CN116095123B - 一种基于北斗卫星应用的水利监测系统及方法 - Google Patents

一种基于北斗卫星应用的水利监测系统及方法 Download PDF

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CN116095123B CN202310193791.3A CN202310193791A CN116095123B CN 116095123 B CN116095123 B CN 116095123B CN 202310193791 A CN202310193791 A CN 202310193791A CN 116095123 B CN116095123 B CN 116095123B
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Abstract

本发明涉及水利监测装置的技术领域，提供了一种基于北斗卫星应用的水利监测系统及方法，包括传感终端、数据采集终端、第一通信终端、监测终端、预警终端和第二通信终端；传感终端用于实时采集水利设施的运行数据；数据采集终端用于将传感终端采集的数据进行处理并通过通信终端传输至监测终端；监测终端用于对水利设施的运行数据进行实时监测和分析，生成监测信息和分析信息；预警终端用于根据监测信息和分析信息生成预警信息；第二通信终端用于将预警信息传输至管理员的移动终端和PC端。本发明提高了对水利工程运作进行监测的效率。

Description

一种基于北斗卫星应用的水利监测系统及方法
技术领域
本发明涉及水利监测装置的技术领域，具体涉及一种基于北斗卫星应用的水利监测系统及方法。
背景技术
北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星导航系统，也是继GPS、GLONASS之后的第三个成熟的卫星导航系统。北斗卫星导航系统具有北斗短报文功能，在其他通信信号薄弱的恶劣环境中，北斗短报文通信功能仍然能正常工作。
水利监测系统用于监视河流、湖泊、水库、水利工程的运行情况，及时反应各水域的水文特征，以便相关部门做出安排，防范洪涝灾害事故的发生。水利监测系统，通过各种探测器，探测到水利的温度、湿度、风速、风向、雨量、水质、水流速、水量、视频图像或图片等数字化信息，上传到在线监测监视中心，同时可通过内部网登录各种内部管理系统和调度自动化系统。
现在已经开发出了很多水利监测系统，经过我们大量的检索与参考，发现现有技术的水利监测系统有如公开号为CN111579004A、CN105783887A、EP3380948B1、US20170292839A1、JP6771836B2所公开的水利监测系统，这些水利监测系统一般包括：岸基单元、数据采集单元和分析单元，所述岸基单元向所述数据采集单元发送指令和接收采集数据，所述数据采集单元用于采集水利工程和水体的数据，分析单元用于对数据进行整理和分析。由于上述水利监测系统的通信方式单一，运用于不同的地理环境时，易于出现通信受阻的情况，造成了降低水利监测效率的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述水利监测系统存在的不足，提出一种基于北斗卫星应用的水利监测系统及方法。
本发明采用如下技术方案：
一种基于北斗卫星应用的水利监测系统，包括传感终端、数据采集终端、第一通信终端、监测终端、预警终端和第二通信终端；
所述传感终端用于实时采集水利设施的运行数据；所述数据采集终端用于将传感终端采集的数据进行处理并通过所述第一通信终端传输至监测终端；所述监测终端用于对水利设施的运行数据进行实时监测和分析，生成监测信息和分析信息；
所述预警终端用于根据监测信息和分析信息生成预警信息；所述第二通信终端用于将预警信息传输至管理员的移动终端和PC端；
所述第一通信终端包括通信方式选取模块、LoRa通信模块、4G通信模块、北斗卫星短报文通信模块和通信控制模块；所述通信方式选取模块用于根据所述数据采集终端所在地的地理位置信息、天气信息和基站位置信息生成通信方式选取信息；所述LoRa通信模块用于将水利设施的运行数据通过LoRa通信的方式进行传输；所述4G通信模块用于将水利设施的运行数据通过4G通信的方式进行传输；所述北斗卫星短报文通信模块用于将水利设施的运行数据通过北斗卫星短报文通信的方式进行传输；所述通信控制模块用于根据通信方式选取信息控制对应的通信模块。
