构获取仪器工作环境监测数据并判断是否在仪器正常工作的范围内，若仪器工作环境监测数据在仪器正常工作的范围内则重新进行步骤S4-1；若仪器工作环境监测数据不在仪器正常工作的范围内则进行调节；若调节后仪器工作环境监测数据依然不在仪器正常工作的范围内则进入步骤S4-2；

S4-2：监控机构向服务器发出包含相应的仪器识别ID的仪器设备报警信息；

S4-3：所述服务器将所述包含相应的仪器识别ID的仪器设备报警信息通过所述安装于服务器内的通讯模块传送给有管辖权的管理部门的终端上位机；

S4-4：所述终端上位机的故障报警和处理模块接收相关的仪器设备报警信息并根据相应的仪器识别ID通知相关的维修人员进行维修。

优选的，所述步骤S1具体包括同时进行的以下两个部分：

S1.1：所述监控机构进行水质监测项目的监测和阈值比较，然后根据阈值比较结果进入相应的水利设施状态；

S1.2：所述监控机构进行水文监测项目的监测和阈值比较，然后根据阈值比较结果进入相应的水利设施状态；

进行步骤S1.1时将水质监测项目分为优先级从高到低的多个等级的水质监测项目，监控机构对应设有优先级从高到低的多个级别的水质监测仪器，所述S1.1步骤包括以下步骤：

S1.1-1：所述监控机构按照优先级从高到低的顺序依次启动多个级别的水质监测仪器并获取水质监测数据，将该水质监测数据与对应的监测项目阈值比较，若包括最后一级在内的所有等级的水质监测数据与对应的监测项目阈值的阈值比较结果符合管理目标则进入步骤S1.1-2.1，若任何一个等级的水质监测数据与对应的监测项目阈值的阈值比较结果不符合管理目标则进入步骤S1.1-2.2；

S1.1-2.1：监控机构进入停止排污状态；

S1.1-2.2：监控机构关闭比上述不符合管理目标的水质监测仪项目优先级低的所有水质监测仪器，并进入排污状态。

优选的，所述步骤S3包括以下两种情况：

S3.1：监控机构执行“按远程设定指令管理控制”；

S3.2：监控机构执行“按远程控制指令管理控制”；

其中步骤S3.1具体包括：

S3.1-1：管理部门通过其终端上位机的远程指令管理控制模块发出远程设定指令，

S3.1-2：服务器接收远程设定指令并转发至指定监控点的监控机构，

S3.1-3：所述监控机构获取远程设定指令后中断原执行的步骤S1，并判断远程设定与固有设定是否存在差异，若远程设定指令与固有设定不存在差异则进入步骤S3.1-4.1，若远程设定指令与固有设定存在差异则进入步骤S3.1-4.2，

S3.1-4.1：忽略远程指令返回步骤S1，

S3.1-4.2：修改固有设定为远程设定，结束后返回步骤S1；

其中步骤S3.2具体包括：

S3.2-1：管理部门通过其终端上位机的远程指令管理控制模块发出远程控制指令，

S3.2-2：服务器接收远程控制指令并转发至指定监控点的监控机构，

S3.2-3：所述监控机构获取远程控制指令后中断原执行的步骤S1，并判断远程控制指令与固有水利设施状态是否存在差异，若远程设定指令与固有水利设施控制机构状态不存在差异则进入步骤S3.2-4.1，若远程设定指令与固有水利设施控制机构状态存在差异则进入步骤S3.2-4.2，

S3.2-4.1：忽略远程指令返回步骤S1，

S3.2-4.2：进入远程控制指令的水利设施状态，并判断是否收到终端上位机的远程指令管理控制模块发出并经服务器转发的解除远程控制指令，若收到解除远程控制指令则返回步骤S1，若未收到解除远程控制指令则保持该水利设施状态。

优选的，所述水质监测项目的监测数据以化学量输出，所述水文监测项目和工作环境监测项目的监测数据以物理量输出，所述水利工程设施状态以开关量输出。  

与现有技术相比较，本发明的在水质水文环境感知与水利设施一体化智能管理系统和方法具有如下有益技术效果：1、水质监控和水文监控同时进行，使得本系统与水质水文环境感知与水利设施一体化智能管理功能更加强大；2、增加了确保监测仪器和水利设施执行控制机构正常工作的监测，使得本系统的稳定性更高，可以及时发现及时解决故障；3、实现多个管理部门通过远程统一管理管辖区域内的多个监控点。

