CN107564257A - 一种地理水文数据采集展示系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地理水文数据采集展示系统，包括人机操作模块、地理水文数据采集模块、地理水文空间信息监测模块、视频数据采集模块、监控中心、预测分析模块、预警评估模块、全息投影系统、地理水文数据管理系统和人机交互模块。本发明能够快速实时获取地理水文数据并进行分析，根据分析结果迅速发出预警，且可以通过全息投影系统，将地理水文情况展现在工作人员的面前，使得工作人员可以身临其境的观察地理水文的变化情况，为治理措施的制定提供了可靠的参考。

Description

一种地理水文数据采集展示系统

技术领域

本发明地理水文监测领域，特别是指一种地理水文数据采集展示系统。

背景技术

地理水文监测数据是经济社会发展的重要基础，是保障城市防汛安全、水源地供水安全、船舶运输安全等重要支撑。因此，及时、准确地获取这类实时监测数据信息意义重大。

由于影响地理水文变化的因素较多，如河流水文变化受制于上下游来水、大气降雨等因素，导致监测工作比较复杂，无法简单从一个监测点的数据反映整个城市或流域的水文变化，有的城市的水文变化还受制于潮流、洋流的变化，监测工作更为复杂。为更合理的反映一个区域水文变化，必须在上下游、水域陆域设立多个监测点位以及完善的数据传输体系，以形成一个高监测频率、多监测指标、快数据传输、高效率存储的水文监测站网。但由于监测手段和方法差异较大，对水文实时采集数据分析整编不够完整和及时，无法充分发挥监测数据对相关行业发展的支撑，制约了地区预警防灾工作效率；同时，现有监测系统所检测到的数据也均为简单的数据或者图形形式，工作人员无法身临其境的观察地理水文的实质情况。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种地理水文数据采集展示系统，能够快速实时获取地理水文数据并进行分析，根据分析结果迅速发出预警，且可以通过全息投影系统，将地理水文情况展现在工作人员的面前，使得工作人员可以身临其境的观察地理水文的变化情况，为治理措施的制定提供了可靠的参考。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种地理水文数据采集展示系统，包括

人机操作模块，用于输入控制命令、数据调用命令以及其他相关数据；

地理水文数据采集模块，包括传感器节点模块、GNSS基准站子系统和地表形变监测装置，用于实时获取待监测段的地理水文数据，并将采集到的数据通过数据传输模块发送到监控中心；

地理水文空间信息监测模块，通过固定高程校正点获取地理水文空间信息，并将获取的地理水文空间信息通过数据传输模块发送到监控中心；

视频数据采集模块，用于进行相关视频数据的采集，并将采集到的数据通过数据传输模块发送到监控中心，包括用于重要控制断面和排污口视频监视的固定监测站点子模块，用于流域的控制性水库、梯级电站和取水口视频监视的接入站点子模块和用于流动视频监视的流动监视点子模块；

监控中心，用于将接收并标准化集中存储所采集到的地理水文相关数据，并将标准化后的地理水文相关数据发送到预测分析模块和专家评估模块，并储存于数据库内；用于将接收到的相关地理水文数据转换为全息投影系统所能识别的格式发送到全息投影系统；用于接收人机操作模块输入的数据调用命令，在数据库内调用相应的数据发送到显示屏进行显示；还用于接收人机操作模块输入的控制命令，并按照预设的算法将其发送到对应的模块；

预测分析模块，采用统计回归和数据驱动方法建立短期预测单元，利用采集到的相关地理水文数据生成短期地理水文预报信息，发送到对应的数据库进行储存，并发送到人机交互模块进行显示；

预警评估模块，用于储存各类典型的地理水文相关数据以及其所可能带来的灾害情况，用于将接收到的地理水文相关数据与所存储的数据进行类似度对比，并将比对结果按照相似度进行升序或降序排序后，发送给显示屏；

全息投影系统，包括空气屏幕生成系统、若干组3D投影仪和可编程控制器，用于根据监控中心发送的数据和控制命令完成这些数据的三维展示；

地理水文数据管理系统，由数据库管理子系统和应用支撑平台子系统组成，用于辅以形成地理水文预警管理、水量调度管理、水质监控管理和综合信息服务；所述数据库管理子系统，用以通过流域地理水文数据中心的数据存储和管理平台，形成工程基础数据库、遥感影像数据库、基础地理数据库、社会经济数据库这些公共基础数据库，同时形成服务于各业务应用的适合全流域实际情况的调度管理数据库、运行工况数据库、实时监测数据库、水情数据库、水质数据库、视频监控数据库、气象数据库这些专业数据库；所述应用支撑平台子系统，用于平台硬件系统的部署，应用服务中间件、应用系统整合及数据交换组件及GIS服务构件的部署配置，通用服务的部署，专用服务的部署，覆盖数据采集、传输、处理、存储、应用、决策辅助和发布各个环节；