可选的，所述监测终端包括监测信息生成模块和分析信息生成模块；所述监测信息生成模块用于将传感终端采集的数据进行整理和格式变换，生成监测信息；所述分析信息生成模块用于将传感终端采集的数据进行分析计算，计算对应的应急指数并生成分析信息。
可选的，所述通信方式选取模块包括通信方式选取指数计算子模块和通信方式选取信息生成子模块；所述通信方式选取指数计算子模块用于根据所述数据采集终端所在地的地理位置信息、天气信息和基站位置信息计算通信方式选取指数；所述通信方式选取信息生成子模块用于根据通信方式选取指数生成通信方式选取信息；
当所述通信方式选取指数计算子模块计算时，满足以下式子：
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可选的，所述通信方式选取指数计算子模块包括通信方式选取指数计算单元和通信方式选取指数校对单元；所述通信方式选取指数计算单元用于根据所述数据采集终端所在地的地理位置信息、天气信息和基站位置信息计算通信方式选取指数；所述通信方式选取指数校对单元用于根据传输数据的数据容量和数据传输时限对通信方式选取指数进行校对；
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一种基于北斗卫星应用的水利监测方法，应用于如上述的一种基于北斗卫星应用的水利监测系统，所述监测方法包括：
S1，实时采集水利设施的运行数据；
S2，将传感终端采集的数据进行处理并通过所述第一通信终端传输至监测终端；
S3，对水利设施的运行数据进行实时监测和分析，生成监测信息和分析信息；
S4，根据监测信息和分析信息生成预警信息；
S5，将预警信息传输至管理员的移动终端和PC端。
本发明所取得的有益效果是：
1、传感终端、数据采集终端、第一通信终端、监测终端、预警终端和第二通信终端的设置使得水利监测系统的数据通信方式增加，传感终端和数据采集终端同时独立运作，从数据采集方面提高了效率，结合通信的无阻进行，进一步提高了水利监测系统的监测效率；
2、通信方式选取模块、LoRa通信模块、4G通信模块、北斗卫星短报文通信模块和通信控制模块的设置有利于丰富数据通信的方式，也优化了选择通信方式过程，通过通信控制模块直接进行控制，从而提高了水利监测系统的监测效率；
3、监测信息生成模块和分析信息生成模块的设置有利于提高监测信息的准确性和及时性，从而提高了水利监测系统的准确性和效率；
4、通信方式选取指数计算子模块和通信方式选取信息生成子模块的设置配合通信方式选取指数算法以及通信方式选取信息选择函数，有利于提高通信方式选取的准确性，提高通信方式选取信息的生成速度和准确性，从而提高了水利监测系统的监测准确性和效率；
5、通信方式选取指数计算单元和通信方式选取指数校对单元的设置配合通信方式选取指数校对算法，有利于进一步提高通信方式选取的准确性，使得水利监测系统的通信方式更加准确和智能，大大提高了水利监测系统的稳定性、自动化程度以及监测效率
6、应急指数计算子模块和分析信息生成子模块的设置配合应急指数算法以及应急等级算法，有利于进一步优化通信方式，为应急情况提供了更多的通信方式，从而大大提高了水利监测系统的稳定性、准确性和监测效率。
为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所提供的附图仅用于提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明中一种基于北斗卫星应用的水利监测方法的方法流程示意图；
图3为本发明另一实施例的整体结构示意图；
图4为本发明中无人船根据停靠间隔的排布效果示意图。
具体实施方式
以下是通过特定的具体实施例来说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本发明的优点与效果。本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。另外，本发明的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸描绘，事先声明。以下实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本发明的保护范围。
实施例一：
本实施例提供了一种基于北斗卫星应用的水利监测系统及方法。结合图1所示，一种基于北斗卫星应用的水利监测系统，包括传感终端、数据采集终端、第一通信终端、监测终端、预警终端和第二通信终端；