附图说明

图1为本发明水质环境智能感知与水利设施一体化智能管理系统的结构图；

图2为本发明监控机构的结构图；

图3为本发明监控机构的水质监控的流程图；

图4为本发明监控机构的水文监控的流程图；

图5为本发明监控机构的仪器环境监控的流程图；

图6为本发明监控机构水利设施状态监控的流程图；

图7为本发明监控机构按远程设定管理控制的流程图；

图8为本发明监控机构按远程控制管理控制的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

本发明涉及一种实现水质、水文自动化控制管理和人工管理相结合的水质环境智能感知与水利工程设施一体化智能管理物联网系统，该系统可以用于地表水水质环境，尤其是城市河流、水库、湖泊等环境，还可以用于雨污混流管网水流分质排放设施。请参见图1，该系统包括：设置在管辖区域内各个监控点中进行监控、发送监控信息、接收远程指令的监控机构1，设置在管理部门供管理人员获取监控信息、发出远程指令的终端上位机2，以及储存交换监控信息、远程指令实现多个监控机构1和多个终端上位机2之间的交互的服务器3。所述监控机构1与服务器3双向连接，设置在管理部门的终端上位机2与所述服务器3双向连接。可以理解的，所述监控机构1与服务器3之间以及终端上位机2与服务器3之间可以通过互联网实现双向连接。为了方便管理，根据具体的情况将靠近的多个监控点划为分区域。为方便区别各个监控点，监控机构1对应其所在监控点设置有单独的监控机构1识别ID。

请参见图2，所述监控机构1包括监测机构11、水利设施执行控制机构12和管理控制机构13。所述监控信息为监控机构1工作过程中所有的数据和信息，包括水利设施状态、监测数据及其阈值比较结果等。

所述监测机构11用于实时监测水质监测项目、水文监测项目和工作状态监测项目，并对应设有水质监测仪器群111、水文监测仪器群112和工作环境监测仪器群113。所述水质监测项目根据不同的水质监测项目对应的仪器的成本、监测时间、监测效率和是否会造成二次污染等因素，分为优先级从高到低的多个等级的水质监测项目，并对应在水质监测仪器群111中设有相应的优先级从高到低的1级水质监测仪器、2级水质监测仪器直至N级水质监测仪器，使得监测的效率和监控的速度提高并降低了成本，具体请参见专利申请号为200910110351.7的《受控在线多向相关测试项目分级监测方法及系统》发明专利所公开的内容；可以理解的，该水质监测仪器群111具体的分级方式还可以用其他能够实现的分级方式代替。所述水文监测仪器群112根据不同监控点的具体情况选择一种或多种水文监测仪，包括水位仪、水温计、流量计、流速仪、泥沙监测仪、降水监测仪、蒸发仪等设备。所述工作环境监测仪器群113用于监测所有仪器的工作环境和仪器工作状态，包括但不限于工作环境的温度、湿度、仪器耗电量、电磁辐射量、电平和仪器工作稳定性。水质监测数据大多数是化学量，水文监测数据和仪器工作状态监测数据是物理量。

水利设施执行控制机构12用于控制相应的水利设施进行截流、分流和排放等操作，具体的水利工程设施结构请参照专利号为200520056993.0的《城市河流分质蓄排雨污混流管网水体的系统》实用新型专利和专利号为200610061376.9的《城市河流雨污混流管网的水流分质排放的方法》发明专利公开的内容；可以理解的，该水利设施执行控制机构12还可以用其他能够实现排污、截流、分流和排放操作的结构代替。所述水利设施状态是阀门和/或闸门的开关量。

所述管理控制机构13用于实现监测数据获取分析、向水利设施执行控制机构12发送控制指令、向服务器3发送监控信息、从服务器3接收远程设定指令、从服务器3接收远程控制指令和从服务器3接收远程控制解除指令。该管理控制机构13包括监测数据获取模块131、阈值比较和运算模块132、控制模块133、水利设施驱动模块134、存储模块135和远程数据交换模块136。

监测数据获取模块131用于按设定频率获取监测机构11的监测数据。在实际操作中，监测数据获取模块131通过RS485接口分别与监测机构11的各个监测仪器连接；可以理解的，监测数据获取模块131还可以通过其它的有线接口或无线接口与监测机构11的各个仪器连接，获取监测数据。监测数据获取模块131可以定时的访问监测机构11的各个监测仪器，读取监测数据。可以理解的，也可以由监测机构11的各个监测仪器定时的将监测数据传送到监测数据获取模块131，由监测数据获取模块131接收获得测试结果。在实际操作中，监测数据获取模块131获取水质监测仪器群111中的各级水质监测仪器群、水文监测仪器群112和工作环境监测仪器群113的监测数据的频率根据每个仪器的特性、监测项目的特点和管理目标分别设定；可以理解的，监测数据获取模块131也可以按照相同的频率获取监测机构11的各个监测数据。

阈值比较和运算模块132用于将监测数据与对应监测项目阈值进行比较，得出阈值比较结果，并将阈值比较结果传送到控制模块133。其中，设定阈值存储在存储模块135中，可以根据对水体功能管理的目标而设定，可以随着水质管理目标的变更而调整。可以理解的，可以通过远程设定指令修改阈值。

控制模块133用于根据阈值比较结果或远程控制指令输出控制指令和管理指令，以及控制远程数据交换模块136与所述服务器3交互等。

水利设施驱动模块134用于根据控制指令控制水利设施执行控制机构12进行排污、截流、分流和排放等操作。在实际操作中，通过将驱动水利设施控制机构12状态更改指令转换成水利设施执行控制机构12相应的阀门和/或闸门的开关量，驱动水利设施执行控制机构12中相应的继电器实现排污、截流、分流和排放等操作。