人机交互模块，由高性能服务器及其显示终端组成，对地质水文数据、相关视频数据、数据预处理中间过程、预测分析的结果进行图像化展示；同时用于实现监测信息图形化、预测结果显示、操作员站、管理终端、视频监控系统的多画面同步展示。

其中，所述传感器节点模块由传感器模块、处理器模块、ZigBee无线通信芯片、电源管理模块构成，传感器模块由多个功能传感器组成，用于定时定量检测采集待监测站点的流量、流速、水位、水温、泥沙、浊度、酸碱度、电导度、溶解氧、生化需氧量、化学需氧量、营养盐和叶绿素参数。

其中，所述固定监测站点子模块包括网络视频编码器、本地硬盘存储、监控摄像机、云台及云台解码器。

其中，所述数据传输模块包括GPRS网络、有线通信网络、远程无线网络、超远程无线网络和电台通信中的至少一种，无线传输终端运用GPRS或3G技术将数据传出，采集的信息通过无线通信方式进行通信传输，并组成流域地理水文无线传感器监测分布式网络，通过协议协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息，再将采集来的数据信息，通过优化后经无线通讯传输到监控中心。

其中，所述接入站点子模块由网络视频编码器和本地硬盘存储组成，所述流动监视点子模块由安装在流动的监测站点上的便携式无线视频终端和高清摄像机组成；所述流动监视点子模块，由视频转发服务器、视频管理服务器、视频数据管理服务器和视频工作站组成，用于流动视频监测。

其中，所述GNSS基准站子系统包括北斗模块、CORS专用天线、馈线、避雷针、馈线避雷器、电源避雷器、强制对中装置、观测墩，架设在观测墩顶部强制对中装置的CORS专用天线用馈线连接CORS专用接收机的GNSS接口，馈线避雷器连接避雷针和电源避雷器，北斗模块实时跟踪、采集、传输、存储GNSS卫星数据，并将结果发送到监控中心。

其中，所述地表形变监测装置包括可移动底座、竖直安装在可移动底座上的GPS观测杆以及通过带伺服装置的旋转轴安装在可移动底座上的InSAR人工角反射器，可移动底座上还埋设有高出可移动底座面的水准测量标志。

其中，还包括一供电装置，供电装置为太阳能发电机、风力发电机中的一种或两种。

本发明具有以下有益效果：

能够快速实时获取地理水文数据并进行分析，根据分析结果迅速发出预警，且可以通过全息投影系统，将地理水文情况展现在工作人员的面前，使得工作人员可以身临其境的观察地理水文的变化情况，为治理措施的制定提供了可靠的参考。采用ZigBee网络拓扑结构，从而满足了多节点、大面积的监测需求。

附图说明

图1为本发明的一种地理水文数据采集展示系统的原理框图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

如图1所示，本发明实施例提供了一种地理水文数据采集展示系统，包括

人机操作模块，用于输入控制命令、数据调用命令以及其他相关数据；

地理水文数据采集模块，包括传感器节点模块、GNSS基准站子系统和地表形变监测装置，用于实时获取待监测段的地理水文数据，并将采集到的数据通过数据传输模块发送到监控中心；所述传感器节点模块由传感器模块、处理器模块、ZigBee无线通信芯片、电源管理模块构成，传感器模块由多个功能传感器组成，用于定时定量检测采集待监测站点的流量、流速、水位、水温、泥沙、浊度、酸碱度、电导度、溶解氧、生化需氧量、化学需氧量、营养盐和叶绿素参数。所述GNSS基准站子系统包括北斗模块、CORS专用天线、馈线、避雷针、馈线避雷器、电源避雷器、强制对中装置、观测墩，架设在观测墩顶部强制对中装置的CORS专用天线用馈线连接CORS专用接收机的GNSS接口，馈线避雷器连接避雷针和电源避雷器，北斗模块实时跟踪、采集、传输、存储GNSS卫星数据，并将结果发送到监控中心。所述地表形变监测装置包括可移动底座、竖直安装在可移动底座上的GPS观测杆以及通过带伺服装置的旋转轴安装在可移动底座上的InSAR人工角反射器，可移动底座上还埋设有高出可移动底座面的水准测量标志。

