CN105334786A - 一种河道生态环境场景与水利设施监控终端 - Google Patents

一种河道生态环境场景与水利设施监控终端 Download PDF

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张文艺
吴旭鹏
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Abstract

本发明提供了一种河道生态环境场景与水利设施监控终端，针对政府及相关河道监管部门无法及时、准确地了解河道水文景观与污染这一难题，本发明提供一种基于GPRS数据传输的智能终端，实现对河道景观、水位和感观指标的实时在线监管或监督。通过具有云台装置的高清摄像头，得知水面及沿岸的情景实况，通过开发具有电信采集与无线传输功能的职能终端，将其并联接入河道人工增氧机及排洪闸的控制系统中，通过相应的传感器，完成定时对水质参数的采集(温度、水位、浊度等参数)。再通过GPRS无线通讯模块，实现对河道景观、水位及水质的远程监控。本发明提供的这种监控终端具有投入成本低，运行操作方便，环境适应性强，对接收设备要求低等特点，使用者只要处于GPRS信号范围内，即可接收到智能终端发出的信息，不受时空限制。

Description

一种河道生态环境场景与水利设施监控终端
一、技术领域
本发明涉及河道生态领域，具体涉及一种河道生态环境场景与水利设施监控终端。
二、背景技术
河道是村镇生产生活的基础性设施，承担防洪排涝、农业灌溉、饮用水源和生活环境美化等重要公益性作用。由于环保意识淡薄，尽管国家有多种河道保护法律、法规及政策规定，但农村河道的污染及管护一直是环保部门的坚要难点。由于村镇河道分布广泛，需要大量的人力物力来进行定期、定点的维护(开关人工增氧机、排涝水泵，打开排洪闸泄洪等)。加之部分居民环保意识淡薄，将生活垃圾直接丢弃在河道中，导致河道表面漂浮着大量的生活垃圾，严重影响了河道水质和河道景观。河道管护部门由于无法及时、准确地了解河道相关情况，相关监管工作也难以开展。一些重要城市河道，政府及相关监管部门可以建设在线设备，通过在线设施获取河道的水质指标，从而实时监控河道景观和水质的变化。但这些在线监控设备大多价格昂贵、运行成本高、而且需要专门技术人员进行管理维护。如一套水质在线COD、NH3-N、TP检测仪器需要投入50万元以上，然而对于工作来说，资金有限，难以安装这些在线监控设备。
三、发明内容
鉴于上述政府环保及相关监管部门难以监控村镇河道景观、水位及水质这些难题，本发明提供一种基于GPRS数据传输的智能终端，实现对河道景观、水位和感观指标的实时在线监管或监督。
本发明的主要原理：河道控制设备有排洪闸、人工增氧泵、排涝水泵、水位计、及相关电气开关等组成。通过开发具有电信号采集与无线传输功能的智能终端，将其并联接入河道人工增氧机、排涝水泵及排洪闸的控制系统(即开关柜)，从而定时采集控制系统的开关量信号，据此判断人工增氧机、排涝水泵及排洪闸何时关、何时开及通电时长，并同步利用电器设备的电磁学效应理论，通过特定传感器信号感知智能设备的电磁感应电流和电压，从而判定设备是否运转，通过智能终端内部的微型计算机(CPU)，利用给定数学模型判定设备的运行工况。在重点关注河段通过带有云台装置的高清摄像头拍摄水面的全景视频照片，从而得知水面及沿岸的情景实况。在水体中放置参照物，再利用摄像头拍摄照片，通过观察参照物的清晰度来判定河水的透明度，从而初步确定河道水质感观指标。通在相关采样点上安装温度传感器以及超声波液位计，来获得河水水质、水位及水文数据。再通过GPRS无线通讯模块，将智能终端采集并处理的河道河水指标工况数据，通过GPRS公共数据传输平台，以手机短消息(彩信或普通文本短信)的形式发送至政府及相关监管部门的接收终端。
本发明具有以下优点：
(1)本终端成本低、技术原理简单、相关配件耗材少，所有备件均可从电子商品市场购置。
(2)本终端既监控河道设施运行工况，同时也采集河道景观图像。具有投入成本低、自动运行、无需专人管理维护等特点。
(3)本终端与现有设备并联接入，不破坏、不影响、不干涉既有河道设施控制系统的正常运行，实现与既有设备控制系统的100％兼容和无缝对接。
(4)本终端具有对恶劣气象环境条件适应性强、信号传输可靠及数据传输费用低等优势。由于利用GPRS公共数据传输平台，因而对数据传输没有硬件设施要求，即凡是有手机信号的地方均可安装、使用。
(5)本终端对接收设备要求低，任何手机电脑及其他GPRS终端均可接收，基本不需投入专门费用购置接收终端，方便众多相关监管人员同时使用。由于利用GPRS公共数据传输平台，使用者只要处于GPRS信号范围内(如中国移动、中国联通、中国电信等运营商)，均可接收到智能终端发出的信息，不受时空限制。