存储模块135用于存储有对应监控点的监控机构1识别ID、仪器设备和水利设施设备的识别ID、预设的与固有指令管理控制有关的监测项目种类、监测频率、对应监测项目的阈值供对应的模块进行调用或修改；此外还用于暂存监测数据、水利设施状态以及其他控制指令等信息。

远程数据交换模块136用于按照设定的频率将监测数据、阈值比较结果、水利设施状态、水利设施执行到位信息、仪器设备报警信息、水利设施设备报警信息、返回的远程设定成功信息、返回的远程控制成功信息和返回的解除远程控制成功信息等监控信息上传至服务器3。优选的，所述水质监测项目的监测数据以化学量输出，所述水文监测项目和工作环境监测项目的监测数据以物理量输出，所述水利工程设施状态以开关量输出。此外，远程数据交换模块136还用于接收读取来自服务器3的远程设定指令、远程控制指令和解除远程控制指令等远程指令并传输至控制模块133。在实际操作中，为方便服务器准确识别，远程数据交换模块136上传的信息还包括监控机构1识别ID；远程数据交换模块136上传的仪器设备报警信息、水利设施设备报警信息还包括相应的仪器设备和水利设施设备的识别ID；远程数据交换模块136将监控信息转换为与服务器3协议对应的格式，该协议优选为MODBUS通讯协议，也可以选用其他协议；远程数据交换模块136将远程设定指令和远程控制指令转换为控制模块133可以识别的格式。所述远程数据交换模块136通过GPRS进入互联网与服务器3传输；可以理解的，远程数据交换模块136还可以通过其他的有线连接或无线连接直接与服务器3传输或通过互联网与服务器3传输。

实际操作中，根据具体的需要，也可以在所述管理控制模块13中安装用于在现场显示监控信息和远程指令的显示模块137，以及用于在现场进行报警的报警模块138。

在实际操作中，所述监测数据获取模块131以50毫秒的周期获取监测数据，控制模块133以50毫秒的周期获取水利设施执行控制机构12的状态信息，并以10秒钟一次的频率上传到服务器。

再回到图1，管理部门的管理人员通过终端上位机2与服务器3交互来获取监控信息、发出远程指令。可以理解的，终端上位机2可以通过有线连接或无线连接访问互联网来访问服务器3，也可以通过其他的方式访问服务器3。所述终端上位机2包括与服务器3交互的通信模块和专用管理模块P，所述专用管理模块P包括：监控数据接收模块21、监控数据显示模块22、远程指令管理控制模块23以及故障报警和处理模块24；所述的通信模块和专用管理模块P可以为安装于终端上位机2内的软件，也可以是具体的硬件模块。终端上位机2还存储有所在管理部门管辖权限内的监控机构1识别ID以及相应监控机构1的仪器设备和水利设施设备的识别ID。

所述服务器3包括可分别与所述监控机构1和终端上位机2交互的通信模块以及大容量的数据库。数据库并存储有多个监控机构1识别ID及其对应的监测项目种类、监测频率、识别监测数据的阈值、及仪器设备和水利设施的识别ID；此外数据库还存储和处理各管辖区内多个监控点的感知和监控数据。所述的通信模块可以为安装于服务器3内的软件，也可以是具体的硬件模块。

优选的，所述管理部门的管理人员需要通过其专属的用户名和密码验证才可以访问服务器3。实际操作中，所述的终端上位机2与服务器3之间的传输协议采用MODBUS通讯协议。可以理解的，终端上位机2还可以采用网页浏览器通过HTTP协议与服务器3实现交互，终端上位机2与服务器3之间还可以采用其他协议交互；终端上位机2与服务器3之间的传输协议可以跟服务器3与监控机构1之间的传输协议相同也可以不同。此外，不同的管理人员的终端上位机2之间也需要进行交互，其内容包括：提出建议、针对建议进行回复和发送许可指令等。不同的终端上位机2通过服务器3进行交互；可以理解的，终端上位机2之间直接交互也是可行的，只是可能会因为需要交互的终端上位机2不在线而导致交互内容丢失。优选的，所有的监控信息、发出远程设定指令、发出远程控制指令、发出解除远程控制指令、提出建议、针对建议进行回复和发送许可指令的历史记录均保存在服务器3，供终端上位机2调用。终端上位机2可以根据需要从服务器3调用监控信息、发出远程设定指令、发出远程控制指令、发出解除远程控制指令、提出建议、针对建议进行回复和发送许可指令的记录，服务器3将调用的记录生成管理文档发送至终端上位机2。可以理解的，终端上位机2也可以在接收监控信息、发出远程设定指令、发出远程控制指令、发出解除远程控制指令、提出建议、针对建议进行回复和发送许可指令的同时在终端上位机2中生成相应的管理文档；。

