小水电站最小下泄生态流量在线监测监控系统建设实施方案

小水电站

最小下泄生态流量在线监测监控系统

实

施

方

案

 

 

摘要：

水土是一切生物繁衍生息的根基，人类社会可的持续发展与水土保持息息相关，而水土执法监督更是水土保持工作的关键所在。本方案从加强小水电站下泄生态流量监测的重要性出发，通过先进的自动化监测技术辅助水利/环保部门对各小水电站的下泄生态流量进行实时在线监测和监管。

目录

第一章、小水电站下泄生态流量监测系统概述

      1.1、小水电站下泄生态流量监测系统建设的必要性

第二章、下泄生态流量监测系统整体设计

      2.1、系统设计依据

      2.2、系统设计标准

      2.3、系统设计原则

      2.4、系统设计目标

      2.5、整体系统设计

第三章、下泄生态流量监测系统详细设计

      3.1、系统前端设计

             3.1.1、水流量监测传感器

             3.1.2、图像抓拍/视频

             3.1.3、网络通信

             3.1.4、供电系统

      3.2、系统云端服务器设计

      3.3、系统后端平台软件设计

第四章、设备选型及详细参数

第五章、实际应用案例

  

第一章：小水电站下泄生态流量监测系统概述

1.1、小水电站下泄生态流量监测系统的必要性

近年，我国水利工程快速发展，很多地区的小水电站缺乏有效监管。不是地区溪河逐步变成湖库的情况越来越明显，一些小水电站因下泄生态流量不足造成部分河段减水、脱水甚至干涸的情况，从而影响了河流下游的正常生态和群众的生产、生活。

为此，建设一套完整的小水电站最小下泄生态流量在线监测监控系统对推进生态文明建设、推进各流域水环境综合整治，保护流域的生态环境意义重大。

 

第二章：监测系统整体设计

2.1、设计依据

《中华人民共和国水法》（2002年修订）；

《国务院关于印发水污染防治行动计划的通知》（国发［2015］17号）；

《生态环境部关于加强长江经济带小水电站生态流量监管的通知》（水电[2019]241号）

《水利部办公厅关于印发小水电站生态流量监管平台技术指导意见的通知》（办水电函〔2019〕1378 号）

《水利部、国家发展改革委、生态环境部、国家能源局关于开展长江经济带小水电清理整改工作的意见》（水电〔2018〕312号）

《水利部财政部关于印发国家水资源监控能力建设项目管理办法的通知》（水资源[2012]412号）；

 

2.2 、设计标准

《水资源实时监控系统建设技术导则》SL/Z349-2006；

《水情信息编码标准》SL330；

《水利系统通信运行规程》SL306-2004；

《水利系统通信业务导则》SL292-2004；

《水资源监测数据传输规约》SZY206-2012;

《水位计通用技术条件》SL/T243-1999；

《水资源监控设备基本技术要求》SL426-2008；

《水资源监测要素》SZY201-2012；

《水资源监测设备技术要求》SZY203-2012；

《水资源监控管理系统数据传输规约》SL427-2008；

 

2.3 、设计原则

• 先进性：小水电站下泄生态流量监测系统设备均选用国内外主流技术，保证系统的技术寿命及后期投资的可延续性，具有自主知识产权。

• 实用性：小水电站下泄生态流量监测系统应力求实用可靠，操作尽量简单直观，维护方便。

• 通用性：小水电站下泄生态流量监测系统应满足在更换部分设备时的通用性及可替换性。

• 集中管理：小水电站下泄生态流量监测系统监控中心实施对所有前端传感器设备、物联网网关、数据采集设备及物联监测云平台进行统一集中管理。

• 可扩展性：小水电站下泄生态流量监测系统从后端软件平台、服务器端及物联网网关都预留部分扩展接口，并提供级联接口，保证后期可以接入新的监测点。

• 易维护性：小水电站下泄生态流量监测系统可远程自动查看每个设备的运行状态，便于及时发现故障及时处理。

 

2.3、设计目标

深圳安锐科技在现有物联网在线监测系统平台的基础上，根据相关部门的要求并结合现场实施案例开发出一套小水电站下泄生态流量在线远程监测监控系统。系统可实现实时监测水电站的下泄流量数据，通过视频/抓拍照片监控各泄水口的实况，并把下泄流量数据和电站名称、电站编码、时间等信息叠加到视频/照片画面上；然后通过4G网络远程传输到业主和水利/环保监管平台。以推动水电站下泄流量工程信息化建设，为水利、环保部门的监管提供证据，以保障各流域水环境综合整治，保护流域的生态环境安全。

• 通过流量计对每个泄水口的下泄流量进行实时数据采集，以电子地图的形式显示每个电站泄水口的流量信息。

• 每隔10分钟抓拍一张泄水口的现场照片，并叠加流量数据、电站名称、电站编码、时间信息到照片上作为不可篡改的证据，并上传到监管平台。

• 叠加流量数据、电站名称、电站编码、时间信息的视频数据需本地存储半年，并可远程查询和调用。

• 当监测数据小于核定数据时，通过平台和短信的形式进行预警。

• 在后端监控中心可以查看每个监测点的实时流量数据、数据曲线和现场视频。

• 可在监控中心按照按日、周或季生成水电站生态流量监控报表。

•  

2.4、整体系统结构设计

由上图所示，小水电站下泄生态流量监测系统整体非常简单，主要由传感器、视频网关、太阳能供电、云服务器和后端平台软件几部分组成。前端视频网关集成了数据采集、字符叠加、抓拍/视频、4G远程、边缘计算等功能。把485型的流量计接入该视频网关后即可实现远程在线监测。

