CN105222840A - 一种水利水电工程下泄生态流量实时监测系统及其方法 - Google Patents

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魏浪
纵霄
王志光
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Abstract

本发明公开了一种水利水电工程下泄生态流量实时监测系统及其方法,所述监测系统包括供电电源、流量监测设备、数据采集设备、数据传输设备及服务器,所述供电电源分别与流量监测设备、数据采集设备及数据传输设备相连,流量监测设备的输出端与数据采集设备的输入端相连;数据采集设备的输出端与数据传输设备的输入相连;数据传输设备的输出端与服务器相连;所述方法是在非接触式雷达流量监测仪获取流量数据后,按照设定的时间间隔将信息发送至数据采集器,数据采集器对接收到的数据进行储存,并通过GSM/GPRS通信终端将流量数据按照设定的时间间隔以移动通信短消息SMS的形式将数据远程传输至服务器,从而实现对水利水电工程下泄生态流量的实时监测。

Description

一种水利水电工程下泄生态流量实时监测系统及其方法
技术领域
本发明属于水利水电工程技术领域,具体是涉及一种水利水电工程下泄生态流量实时监测系统及其方法。
背景技术
随着我国对生态环境保护认识的不断深入以及管理要求的不断提高,环保行政主管部门要求所有的水利水电工程都必须下泄合适的生态流量,为了加强监管,还提出了建设下泄生态流量实时监测系统的要求,要求系统能实时、准确地的监控水利水电工程下泄生态流量,并且将数据实时传输至监控部门。
目前国内常用的下泄生态流量监测方法主要有如下几种:
(1)常规水位流量关系法:该方法是在监控断面安装水位自动监测设施设备,如水位自记井、水位计、电子水尺等。用常规流速仪法测流,测定该断面的水位流量关系,通过水位推求出流量。该方法在实际应用过程中,需要首先实测坝下游某一断面的水位流量关系,需要建设一个标准化的水位尺,同时确定水准点、水准高程、水尺零点高程,因此工作量较大,而且监测精度难以得到保证。
(2)多普勒(ADCP)测流法:该方法是将多普勒超声波流量计固定于水面、河底或水面以下某一位置,实时测出对应水流断面的对应流速和实时水流断面面积,推求出河道断面实时流量。该方法对于流量变化较小的河道较适用,但是对于流量变化较大的河道其测量数据的准确性较差。
(3)利用工程自身的运行调度数据:该方法采用的工程运行数据有时候并不完全是下泄生态流量数据,且数据仅掌握在工程调度单位,不能满足远程实时监控的要求。
综上所述,目前采用的下泄生态流量监测方法及其监测设备各有其优缺点,但都尚未能达到实时监测、反馈、监控的要求,不能满足将数据实时传输至监控部门的需求。
发明内容
本发明提供了一种可以实时、准确、远程监控水利水电工程下泄生态流量的方案,投资低、运行可靠,适用性广。
本发明是通过如下技术方案予以实现的。
一种水利水电工程下泄生态流量实时监测系统,包括供电电源、流量监测设备、数据采集设备、数据传输设备及服务器,所述供电电源分别与流量监测设备、数据采集设备及数据传输设备相连,所述流量监测设备的输出端与数据采集设备的输入端相连,用于采集下泄流量数据;数据采集设备的输出端与数据传输设备的输入相连,用于自动储存流量数据;数据传输设备的输出端与服务器相连,用于远程自动传输流量数据。
所述流量监测设备由非接触式雷达流量监测仪和基架组成,其中非接触式雷达流量监测仪安装在基架上,并设置于选定的流量监测断面处。
所述数据采集设备为数据采集器,数据传输设备为GSM/GPRS通信终端,其中数据采集器及GSM/GPRS通信终端安装于设备箱中,数据采集器通过数据线与非接触式雷达流量监测仪相连,GSM/GPRS通信终端通过数据线与数据采集器相连。
所述供电电源由太阳能电池板、充电控制器、蓄电池组组成,其中充电控制器和蓄电池组安装在电源箱内,太阳能电池板固定在电源箱顶部。
所述的太阳能电池板、充电控制器和蓄电池组安装于一体化设备箱中,并通过电源线与非接触式雷达流量监测仪、数据采集器及GSM/GPRS通信终端相连。
一种水利水电工程下泄生态流量实时监测方法,该方法是在非接触式雷达流量监测仪获取流量数据后,按照设定的时间间隔将信息发送至数据采集器,数据采集器对接收到的数据进行储存,并通过GSM/GPRS通信终端将流量数据按照设定的时间间隔以移动通信短消息SMS的形式将数据远程传输至服务器,从而实现对水利水电工程下泄生态流量进行实时监测。
所述GSM/GPRS通信终端集成SIM卡读写器,具备RS-232接口,工作环境环境温度为-20~+70℃,数据速率为9600bps。
所述GPRS/GSM通信终端嵌入了TCP/IP协议,与数据采集器接口采用RS-232C标准接口,与数据采集器的通信协议采用AT指令。
所述数据采集器的工作环境温度为-10℃~45℃。
所述非接触式雷达流量监测仪的主要技术参数如下:
适用流速范围:0.2m/s~8m/s,分辨率:1mm/s;
适用水位范围:0~70m,分辨率:1mm;
流量测量精度:误差率<5%;
数字接口:RS-232。
本发明具有如下显著优点:
(1)采用本发明所述的下泄生态流量实时监测系统,可全天无人值守,实时自动监测、存储、远程传输水利水电工程下泄生态流量数据,从而实现对水利水电工程下泄生态流量的实时动态自动化远程监管;