管理部门根据其职能，设定其终端上位机2获取监控信息、发出远程指令的权限。优选的，管理部门针对各个监控点的监控机构1的权限从低到高分为以下两个：1、只能获取监控信息的只读权限；2、能获取监控信息、发出远程指令的管控权限。同时，管理部门又根据其负责的监控点的数量，区分为从低到高的下、中、上三个层次：下层管理部门负责一个分区域中的一个监控点；中层管理部门负责一个管辖区域下一个分区域中的多个监控点；上层管理部门负责整个管辖区域内所有监控点。在实际操作中，为确保对各个监控点的管理，所述远程设定指令、远程控制指令和解除远程控制指令只有下层具备管控权限的管理部门通过其终端上位机2发出；所述远程设定指令、远程控制指令和解除远程控制指令按照其可能造成后果的程度分为两类：甲类——可以由下层具备管控权限的管理部门自主决定发出；乙类——需得到中和/或上层的相关负责的管理部门许可才可发出。

本发明系统的管理方法包括如下步骤：

S1：所述监控机构1按固有指令管理控制时，监测机构11的水质监测仪器群111和水文监测仪器群112进行水质和水文监测项目的监测，监测数据获取模块131从水质监测仪器群111和水文监测仪器群112获取水质监测数据和水文监测数据，阈值比较和运算模块132将水质监测数据和水文监测数据与对应监测项目阈值进行比较，控制模块133根据阈值比较结果通过水利设施驱动模块134控制水利设施执行控制机构12进入相应的水利设施状态。

S2：所述监控机构1的远程数据交换模块136把监控信息按照设定的频率上传至所述服务器3，所述服务器3再把所述监控信息通过所述安装于服务器3内的通讯模块传送给有管辖权的管理部门的终端上位机2，终端上位机2的监控数据接收模块21获取相关的监控信息并通过监控数据显示模块22显示。

S3：所述管理部门要求指定监控点的监控机构1执行“按远程指令管理控制”以实现新的管理需要，所述远程指令管理控制是指管理部门通过其终端上位机2的远程指令管理控制模块23发出远程指令，该指令通过所述服务器3转发至所述指定监测点的监控机构1，该监控机构1的远程数据交换模块136接收到远程指令后，立即中断原执行的“按固有指令管理控制”，开始执行远程指令。

S4：监控机构1按固有指令控制时，监测机构11的工作环境监测仪器群113进行仪器工作环境监测，监测数据获取模块131从工作环境监测仪器群113获取仪器工作环境监测数据，阈值比较和运算模块132将工作环境监测数据与对应监测项目阈值进行比较判断，并进行相应的调节，其调节内容如下：当仪器工作温度不在仪器正常工作温度范围时，控制模块133启动温度调节装置进行调节；当仪器工作湿度不在仪器正常工作湿度范围是，控制模块133启动湿度调节装置进行调节；当电磁辐射量超过仪器正常工作辐射量范围时，控制模块133启动抗干扰设备等等。当进行调节后依然无法让工作环境监测数据进入仪器正常工作的阈值范围时，控制模块133根据判断结果产生仪器设备报警信息，并通过远程数据交换模块136发至服务器3，再由服务器3通过所述安装于服务器3内的通讯模块转发至具备管理权限的管理部门的终端上位机2，所述终端上位机2的故障报警和处理模块24接收相关的仪器设备报警信息并通知相关的维修人员进行维修。

S5：监控机构1按固有指令控制时，控制模块133获取水利设施控制机构12的状态信息，并识别水利设施控制机构12的状态是否符合水质监测和水文监测阈值比较结果的要求；若不符合则控制模块133发出驱动水利设施执行控制机构12进入符合水质监测和水文监测阈值比较结果的要求的状态的指令，水利设施驱动模块134收到相应指令后驱动水利设施执行控制机构12改变状态；若水利设施状态更改失败，则由控制模块133产生，水利设施设备报警信息并通过远程数据交换模块136上传至服务器3，再由服务器3通过所述安装于服务器3内的通讯模块转发至具备管理权限的管理部门的终端上位机2，所述终端上位机2的故障报警和处理模块24接收相关的仪器设备报警信息并通知相关的维修人员进行维修。

所述步骤S1具体包括同时进行的以下两个部分：S1.1：所述监控机构1的监测机构11的水质监测仪器群111进行水质监测项目的监测，监测数据获取模块131从水质监测仪器群111获取水质监测数据，阈值比较和运算模块132将水质监测数据与存储模块135中对应监测项目阈值进行比较，控制模块133根据阈值比较结果通过水利设施驱动模块134控制水利设施执行控制机构12进入相应的水利设施状态；S1.2：所述监控机构1的监测机构11的水文监测仪器群112进行水质监测项目的监测，监测数据获取模块131从水文监测仪器群112获取水文监测数据，阈值比较和运算模块132将水文监测数据与存储模块135中对应监测项目阈值进行比较，控制模块133根据阈值比较结果通过水利设施驱动模块134控制水利设施执行控制机构12进入相应的水利设施状态；

请参见图3，进行步骤S1.1时将水质监测项目分为优先级从高到低的多个等级的水质监测项目，所述水质监测仪器群111对应设有优先级从高到低的多个级别的水质监测仪器，所述S1.1步骤包括以下步骤：