四、附图说明
附图1为本发明的示意图。
1.全景高清摄像头单元；2.温度传感器单元；3.超声波液位计单元；4.现有用电单元接入端口；5.基于电磁效应的用电工况感知单元；6.终端控制单元；7.输出单元；8.GPRS发射天线单元；9.微型计算机(CPU)；10.电源；11.存储器；12.时钟芯片；13.开关量信号输入单元；14.模拟量信号输入单元；15.GPRS信号发送单元；16.电路线路板单元(上述4-16单元及相关电子元器件均用电子器件焊接的方式固定于电路线路板单元，并用防水油漆涂料作防水、防湿和防尘处理)；17.标准化外接线端子；18.终端外壳(为普通钢制并作防锈处理或不锈钢及塑料制造)；19.输出接线端；20.输入接线端；21.天线接线端；22.CRT显示接线端。
附图2为河道现场安装示意图。
1.全景高清摄像头1；2.全景高清摄像头2；3.全景高清摄像头3；4.全景高清摄像头4；5.人工增氧机；6.排涝泵站；7.排洪闸；8.监控接收终端；9.控制室。
五、具体实施方式
如附图1和附图2所示，本发明由全景高清摄像头单元1、温度传感器单元2、超声波液位计单元3、用电单元接入端口(人工增氧机继电器、排涝水泵继电器、排洪闸继电器)4、基于电磁效应的用电设备工况感知单元(人工增氧机电机传感器、排涝水泵传感器、排洪闸电机传感器)5、终端控制单元6、输出单元7、GPRS发射天线单元8共8个单元组成。各单元内部组成及实施方式分述如下：
(1)全景高清摄像头带有云台装置，通过USB接口与监控终端连接，每隔一段时间拍一次河面以及河岸的全景照片，将拍摄下来的照片存储在终端控制单元的存储器中。
(2)温度传感器和超声波液位计通过RS232接口与终端控制单元连接，将测得的水体水温与水位数据实时地传送给终端控制单元，终端控制单元将这些数据处理后存储在存储器中。
(3)用电单元接入端口并联接入现有河道设备控制系统(如开关柜)，根据开关单元数量，确定开关量输入总数，此开关量数据直接接入终端控制单元的开关量信号接入端。
(4)基于电磁效应的用电工况感知单元，由电磁互感线圈和信号放大器构成。当用电设备正常运行时，依据电磁学原理，其电机设备周边必将有一定强度的电磁场，电磁感应线圈上将产生一定大小的交流电流、电压信号，并通过信号放大器放大后，输入CPU，从而感知、判定设备是否正常运转。此信号与用电单元接入端口对应设备信号互补，即可精确判定设备运行工况。若设备用电开关开了，无一定强度感应信号，表明该设备运行异常。电磁感应线圈可于电子商品市场购置。
(5)感应信号通过终端单元内部的模块量输入单元转化为数字量信号，输入终端控制单元。终端控制单元，是本智能终端的“心脏”或“大脑”，它由CPU9、电源10、存储器11、时钟芯片12及开关量信号输入单元13、控制量信号输入单元14、GPRS信号发送单元15、电路单元16、标准化外接线17、终端外壳等组成18，负责采集、运算、存储、发送设备工况信息。
(6)输出单元由输入接线端19、输出接线端20、天线接线端21、CRT显示接线端22组成。输入、输出接线端单元由输入、输出2个模块组成。输入模块负责从编程计算机下载无线终端的CPU计算机程序，并通过CRT显示终端于应用现场实时调节监控相关变量或参数。输出接线端由GPRS发射天线组成，其长度可依据终端所处位置确定。
(7)图1中1-15单元及相关电子元器件均用电子器件焊接的方式固定于电路线路板单元，并用防水油漆涂料作防水、防湿和防尘处理。
(8)终端外壳18为普通钢制并作防尘处理或不锈钢及塑料制造。
(9)本发明所用的器材和元器件均可于电子商品市场购置。
将上述河道生态环境场景与水利设施监控终端并联接入河道人工增氧机、排涝水泵及排洪闸的控制系统(即开关柜)，从而定时采集控制系统的开关量信号，据此判断人工增氧机、排涝水泵及排洪闸何时关、何时开及通电时长，并同步利用电器设备的电磁学效应理论，通过特定传感器信号感知智能设备的电磁感应电流和电压，从而判定设备是否运转，通过智能终端内部的微型计算机(CPU)，利用给定数学模型判定设备的运行工况。在重点关注河段通过带有云台装置的高清摄像头拍摄水面的全景视频照片，从而得知水面及沿岸的情景实况。在水体中放置参照物，再利用摄像头拍摄照片，通过观察参照物的清晰度来判定河水的透明度，从而初步确定河道水质感观指标。通在相关采样点上安装温度传感器以及超声波液位计，来获得河水水质、水位及水文数据。再通过GPRS无线通讯模块，将智能终端采集并处理的河道河水指标工况数据，通过GPRS公共数据传输平台，以手机短消息(彩信或普通文本短信)的形式发送至政府及相关监管部门的接收终端。