所述传感终端用于实时采集水利设施的运行数据；所述数据采集终端用于将传感终端采集的数据进行处理并通过所述第一通信终端传输至监测终端；所述监测终端用于对水利设施的运行数据进行实时监测和分析，生成监测信息和分析信息；
所述预警终端用于根据监测信息和分析信息生成预警信息；所述第二通信终端用于将预警信息传输至管理员的移动终端和PC端。
需要注意的是，传感终端可以包括但不限于：表面位移传感器、倾斜仪、水压计、内埋式应力计、水位计和雨量计；
所述第一通信终端包括通信方式选取模块、LoRa通信模块、4G通信模块、北斗卫星短报文通信模块和通信控制模块；所述通信方式选取模块用于根据所述数据采集终端所在地的地理位置信息、天气信息和基站位置信息生成通信方式选取信息；所述LoRa通信模块用于将水利设施的运行数据通过LoRa通信的方式进行传输；所述4G通信模块用于将水利设施的运行数据通过4G通信的方式进行传输；所述北斗卫星短报文通信模块用于将水利设施的运行数据通过北斗卫星短报文通信的方式进行传输；所述通信控制模块用于根据通信方式选取信息控制对应的通信模块。
可选的，所述监测终端包括监测信息生成模块和分析信息生成模块；所述监测信息生成模块用于将传感终端采集的数据进行整理和格式变换，生成监测信息；所述分析信息生成模块用于将传感终端采集的数据进行分析计算，计算对应的应急指数并生成分析信息。
可选的，所述通信方式选取模块包括通信方式选取指数计算子模块和通信方式选取信息生成子模块；所述通信方式选取指数计算子模块用于根据所述数据采集终端所在地的地理位置信息、天气信息和基站位置信息计算通信方式选取指数；所述通信方式选取信息生成子模块用于根据通信方式选取指数生成通信方式选取信息；
当所述通信方式选取指数计算子模块计算时，满足以下式子：
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需要注意的是，4G通信技术的最大传输距离5000米，LoRa通信技术的最大传输距离为15000米。上述公式中的5000和10000是根据监测员的经验和各种通信技术的最大传输距离确定的选择阈值。
可选的，所述通信方式选取指数计算子模块包括通信方式选取指数计算单元和通信方式选取指数校对单元；所述通信方式选取指数计算单元用于根据所述数据采集终端所在地的地理位置信息、天气信息和基站位置信息计算通信方式选取指数；所述通信方式选取指数校对单元用于根据传输数据的数据容量和数据传输时限对通信方式选取指数进行校对；
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可选的，所述分析信息生成模块包括应急指数计算子模块和分析信息生成子模块；所述应急指数计算子模块用于根据传感终端采集的数据计算对应水利工程运作情况的应急指数；所述分析信息生成子模块用于根据应急指数生成分析信息；
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一种基于北斗卫星应用的水利监测方法，应用于如上述的一种基于北斗卫星应用的水利监测系统，结合图2所示，所述监测方法包括：
S1，实时采集水利设施的运行数据；
S2，将传感终端采集的数据进行处理并通过所述第一通信终端传输至监测终端；
S3，对水利设施的运行数据进行实时监测和分析，生成监测信息和分析信息；
S4，根据监测信息和分析信息生成预警信息；
S5，将预警信息传输至管理员的移动终端和PC端。
实施例二：
本实施例包含了实施例一的全部内容，提供了一种基于北斗卫星应用的水利监测系统及方法，结合图3所示，所述水利监测系统还包括应急基站终端；所述应急基站终端用于根据监测员的指令移动对应的应急基站至对应的水域位置。所述应急基站终端包括应急控制模块、4G通信无人船和LoRa通信无人船；所述应急控制模块用于根据监测员的指令生成应急控制信息；所述4G通信无人船和LoRa通信无人船用于根据应急控制信息移动至对应的位置进行工作。
当所述应急控制模块工作时，先通过以下式子计算停靠间隔：
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再控制对应数量的无人船从所述数据采集终端的所在地点开始按照对应的停靠间隔排布在对应的位置，结合图4所示，以使得所述数据采集终端能通过对应的通信方式传输数据，提高了应急能力和应急时传输数据的效率、稳定性。
以上所公开的内容仅为本发明的优选可行实施例，并非因此局限本发明的保护范围，所以凡是运用本发明说明书及附图内容所做的等效技术变化，均包含于本发明的保护范围内，此外，随着技术发展其中的元素是可以更新的。