S1.1-1：所述监控机构1的控制模块133控制监测机构11的水质监测仪器群111按照优先级从高到低的顺序依次多个级别的启动水质监测仪器并由监测数据获取模块131获取水质监测数据，阈值比较和运算模块132将该水质监测数据与存储模块135中对应的监测项目阈值比较，若包括最后一级在内的所有等级的水质监测数据与对应的监测项目阈值的阈值比较结果符合管理目标则进入步骤S1.1-2.1，若任何一个等级的水质监测数据与对应的监测项目阈值的阈值比较结果不符合管理目标并在规定时间内超过规定次数时，则进入步骤S1.1-2.2；

S1.1-2.1：控制模块133通过水利设施驱动模块134控制水利设施执行控制机构12进入停止排污状态；

S1.1-2.2：控制模块133关闭比上述不符合管理目标的水质监测仪项目优先级低的所有水质监测仪器，并通过水利设施驱动模块134控制水利设施执行控制机构12进入排污状态；

S1.1-3. 在更改水利设施控制机构12的状态之后控制模块133会识别水利设施控制机构12状态更改是否成功：若状态更改失败则控制模块133再次发出该驱动水利设施控制机构12状态更改指令；若更改成功则由控制模块133产生水利设施执行到位信息；若状态更改失败超过一定次数则由控制模块133产生包含水利设施设备识别ID的水利设施设备报警信息。

可以理解的，所述水利设施执行到位信息在步骤S2中通过远程数据交换模块136上传至服务器3，所述水利设施设备报警信息在步骤S5中通过远程数据交换模块136上传至服务器3。

请参见图4，所述S1.2步骤包括以下步骤：

S1.2-1：所述监控机构1的监测机构11的水文监测仪器群112进行水质监测项目的监测，监测数据获取模块131获取水文监测数据；阈值比较和运算模块132将监测数据获取模块131获得的水文监测数据与存储模块135中对应的监测项目阈值比较，并进行相应的运算得出阈值比较结果；当全部水文监测项目比较都得到符合管理目标的阈值比较结果时进入步骤S1.2-2.1；当水文监测项目中某个项目的比较得出不符合管理目标的阈值比较结果并在规定时间内超过规定的次数时，进入步骤S1.2-2.2；

S1.2-2.1：控制模块133发出驱动水利设施执行控制机构12进入一般状态的指令，水利设施驱动模块134收到相应指令后驱动水利设施执行控制机构12改变状态；

S1.2-2.2：控制模块133发出驱动水利设施执行控制机构12进入相应的特殊状态的指令，水利设施驱动模块134收到相应指令后驱动水利设施执行控制机构12改变状态；

S1.2-3. 在更改水利设施控制机构12的状态之后控制模块133识别状态更改是否成功：若状态更改失败则控制模块133再次发出该驱动水利设施控制机构12状态更改指令；若更改成功则控制模块133生成水利设施执行到位信息；若状态更改失败超过一定次数则控制模块133生成包含水利设施设备识别ID的水利设施设备报警信息。

可以理解的，所述水利设施执行到位信息在步骤S2中通过远程数据交换模块136上传至服务器3，所述水利设施设备报警信息在步骤S5中通过远程数据交换模块136上传至服务器3。

请参见图5，步骤S4包括如下具体内容：

S4-1：监控机构1的监测机构11的工作环境监测仪器群113进行监测，监测数据获取模块131从工作环境监测仪器群113获取仪器工作环境监测数据，阈值比较和运算模块132将工作环境监测数据与对应监测项目阈值进行比较判断是否在仪器正常工作的范围内，若仪器工作环境监测数据在仪器正常工作的范围内则重新进行步骤S4-1；若仪器工作环境监测数据不在仪器正常工作的范围内则进行相应的调节；若在调节后仪器工作环境监测数据依然不在仪器正常工作的范围内且在规定时间内超过规定次数则进入步骤S4-2；

S4-2：控制模块133产生包含相应的仪器识别ID的仪器设备报警信息，并通过远程数据交换模块136发至服务器3；

S4-3：所述服务器3将所述包含相应的仪器识别ID的仪器设备报警信息通过所述安装于服务器3内的通讯模块传送给有管辖权的管理部门的终端上位机2；

S4-4：所述终端上位机2的故障报警和处理模块24接收相关的仪器设备报警信息并根据相应的仪器识别ID通知相关的维修人员进行维修。

请参见图6，步骤S5包括如下具体内容：

S5-1：控制模块133按照设定的频率获取水利设施控制机构12的状态信息，并识别水利设施控制机构12的状态是否符合水质监测和水文监测阈值比较结果的要求，若是则进入步骤S5-2.1，若不是则进入步骤S5-2.2；

S5-2.1：控制模块133发送当前水利设施控制机构12的状态信息；

S5-2.2：控制模块133发出驱动水利设施执行控制机构12进入符合水质监测和水文监测阈值比较结果的要求的状态的指令，水利设施驱动模块134收到相应指令后驱动水利设施执行控制机构12改变状态；更改水利设施控制机构12的状态之后控制模块133识别状态更改是否成功：若状态更改失败则控制模块133再次发出该驱动水利设施控制机构12状态更改指令，若更改成功则进入步骤S5-3.1，若状态更改失败且在规定时间内超过规定次数则控制模块133产生水利设施设备报警信息并进入步骤S5-3.2；