地理水文空间信息监测模块，通过固定高程校正点获取地理水文空间信息，并将获取的地理水文空间信息通过数据传输模块发送到监控中心；

视频数据采集模块，用于进行相关视频数据的采集，并将采集到的数据通过数据传输模块发送到监控中心，包括用于重要控制断面和排污口视频监视的固定监测站点子模块，用于流域的控制性水库、梯级电站和取水口视频监视的接入站点子模块和用于流动视频监视的流动监视点子模块；所述固定监测站点子模块包括网络视频编码器、本地硬盘存储、监控摄像机、云台及云台解码器。所述接入站点子模块由网络视频编码器和本地硬盘存储组成，所述流动监视点子模块由安装在流动的监测站点上的便携式无线视频终端和高清摄像机组成；所述流动监视点子模块，由视频转发服务器、视频管理服务器、视频数据管理服务器和视频工作站组成，用于流动视频监测。

监控中心，用于将接收并标准化集中存储所采集到的地理水文相关数据，并将标准化后的地理水文相关数据发送到预测分析模块和专家评估模块，并储存于数据库内；用于将接收到的相关地理水文数据转换为全息投影系统所能识别的格式发送到全息投影系统；用于接收人机操作模块输入的数据调用命令，在数据库内调用相应的数据发送到显示屏进行显示；还用于接收人机操作模块输入的控制命令，并按照预设的算法将其发送到对应的模块；

预测分析模块，采用统计回归和数据驱动方法建立短期预测单元，利用采集到的相关地理水文数据生成短期地理水文预报信息，发送到对应的数据库进行储存，并发送到人机交互模块进行显示；

预警评估模块，用于储存各类典型的地理水文相关数据以及其所可能带来的灾害情况，用于将接收到的地理水文相关数据与所存储的数据进行类似度对比，并将比对结果按照相似度进行升序或降序排序后，发送给显示屏；

全息投影系统，包括空气屏幕生成系统、若干组3D投影仪和可编程控制器，用于根据监控中心发送的数据和控制命令完成这些数据的三维展示；

地理水文数据管理系统，由数据库管理子系统和应用支撑平台子系统组成，用于辅以形成地理水文预警管理、水量调度管理、水质监控管理和综合信息服务；所述数据库管理子系统，用以通过流域地理水文数据中心的数据存储和管理平台，形成工程基础数据库、遥感影像数据库、基础地理数据库、社会经济数据库这些公共基础数据库，同时形成服务于各业务应用的适合全流域实际情况的调度管理数据库、运行工况数据库、实时监测数据库、水情数据库、水质数据库、视频监控数据库、气象数据库这些专业数据库；所述应用支撑平台子系统，用于平台硬件系统的部署，应用服务中间件、应用系统整合及数据交换组件及GIS服务构件的部署配置，通用服务的部署，专用服务的部署，覆盖数据采集、传输、处理、存储、应用、决策辅助和发布各个环节；

人机交互模块，由高性能服务器及其显示终端组成，对地质水文数据、相关视频数据、数据预处理中间过程、预测分析的结果进行图像化展示；同时用于实现监测信息图形化、预测结果显示、操作员站、管理终端、视频监控系统的多画面同步展示；

供电装置，供电装置为太阳能发电机、风力发电机中的一种或两种。

所述数据传输模块包括GPRS网络、有线通信网络、远程无线网络、超远程无线网络和电台通信中的至少一种，无线传输终端运用GPRS或3G技术将数据传出，采集的信息通过无线通信方式进行通信传输，并组成流域地理水文无线传感器监测分布式网络，通过协议协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息，再将采集来的数据信息，通过优化后经无线通讯传输到监控中心。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种地理水文数据采集展示系统，其特征在于，包括

人机操作模块，用于输入控制命令、数据调用命令以及其他相关数据；

地理水文数据采集模块，包括传感器节点模块、GNSS基准站子系统和地表形变监测装置，用于实时获取待监测段的地理水文数据，并将采集到的数据通过数据传输模块发送到监控中心；

地理水文空间信息监测模块，通过固定高程校正点获取地理水文空间信息，并将获取的地理水文空间信息通过数据传输模块发送到监控中心；

视频数据采集模块，用于进行相关视频数据的采集，并将采集到的数据通过数据传输模块发送到监控中心，包括用于重要控制断面和排污口视频监视的固定监测站点子模块，用于流域的控制性水库、梯级电站和取水口视频监视的接入站点子模块和用于流动视频监视的流动监视点子模块；