Claims (3)

1.一种基于北斗卫星应用的水利监测系统，其特征在于，包括传感终端、数据采集终端、第一通信终端、监测终端、预警终端和第二通信终端；
所述传感终端用于实时采集水利设施的运行数据；所述数据采集终端用于将传感终端采集的数据进行处理并通过所述第一通信终端传输至监测终端；所述监测终端用于对水利设施的运行数据进行实时监测和分析，生成监测信息和分析信息；
所述预警终端用于根据监测信息和分析信息生成预警信息；所述第二通信终端用于将预警信息传输至管理员的移动终端和PC端；
所述第一通信终端包括通信方式选取模块、LoRa通信模块、4G通信模块、北斗卫星短报文通信模块和通信控制模块；所述通信方式选取模块用于根据所述数据采集终端所在地的地理位置信息、天气信息和基站位置信息生成通信方式选取信息；所述LoRa通信模块用于将水利设施的运行数据通过LoRa通信的方式进行传输；所述4G通信模块用于将水利设施的运行数据通过4G通信的方式进行传输；所述北斗卫星短报文通信模块用于将水利设施的运行数据通过北斗卫星短报文通信的方式进行传输；所述通信控制模块用于根据通信方式选取信息控制对应的通信模块；
所述监测终端包括监测信息生成模块和分析信息生成模块；所述监测信息生成模块用于将传感终端采集的数据进行整理和格式变换，生成监测信息；所述分析信息生成模块用于将传感终端采集的数据进行分析计算，计算对应的应急指数并生成分析信息；
所述通信方式选取模块包括通信方式选取指数计算子模块和通信方式选取信息生成子模块；所述通信方式选取指数计算子模块用于根据所述数据采集终端所在地的地理位置信息、天气信息和基站位置信息计算通信方式选取指数；所述通信方式选取信息生成子模块用于根据通信方式选取指数生成通信方式选取信息；
当所述通信方式选取指数计算子模块计算时，满足以下式子：
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表示通信方式选取信息为：通过LoRa通信进行数据传输；/>
Figure QLYQS_20
表示通信方式选取信息为：通过北斗卫星短报文通信进行数据传输；
所述通信方式选取指数计算子模块包括通信方式选取指数计算单元和通信方式选取指数校对单元；所述通信方式选取指数计算单元用于根据所述数据采集终端所在地的地理位置信息、天气信息和基站位置信息计算通信方式选取指数；所述通信方式选取指数校对单元用于根据传输数据的数据容量和数据传输时限对通信方式选取指数进行校对；
当所述通信方式选取指数校对单元工作时，满足以下式子：
Figure QLYQS_27
；
Figure QLYQS_28
；
其中，
Figure QLYQS_29
表示校对后的通信方式选取指数；/>
Figure QLYQS_30
表示系数选择函数；/>
Figure QLYQS_31
表示第三指数转换系数，由监测员根据经验设定；/>
Figure QLYQS_32
表示传输数据的数据容量；/>
Figure QLYQS_33
表示数据传输时限；
当所述通信方式选取信息生成子模块根据校对后的通信方式选取指数工作时，满足以下式子：
Figure QLYQS_34
。
2.如权利要求1所述的一种基于北斗卫星应用的水利监测系统，其特征在于，所述分析信息生成模块包括应急指数计算子模块和分析信息生成子模块；所述应急指数计算子模块用于根据传感终端采集的数据计算对应水利工程运作情况的应急指数；所述分析信息生成子模块用于根据应急指数生成分析信息；
当所述应急指数计算子模块计算时，满足以下式子：
Figure QLYQS_35
；
Figure QLYQS_36
；
Figure QLYQS_37
；
Figure QLYQS_38
；
Figure QLYQS_39
；
其中，
Figure QLYQS_42
表示当天水利工程运作的应急指数；/>
Figure QLYQS_44
表示基于水位监测的水位指数确认函数；/>
Figure QLYQS_47
表示水利工程运作时水体的水位高度；/>
Figure QLYQS_49
表示水位高度阈值，由监测员根据经验设定；
Figure QLYQS_51
表示基于表面位移监测的表面位移指数确认函数；/>
Figure QLYQS_52
表示水利工程运作时传感终端采集的表面位移数据中的位移值；/>
Figure QLYQS_55
表示表面位移阈值，由监测员根据经验设定；/>
Figure QLYQS_40
表示基于应力监测的应力指数确认函数；/>
Figure QLYQS_43
表示水利工程运作时传感终端采集的内埋式应变数据中的应力值；/>
Figure QLYQS_45
表示内埋式应力参考值，由监测员根据经验设定；/>
Figure QLYQS_46
表示基于雨量监测的雨量指数确认函数；/>
Figure QLYQS_48
表示水利工程运作时传感终端采集的实时雨量数据中的实时雨量值；/>
Figure QLYQS_50
表示实时雨量阈值，由监测员根据经验设定；/>
Figure QLYQS_53
表示应急指数最大化基数，由监测员根据经验设定；/>
Figure QLYQS_54
至/>
Figure QLYQS_41
表示不同的指数值转换系数，由监测员根据经验设定；
当所述分析信息生成子模块工作时，满足以下式子：
Figure QLYQS_56
；
其中，
Figure QLYQS_57
表示分析信息中的应急等级；/>
Figure QLYQS_58
和/>
Figure QLYQS_59
表示不同等级的划分阈值，均由监测员根据经验设定；当/>
Figure QLYQS_60
或/>
Figure QLYQS_61
时，/>
Figure QLYQS_62
。
3.一种基于北斗卫星应用的水利监测方法，应用于如权利要求2所述的一种基于北斗卫星应用的水利监测系统，其特征在于，所述监测方法包括：
S1，实时采集水利设施的运行数据；
S2，将传感终端采集的数据进行处理并通过所述第一通信终端传输至监测终端；
S3，对水利设施的运行数据进行实时监测和分析，生成监测信息和分析信息；
S4，根据监测信息和分析信息生成预警信息；
S5，将预警信息传输至管理员的移动终端和PC端。
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