S5-3.1：控制模块133产生水利设施执行到位信息；

S5-3.2：控制模块133产生包含相应的水利设施设备识别ID的水利设施设备报警信息，并通过远程数据交换模块136发至服务器3；

S5-4：所述服务器3将所述包含相应的水利设施设备识别ID的水利设施设备报警信息通过所述安装于服务器3内的通讯模块传送给有管辖权的管理部门的终端上位机2；

S5-5：所述终端上位机2的故障报警和处理模块24接收相关的水利设施设备报警信并根据相应的水利设施设备识别ID通知相关的维修人员进行维修。

可以理解的，可以通过控制模块133按照设定的频率访问水利设施控制机构12来获取状态信息，还可以通过让水利设施控制机构12按照设定的频率传输状态信息给控制模块133来让控制模块133获取。

所述步骤S3包括以下两种情况：S3.1：监控机构1执行“按远程设定指令管理控制”；

S3.2：监控机构1执行“按远程控制指令管理控制”；

请参见图7，其中步骤S3.1具体包括：

S3.1-1：管理部门通过其终端上位机2的远程指令管理控制模块23发出包含有目标监控机构1识别ID的远程设定指令，

S3.1-2：服务器3接收所述远程设定指令并转发至监控机构1识别ID对应的监控点的监控机构1，

S3.1-3：所述监控机构1的远程数据交换模块136获取远程设定指令后传送至控制模块133，控制模块133中断原执行的步骤S1，并判断远程设定与固有设定是否存在差异，若远程设定指令与固有设定不存在差异则进入步骤S3.1-4.1，若远程设定指令与固有设定存在差异则进入步骤S3.1-4.2，

S3.1-4.1：控制模块133忽略远程指令返回步骤S1，

S3.1-4.2：控制模块133修改存储模块135中的固有设定为远程设定并验证修改是否成功，若修改成功则向服务器3返回远程设定成功信息并返回步骤S1，若修改失败且在规定时间内超过规定次数则向服务器3发出存储模块报警信息。

优选的，所述服务器3收到返回的远程设定成功信息后，服务器3修改内部存储的该监控机构11对应的监测项目种类、监测频率、识别监测数据的阈值数据为远程设定指令的数据。

优选的，所述服务器3将所述存储模块报警信息通过所述安装于服务器3内的通讯模块传送给有管辖权的管理部门的终端上位机2；所述终端上位机2的故障报警和处理模块24接收相关的存储模块报警信息并通知相关的维修人员进行维修。

请参见图8，其中步骤S3.2具体包括：

S3.2-1：管理部门通过其终端上位机2的远程指令管理控制模块23发出含有目标监控机构1识别ID的远程控制指令，

S3.2-2：服务器3接收所述远程控制指令并转发至监控机构1识别ID对应的监控点的监控机构1，

S3.2-3：所述监控机构1的远程数据交换模块136获取远程控制指令后传送至控制模块133，控制模块133中断原执行的步骤S1，并判断远程控制指令与固有水利设施状态是否存在差异，若远程设定指令与固有水利设施控制机构状态不存在差异则进入步骤S3.2-4.1，若远程设定指令与固有水利设施控制机构状态存在差异则进入步骤S3.2-4.2，

S3.2-4.1：控制模块133忽略远程指令返回步骤S1，

S3.2-4.2：控制模块133通过水利设施驱动模块134控制水利设施控制机构12进入远程控制指令的水利设施状态，并判断是否水利设施执行控制机构12是否执行到位；若执行失败且在规定时间内超过规定次数则向服务器3发出包含水利设施设备识别ID的水利设施设备报警信息，若执行到位则向服务器3返回远程控制成功信息并判断是否收到终端上位机2的远程指令管理控制模块23发出并经服务器3转发的解除远程控制指令；若收到解除远程控制指令则返回步骤S1，若未收到解除远程控制指令则保持该水利设施状态。

与现有技术相比较，本发明的在水质水文环境感知与水利设施一体化智能管理系统和方法具有如下有益技术效果：1、水质监控和水文监控同时进行，使得本系统与水质水文环境感知与水利设施一体化智能管理功能更加强大；2、增加了确保监测仪器和水利设施执行控制机构正常工作的监测，使得本系统的稳定性更高，可以及时发现及时解决故障；3、实现多个管理部门通过远程统一管理管辖区域内的多个监控点。

上述实施例为本发明优选实施方式，凡其原理和基本结构与本实施例相同或近似的，均在本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水质水文环境感知与水利设施一体化智能管理系统，包括设置在管辖区域内的各个监控点中进行监控、发送监控信息、接收远程指令的监控机构（1）和设置在管理部门供管理人员获取监控信息、发出远程指令的终端上位机（2），其特征在于：还包括实现监控机构（1）与终端上位机（2）交互的服务器（3）；所述监测机构（1）与服务器（3）双向连接，所述终端上位机（2）与服务器（3）双向连接；