监控中心，用于将接收并标准化集中存储所采集到的地理水文相关数据，并将标准化后的地理水文相关数据发送到预测分析模块和专家评估模块，并储存于数据库内；用于将接收到的相关地理水文数据转换为全息投影系统所能识别的格式发送到全息投影系统；用于接收人机操作模块输入的数据调用命令，在数据库内调用相应的数据发送到显示屏进行显示；还用于接收人机操作模块输入的控制命令，并按照预设的算法将其发送到对应的模块；

预测分析模块，采用统计回归和数据驱动方法建立短期预测单元，利用采集到的相关地理水文数据生成短期地理水文预报信息，发送到对应的数据库进行储存，并发送到人机交互模块进行显示；

预警评估模块，用于储存各类典型的地理水文相关数据以及其所可能带来的灾害情况，用于将接收到的地理水文相关数据与所存储的数据进行类似度对比，并将比对结果按照相似度进行升序或降序排序后，发送给显示屏；

全息投影系统，包括空气屏幕生成系统、若干组3D投影仪和可编程控制器，用于根据监控中心发送的数据和控制命令完成这些数据的三维展示；

地理水文数据管理系统，由数据库管理子系统和应用支撑平台子系统组成，用于辅以形成地理水文预警管理、水量调度管理、水质监控管理和综合信息服务；所述数据库管理子系统，用以通过流域地理水文数据中心的数据存储和管理平台，形成工程基础数据库、遥感影像数据库、基础地理数据库、社会经济数据库这些公共基础数据库，同时形成服务于各业务应用的适合全流域实际情况的调度管理数据库、运行工况数据库、实时监测数据库、水情数据库、水质数据库、视频监控数据库、气象数据库这些专业数据库；所述应用支撑平台子系统，用于平台硬件系统的部署，应用服务中间件、应用系统整合及数据交换组件及GIS服务构件的部署配置，通用服务的部署，专用服务的部署，覆盖数据采集、传输、处理、存储、应用、决策辅助和发布各个环节；

人机交互模块，由高性能服务器及其显示终端组成，对地质水文数据、相关视频数据、数据预处理中间过程、预测分析的结果进行图像化展示；同时用于实现监测信息图形化、预测结果显示、操作员站、管理终端、视频监控系统的多画面同步展示。

2.根据权利要求1所述的一种地理水文数据采集展示系统，其特征在于，所述传感器节点模块由传感器模块、处理器模块、ZigBee无线通信芯片、电源管理模块构成，传感器模块由多个功能传感器组成，用于定时定量检测采集待监测站点的流量、流速、水位、水温、泥沙、浊度、酸碱度、电导度、溶解氧、生化需氧量、化学需氧量、营养盐和叶绿素参数。

3.根据权利要求1所述的一种地理水文数据采集展示系统，其特征在于，所述固定监测站点子模块包括网络视频编码器、本地硬盘存储、监控摄像机、云台及云台解码器。

4.根据权利要求1所述的一种地理水文数据采集展示系统，其特征在于，所述数据传输模块包括GPRS网络、有线通信网络、远程无线网络、超远程无线网络和电台通信中的至少一种，无线传输终端运用GPRS或3G技术将数据传出，采集的信息通过无线通信方式进行通信传输，并组成流域地理水文无线传感器监测分布式网络，通过协议协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息，再将采集来的数据信息，通过优化后经无线通讯传输到监控中心。

5.根据权利要求1所述的一种地理水文数据采集展示系统，其特征在于，所述接入站点子模块由网络视频编码器和本地硬盘存储组成，所述流动监视点子模块由安装在流动的监测站点上的便携式无线视频终端和高清摄像机组成。

6.根据权利要求1所述的一种地理水文数据采集展示系统，其特征在于，所述GNSS基准站子系统包括北斗模块、CORS专用天线、馈线、避雷针、馈线避雷器、电源避雷器、强制对中装置、观测墩，架设在观测墩顶部强制对中装置的CORS专用天线用馈线连接CORS专用接收机的GNSS接口，馈线避雷器连接避雷针和电源避雷器，北斗模块实时跟踪、采集、传输、存储GNSS卫星数据，并将结果发送到监控中心。

7.根据权利要求1所述的一种地理水文数据采集展示系统，其特征在于，所述地表形变监测装置包括可移动底座、竖直安装在可移动底座上的GPS观测杆以及通过带伺服装置的旋转轴安装在可移动底座上的InSAR人工角反射器，可移动底座上还埋设有高出可移动底座面的水准测量标志。

8.根据权利要求1所述的一种地理水文数据采集展示系统，其特征在于，还包括一供电装置，供电装置为太阳能发电机、风力发电机中的一种或两种。