Claims (4)

1.一种河道生态环境场景与水利设施监控终端，其特征在于：该终端由用电单元接入端口、基于电磁感应的用电设备工况感知单元、终端控制单元、输出单元、GPRS发射天线单元共5个单元组成。
2.根据权利要求1所述的一种河道生态环境场景与水利设施监控终端，其特征在于：用电单元接入端口并联接入现有河道设备控制系统(如开关柜)，根据开关单元数量，确定开关量输入总数，即：人工增氧机继电器(开关)、排涝水泵继电器(开关)、排洪闸继电器(开关)；其控制系统(即开关柜)主要由人工增氧机电机传感器、排涝水泵传感器、排洪闸电机传感器组成。
3.根据权利要求1所述的一种河道生态环境场景与水利设施监控终端，其特征在于：基于电磁效应的用电工况感知单元，由电磁互感线圈和信号放大器构成。当用电设备正常运行时，其电机设备周边必将有一定强度的电磁场，特制的采集线圈上产生一定大小的交流电流和电压信号，通过信号放大器放大和模拟转换后，输入CPU，从而感知、判定设备运转工况。
4.根据权利要求1所述的一种河道生态环境场景与水利设施监控终端，其特征在于：感应信号通过终端单元内部的模块量输入单元转化为数字量信号，输入终端控制单元。终端控制单元，是本智能终端的“心脏”或“大脑”，它由CPU、电源、存储器、时钟芯片及开关量信号输入单元、控制量信号输入单元、GPRS信号发送单元、电路单元、标准化外接线、终端外壳等组成，负责采集、运算、存储、发送设备工况信息。
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