所述监控机构（1）包括监测机构（11）、用于截流、分流或排放的水利设施执行控制机构（12）和管理控制机构（13）；所述监控机构（11）包括水质监测仪器群（111）；所述管理控制机构（13）包括顺序连接的监测数据获取模块（131）、阈值比较和运算模块（132）、控制模块（133）和水利设施驱动模块（134）以及分别与所述控制模块（133）双向连接的远程数据交换模块（136）和存储有对应监控点的监控机构（1）识别ID和预设的与固有指令管理控制有关的监测项目种类、监测频率、对应监测项目的阈值的存储模块（135）；

所述服务器（3）包括可分别与所述监控机构（1）和终端上位机（2）交互的通信模块并存储有全部监控机构（1）识别ID及其对应的监测项目种类、监测频率、识别监测数据的阈值、及仪器设备和水利设施的识别ID；

所述终端上位机（2）包括与服务器（3）交互的通信模块和专用管理模块P，所述专用管理模块P包括：监控数据接收模块（21）、监控数据显示模块（22）、远程指令管理控制模块（23）以及故障报警和处理模块（24）；

所述监测机构（11）的水质监测仪器群（111）进行监测获得水质监测数据，所述监测数据获取模块（131）按设定的频率获取所述水质监测数据并由所述阈值比较和运算模块（132）与对应的监测项目阈值进行比较，所述控制模块（133）接收阈值比较结果并根据该阈值比较结果向所述水利设施驱动模块（134）发出进入相应的水利设施状态的指令，同时通过所述远程数据交换模块（136）按照设定的频率把包括水利设施状态、监测数据及其阈值比较结果的监控信息上传至所述服务器（3）供所述管理部门的终端上位机（2）获取；

所述终端上位机（2）的远程指令管理控制模块（23）向服务器（3）发出指定监控点的远程指令后，服务器（3）把该远程指令传递至该指定监控点的监控机构（1）的管理和控制模块（13），所述管理和控制模块（13）根据所述远程指令更新该指定监测项目种类、监测频率、对应监测项目的阈值或通过所述水利设施驱动模块（134）对所述水利设施执行控制机构（12）进行操作。

2.根据权利要求1所述的水质水文环境感知与水利设施一体化智能管理系统，其特征在于：水质监测项目分为优先级从高到低的多个等级的水质监测项目，所述水质监测仪器群（111）对应设有优先级从高到低的多个级别的水质监测仪器，系统分别为各个级别的水质监测仪器预先设定启动条件，从高级别到低级别逐级监测，对上一级别的监测数据进行判断后才决定是否需要启动或停止下一级别的监测。

3.根据权利要求1所述的水质水文环境感知与水利设施一体化智能管理系统，其特征在于：所述终端上位机（2）与所述服务器（3）是不同的计算机，所述终端上位机（2）与所述服务器（3）通过互联网远程连接。

4.根据权利要求1所述的水质水文环境感知与水利设施一体化智能管理系统，其特征在于：所述监控机构（1）还包括水文监测仪器群（112）；所述监测机构（11）的水文监测仪器群（112）进行监测获得水文监测数据，所述监测数据获取模块（131）按设定的频率获取所述水文监测数据并由所述阈值比较和运算模块（132）与对应的监测项目阈值进行比较，所述控制模块（133）接收阈值比较结果并根据该阈值比较结果向所述水利设施驱动模块（134）发出进入相应的水利设施状态的指令。

5.根据权利要求1所述的水质水文环境感知与水利设施一体化智能管理系统，其特征在于：所述管理部门包括不同权限的上层管理部门、中层管理部门和下层管理部门，各层管理部门各自配置有相应的终端上位机（2），下层管理部门只能读取或管理控制所述管辖区域内的一个监控点；中层管理部门能读取或管理控制所述管辖区域内一个分区域的多个监控点，上层管理部门可读取或管理控制所述管辖区域内的所有监控点。

6.一种水质水文环境感知与水利设施一体化智能管理方法，其特征在于：根据需要在多个监控点建立由多个监控机构（1）所组成的覆盖管辖区域的监控网，所述监控机构（1）与服务器（3）双向连接，设置在管理部门的终端上位机（2）与所述服务器（3）双向连接，所述服务器（3）包括通讯模块并储存有所述多个监控机构（1）识别ID、每个监控机构（1）的与固有指令管理控制有关的监测项目种类、监测频率、对应监测项目的阈值；所述管理部门的终端上位机（2）包括通讯模块和专用管理模块P，所述专用管理模块P包括实监控数据接收模块（21）、监控数据显示模块（22）和远程指令管理控制模块（23），所述管理方法包括如下步骤：

S1：所述监控机构（1）按固有指令管理控制时进行监测和相应监测项目的阈值比较，然后根据阈值比较结果进入相应的水利设施状态；

S2：所述监控机构（1）把其包括水利设施状态、监测数据及其阈值比较结果的监控信息按照设定的频率上传至所述服务器（3），所述服务器（3）再把所述监控信息通过所述安装于服务器（3）内的通讯模块传送给有管辖权的管理部门的终端上位机（2），终端上位机（2）的监控数据接收模块（21）获取相关的监控信息并通过监控数据显示模块（22）显示；