 

第三章 系统详细设计

3.1 系统前端设计

                              明渠型前端系统结构                                                                           管道型前端系统结构

 

3.1.1水流量监测传感器

需要根据现场环境选择明渠非接触式超声波流量计、雷达流量计或泄水管道型电磁流量计，然后通过485数据线连接到视频网关。

 

3.1.2图像抓拍/现场视频

将视频网关的镜头对着泄水口。视频网关集成了定时抓拍和现场视频采集功能，将流量计数据叠加到画面后存储在视频网关的本地硬盘中。

 

3.1.3网络通信

在有宽带（含WIFI）的环境：视频网关采用自适应IP技术，将网线接入视频网关的RJ45接口即可连接互联网。

在没有宽带（含WIFI）的环境：视频网关集成了全网通4G无线网络，在网关内插一张上网卡即可实现快速联网（需根据每个测点的4G信号选择对应的运营商）。在没有3G/4G信号的环境，可通过手机/笔记本电脑连接视频网关的wifi热点后，直接导出硬盘里面的数据。

 

3.1.4供电系统

在有市电的环境：视频网关标配一个AC220转DC12V的电源适配器，通过市电转成12V直流电后即可供电。

在没市电的环境：视频网关支持DC12V的太阳能供电。

 

3.2 服务器端设计

服务器采用搭建在阿里云上的安锐物联云服务器群，可通过不同地区和服务器的性能自动进行负载均衡匹配。包括数据分析、数据存储、权限分配等子服务器。通过对前端传感器的数据进行整理分析，生成各类相关性分析图表后实时推送到监控中心。

 

3.3后端平台软件设计

监控中心为深圳安锐科技自主开发的通用物联网在线监测云平台。通过平台可以对网关和传感器设备进行管理、查看水流量实时监测数据、接收流量数据下限的预警信息、接收现场抓拍的照片、远程查看现场视频、查看监测数据曲线图、导出监测数据报表等功能。并可对通过账户管理子系统将测点分配给对应的水电站。

以下为平台软件部分截面图：

             数据下限预警界面                                                                                               电子地图显示监测点界面

 

                                  传感器数据叠加界面                                                                                远程下载前端数据界面

 

 

第四章、设备选型

设备图片	设备名称	设备型号	设备参数	渠道价	备注
	视频网关	AR-QL**-IOT	1）支持全网通4G 网络（电信/移动/联通）远程传输  2）支持定时抓拍发送到电脑+手机，节省流量！  3）支持远程预览现场实时监控画面（手机+电脑端）  4）支持远程调取摄像头存储卡内的文件  5）200万（1920*1080）星光级高清夜视  6）全金属6mm定焦高清镜头  7）本地存储：支持最大512GTF卡或6T硬盘内置存储   8）支持接入水量计，并叠加数据到视频画面上  9）供电：DC12V，功耗平均6W  10）其它：IP66防户，1.5KG	￥**元	照着流量计出水口处
	电磁流量计	AR-SS-***	1）瞬时量程：0~10m³/s  2）精确度：0.05m³/s   3）口径：DN6~2600  4) 材质：碳钢不锈钢  5）安装方式：法兰盘  6）输出信号：RS485协议  7）供电方式：DC12V~DC24V（可太阳能供电）  8）功耗：5W~30W（视具体型号）	￥**元	通过RS485数据线接入 到物联网摄像机
	超声波流量计	AR-SS-***	1）瞬时量程：0~10m³/s  2）精确度：0.1%  3）探测距离：0~20米可选  4) 材质：ABS  5）安装方式：吊装  6）输出信号：RS485协议  7）供电方式：DC12V~DC24V（可太阳能供电）   8）功耗：≤2W	￥**元	通过RS485数据线接入 到物联网摄像机
	太阳能供电	AR-TTN-***	1）240W单晶出口A级太阳能板  2）120AH三元聚合物锂电池  3）配套智能数显控制器  4）配套户外型不锈钢材质防水箱  5）配套加厚型太阳能安装支架  6）配套电线，DC线，合路器，抱箍等配件  给上述设备（以20W计算）供电续航约3个阴雨天	￥**元	给系统供电
	物联网在线监测云平台	安锐物联	1）支持远程显示现场传感器采集到的数据  2）支持远程管理网关/传感器设备  3）支持远程调用网关内存卡里的数据文件  4）支持远程设置联动报警策略  5）支持显示传感器数据图表及报表导出  6）可设置多级权限授权给多用户同时使用	免费	装在水电站、当地水利局和政府监管部门
	其它配件材料		监控立杆、PVC管、电源线、避雷针、水泥、混凝土等材料

 

 

第五章、实际应用案例

本系统已在云南、重庆、贵州、湖南、江西等多个地区广泛应用。