(2)本发明采用非接触式雷达流量监测仪采集下泄流量数据,适用流速范围为0.2m/s~8m/s,分辨率为1mm/s,适用水位范围为0-70m,分辨率为1mm,流量测量误差率<5%;
(3)本发明数据采集存储器可设置数据流量数据采集时间间隔,并自动采集、存贮和发送实时流量数据,能存储1年以上的测量结果数据;当监控中心或特定的手机终端通过GSM/GPRS远程请求时,可按照指令要求,通过GSM/GPRS通信终端发送流量数据;
(4)本发明采用太阳能电池板作为供电电源,能保证在45天连续阴雨的情况下能维持非接触式雷达流量监测仪、数据采集器、GSM/GPRS通信终端正常供电,并且在连续45天阴雨天后,太阳能电池应能在15天内将蓄电池充足。
附图说明
图1为本发明的结构框图;
图2为本发明所述生态流量实时监测系统的结构示意图;
图3为本发明中非接触式雷达流量监测仪、数据采集器及GSM/GPRS通信终端之间的数据传输示意图。
图中:1-供电电源,2-流量监测设备,3-数据采集设备,4-数据传输设备,5-服务器,6-设备箱,7-电源箱,11-太阳能电池板,12-充电控制器,13-蓄电池组,21-非接触式雷达流量监测仪,22-基架,31-数据采集器,41-GSM/GPRS通信终端。
具体实施方式
下面结合附图进一步描述本发明的技术方案,但要求保护的范围并不局限于所述。
如图1至图3所示,一种水利水电工程下泄生态流量实时监测系统,包括供电电源1、流量监测设备2、数据采集设备3、数据传输设备4及服务器5,所述供电电源2分别与流量监测设备2、数据采集设备3及数据传输设备4相连,所述流量监测设备2的输出端与数据采集设备3的输入端相连,用于采集下泄流量数据;数据采集设备3的输出端与数据传输设备4的输入相连,用于自动储存流量数据;数据传输设备4的输出端与服务器5相连,用于远程自动传输流量数据。
所述流量监测设备2由非接触式雷达流量监测仪21和基架22组成,其中非接触式雷达流量监测仪21安装在基架22上,并设置于选定的流量监测断面处。
所述数据采集设备3为数据采集器31,数据传输设备4为GSM/GPRS通信终端41,其中数据采集器31及GSM/GPRS通信终端41安装于设备箱6中,数据采集器31通过数据线与非接触式雷达流量监测仪21相连,GSM/GPRS通信终端41通过数据线与数据采集器31相连。
所述供电电源1由太阳能电池板11、充电控制器12、蓄电池组13组成,其中充电控制器12和蓄电池组13安装在电源箱7内,太阳能电池板11固定在电源箱7顶部。
所述的太阳能电池板11、充电控制器12和蓄电池组13安装于一体化设备箱中,并通过电源线与非接触式雷达流量监测仪21、数据采集器31及GSM/GPRS通信终端41相连。
所述数据采集器31的工作环境温度为-10℃~45℃。
所述非接触式雷达流量监测仪21的主要技术参数如下:
适用流速范围:0.2m/s~8m/s,分辨率:1mm/s;
适用水位范围:0~70m,分辨率:1mm;
流量测量精度:误差率<5%;
数字接口:RS-232。
如图2所示,GSM/GPRS通信终端41集成SIM卡读写器,具备RS-232接口,工作环境环境温度为-20~+70℃,数据速率为9600bps。可根据用户设置,定时以手机短信方式,发送测站流量信息到指定用户手机;可实时响应用户手机的短信查询命令,按短信内容进行信息回复。GPRS/GSM通信终端41嵌入了TCP/IP协议,与数据采集器31接口采用RS-232C标准接口,与数据采集器31的通信协议采用AT指令。
非接触式雷达流量监测仪21获取流量数据后,按照设定的时间间隔将信息发送至数据采集器31,数据采集器31对接收到的数据进行储存,并通过GSM/GPRS通信终端41将流量数据按照设定的时间间隔以移动通信短消息SMS的形式将数据远程传输至服务器5;从而实现对水利水电工程下泄生态流量进行实时监测。GSM/GPRS通信终端41还可实时响应特定手机用户的短信查询命令,按短信内容进行信息回复。
本发明所采用非接触式雷达流量监测仪21进行测流。非接触式雷达流量监测仪21与其他现有测流方式相比,其优点在于:
(1)非接触、安全低损、少维护、无泥沙影响。
(2)在洪水期高流速条件下也能进行测验。
(3)能耗低,一般太阳能供电既可满足测流需要。
(4)安装简单,土建量很少,运行可靠、稳定。
本发明数据采集利用目前的成熟产品数据采集器(RTU)来完成,可实现流量数据采集,存贮传输控制,它与无线电台或有线信道连接完成无线或有线数据传输。
本发明采用稳定成熟的移动通信短消息业务(ShortMessageService)进行数据传输。利用GPRS/GSM无线数据通信终端实现数据的接收和发送。GPRS/GSM通信终端嵌入了TCP/IP协议,与数据采集器接口采用RS-232C标准接口,与数据采集器的通信协议采用AT指令,性能稳定,利于维护。采用该技术方案的优点在于:
(1)利用公网,不需自建和维护通讯网;
(2)通信平台(GSM)有保障,且不同站点的传输信号之间不易产生相互干扰;
(3)通信速率较高,可达19.2Kbps;
(4)通信线路和设备不易遭受雷电袭击和人为破坏;
(5)组网灵活,站点的变动和扩充容易;
(6)设备耗电省,费用低。
(7)能充分利用移动通信网络的双向通信能力,利用该功能可实现对流量监测系统的有效监控。