S3：所述管理部门要求指定监控点的监控机构（1）执行“按远程指令管理控制”以实现新的管理需要，所述远程指令管理控制是指管理部门通过其终端上位机（2）的远程指令管理控制模块（23）发出远程指令，该指令通过所述服务器（3）转发至所述指定监测点的监控机构（1），该监控机构（1）接收到远程指令后，立即中断原执行的“按固有指令管理控制”，开始执行远程指令。

7.根据权利要求6所述的水质水文环境感知与水利设施一体化智能管理方法，其特征在于，所述专用管理模块P还包括故障报警和处理模块（24），所述管理方法还包括S4：监控机构（1）仪器故障报警和处理过程；所述监控机构（1）与客户端（2）还存储有仪器设备和水利设施设备的识别ID，步骤S4包括如下步骤：

S4-1：监控机构（1）获取仪器工作环境监测数据并判断是否在仪器正常工作的范围内，若仪器工作环境监测数据在仪器正常工作的范围内则重新进行步骤S4-1；若仪器工作环境监测数据不在仪器正常工作的范围内则进行调节；若调节后仪器工作环境监测数据依然不在仪器正常工作的范围内则进入步骤S4-2；

S4-2：监控机构（1）向服务器（3）发出包含相应的仪器识别ID的仪器设备报警信息；

S4-3：所述服务器（3）将所述包含相应的仪器识别ID的仪器设备报警信息通过所述安装于服务器（3）内的通讯模块传送给有管辖权的管理部门的终端上位机（2）；

S4-4：所述终端上位机（2）的故障报警和处理模块（24）接收相关的仪器设备报警信息并根据相应的仪器识别ID通知相关的维修人员进行维修。

8.根据权利要求6所述的水质水文环境感知与水利设施一体化智能管理方法，其特征在于：所述步骤S1具体包括同时进行的以下两个部分：

S1.1：所述监控机构（1）进行水质监测项目的监测和阈值比较，然后根据阈值比较结果进入相应的水利设施状态；

S1.2：所述监控机构（1）进行水文监测项目的监测和阈值比较，然后根据阈值比较结果进入相应的水利设施状态；

进行步骤S1.1时将水质监测项目分为优先级从高到低的多个等级的水质监测项目，监控机构（1）对应设有优先级从高到低的多个级别的水质监测仪器，所述S1.1步骤包括以下步骤：

S1.1-1：所述监控机构（1）按照优先级从高到低的顺序依次启动多个级别的水质监测仪器并获取水质监测数据，将该水质监测数据与对应的监测项目阈值比较，若包括最后一级在内的所有等级的水质监测数据与对应的监测项目阈值的阈值比较结果符合管理目标则进入步骤S1.1-2.1，若任何一个等级的水质监测数据与对应的监测项目阈值的阈值比较结果不符合管理目标则进入步骤S1.1-2.2；

S1.1-2.1：监控机构（1）进入停止排污状态；

S1.1-2.2：监控机构（1）关闭比上述不符合管理目标的水质监测仪项目优先级低的所有水质监测仪器，并进入排污状态。

9.根据权利要求6所述的水质水文环境感知与水利设施一体化智能管理方法，其特征在于：所述步骤S3包括以下两种情况：

S3.1：监控机构（1）执行“按远程设定指令管理控制”；

S3.2：监控机构（1）执行“按远程控制指令管理控制”；

其中步骤S3.1具体包括：

S3.1-1：管理部门通过其终端上位机（2）的远程指令管理控制模块（23）发出远程设定指令，

S3.1-2：服务器（3）接收远程设定指令并转发至指定监控点的监控机构（1），

S3.1-3：所述监控机构（1）获取远程设定指令后中断原执行的步骤S1，并判断远程设定与固有设定是否存在差异，若远程设定指令与固有设定不存在差异则进入步骤S3.1-4.1，若远程设定指令与固有设定存在差异则进入步骤S3.1-4.2，

S3.1-4.1：忽略远程指令返回步骤S1，

S3.1-4.2：修改固有设定为远程设定，结束后返回步骤S1；

其中步骤S3.2具体包括：

S3.2-1：管理部门通过其终端上位机（2）的远程指令管理控制模块（23）发出远程控制指令，

S3.2-2：服务器（3）接收远程控制指令并转发至指定监控点的监控机构（1），

S3.2-3：所述监控机构（1）获取远程控制指令后中断原执行的步骤S1，并判断远程控制指令与固有水利设施状态是否存在差异，若远程设定指令与固有水利设施控制机构状态不存在差异则进入步骤S3.2-4.1，若远程设定指令与固有水利设施控制机构状态存在差异则进入步骤S3.2-4.2，

S3.2-4.1：忽略远程指令返回步骤S1，

S3.2-4.2：进入远程控制指令的水利设施状态，并判断是否收到终端上位机（2）的远程指令管理控制模块（23）发出并经服务器（3）转发的解除远程控制指令，若收到解除远程控制指令则返回步骤S1，若未收到解除远程控制指令则保持该水利设施状态。

10.根据权利要求6所述的水质水文环境感知与水利设施一体化智能管理方法，其特征在于：所述水质监测项目的监测数据以化学量输出，所述水文监测项目和工作环境监测项目的监测数据以物理量输出，所述水利工程设施状态以开关量输出。

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