Claims (10)

1.一种水利水电工程下泄生态流量实时监测系统,包括供电电源(1)、流量监测设备(2)、数据采集设备(3)、数据传输设备(4)及服务器(5),所述供电电源(2)分别与流量监测设备(2)、数据采集设备(3)及数据传输设备(4)相连,其特征在于:所述流量监测设备(2)的输出端与数据采集设备(3)的输入端相连,用于采集下泄流量数据;数据采集设备(3)的输出端与数据传输设备(4)的输入相连,用于自动储存流量数据;数据传输设备(4)的输出端与服务器(5)相连,用于远程自动传输流量数据。
2.根据权利要求1所述的一种水利水电工程下泄生态流量实时监测系统,其特征在于:所述流量监测设备(2)由非接触式雷达流量监测仪(21)和基架(22)组成,其中非接触式雷达流量监测仪(21)安装在基架(22)上,并设置于选定的流量监测断面处。
3.根据权利要求1所述的一种水利水电工程下泄生态流量实时监测系统,其特征在于:所述数据采集设备(3)为数据采集器(31),数据传输设备(4)为GSM/GPRS通信终端(41),其中数据采集器(31)及GSM/GPRS通信终端(41)安装于设备箱(6)中,数据采集器(31)通过数据线与非接触式雷达流量监测仪(21)相连,GSM/GPRS通信终端(41)通过数据线与数据采集器(31)相连。
4.根据权利要求1所述的一种水利水电工程下泄生态流量实时监测系统,其特征在于:所述供电电源(1)由太阳能电池板(11)、充电控制器(12)、蓄电池组(13)组成,其中充电控制器(12)和蓄电池组(13)安装在电源箱(7)内,太阳能电池板(11)固定在电源箱(7)顶部。
5.根据权利要求4所述的一种水利水电工程下泄生态流量实时监测系统,其特征在于:所述的太阳能电池板(11)、充电控制器(12)和蓄电池组(13)安装于一体化设备箱中,并通过电源线与非接触式雷达流量监测仪(21)、数据采集器(31)及GSM/GPRS通信终端(41)相连。
6.一种水利水电工程下泄生态流量实时监测方法,其特征在于:该方法是在非接触式雷达流量监测仪(21)获取流量数据后,按照设定的时间间隔将信息发送至数据采集器(31),数据采集器(31)对接收到的数据进行储存,并通过GSM/GPRS通信终端(41)将流量数据按照设定的时间间隔以移动通信短消息SMS的形式将数据远程传输至服务器(5),从而实现对水利水电工程下泄生态流量进行实时监测。
7.根据权利要求6所述的一种水利水电工程下泄生态流量实时监测方法,其特征在于:所述GSM/GPRS通信终端(41)集成SIM卡读写器,具备RS-232接口,工作环境环境温度为-20~+70℃,数据速率为9600bps。
8.根据权利要求6所述的一种水利水电工程下泄生态流量实时监测方法,其特征在于:所述GPRS/GSM通信终端(41)嵌入了TCP/IP协议,与数据采集器(31)接口采用RS-232C标准接口,与数据采集器(31)的通信协议采用AT指令。
9.根据权利要求6所述的一种水利水电工程下泄生态流量实时监测方法,其特征在于:所述数据采集器(31)的工作环境温度为-10℃~45℃。
10.根据权利要求6所述的一种水利水电工程下泄生态流量实时监测方法,其特征在于:所述非接触式雷达流量监测仪(21)的主要技术参数如下:
适用流速范围:0.2m/s~8m/s,分辨率:1mm/s;
适用水位范围:0~70m,分辨率:1mm;
流量测量精度:误差率<5%;
数字接口:RS-232。
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