智能鲲鹏山水利信息监测与控制实训系统

2013年7月学校组织水利系、信息工程系、自动化系相关专家调研和研讨建设智能鲲鹏山水利信息监测与控制实训系统，目的是利用现代物联网、云计算、大数据等技术改造传统水利工程，建设高效、智能、安全水利监控系统，让互联网+助力智能水利教学科研创新平台。目前已经完成系统的设计、招标、安装和调试。

一、建设目标、目的

智能水利信息监测与控制系统是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，在信息监测、管理、设备控制和调度环节实现高度智能化、自动化运行、自动预判、识别大多数故障和风险，达到水利应用的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标。

物联网作为智能水利系统信息感知不可或缺的基础环节，具有广阔的市场前景，将在水利设施建设、安全生产管理、运行维护、信息采集、安全监控、计量及用户交互等方面发挥巨大作用，可以全方位提高智能水利各个环节的信息感知深度、广度以及密度，为实现水利系统的智能化提供基础数据支持。

数字化智能水利监控系统是以水利设备为数字化对象，以高速网络通信平台为基础，通过对数字化信息进行标准化，实现信息共享和互操作，并以网络数据为基础，实现测量监视、控制保护、信息管理等智能化水利管理。数字化水利监控系统具有“全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化、高级应用互动化”等四个重要特征。

通过导入物联网技术，透过对外界相关要素的感知，构建传感网监测网络，可以对能够影响水利设施运行的因素实施全方位智能监测；同时还可以在传感网监测平台基础上建立一套全站公用的智能监测与安全生产辅助控制系统综合平台，集成图像监视、安全警卫、水文信息监控、水利设备控制等系统功能并延伸更多的相关功能，达到“智能监测、智能判断、智能管理、智能验证”要求，全面实现水利系统智能化的运行管理。

二、建设情况

1. 建设需求

（1）应用场景需求

随着电子技术、计算机技术、互联网技术的快速发展，水利信息化建设已经成为必然的趋势。但是，水利信息化因其环境、设备、应用需求的特殊性，存在很大的困难和复杂度，主要体现在：

l  环境复杂  水利设施距离管理中心距离远，布设有线网络非常困难、成本很大；

l  普通通信技术容量低  数据率低，无法同时满足系统对传感数据、控制信息、语音通信、移动业务的需求；

l  普通移动网络保密性差  安全性低、与普通移动用户抢占少量带宽资源、系统实时性无法得到保障；

l  系统覆盖范围广  一个应用区域往往占地较大，需要支持数公里甚至数十公里范围的信号覆盖。

以上这些问题都是制约智能化水利建设的关键问题，因此，选取合适的通信技术手段是实现应用型智能化水利建设的核心问题。

（2）系统技术需求

随着无线通信技术的发展，无线通信系统在水利通信网中的应用日益广泛，采用无线通信网不依赖于网架，且抗自然灾害能力较强，具有带宽大、传输距离远、非视距传输等优点。

系统有条件的话，最好采取最新一代的4G无线移动通信技术LTE技术作为智能水利系统的核心网络；如果条件有限，可以采用光纤、WIFI、3G通信技术来完成其核心网络；利用融合了基于ZigBee的智能环境监测技术、基于M2M的远程控制技术、机遇数据库的云服务系统等，实现了在水利行业能够适应水利设施和管理中心非均匀分布的应用环境。

2. 建设进展

（1）系统框图

 

 

图1  系统框图

 

 

  

图2  智能鲲鹏山水利系统实景图

 

（2）系统功能

l  水位监控

    如图1所示，在4个水库设置4个水位监控点、4个水温监控点，监测水库的水位和水温，水位达到2个临界点（发电水位和泄洪水位）时报警。

l  水流监控

   如图1所示，渡槽上设置1个水流监控点，用于测量流速。

l  摄像监控

   如图1所示，在4个水库设置4个监控摄像头，用于4个水库的视频和图像监控。发现有人接近水库时，声音示警。

l  水闸控制（要求有远程控制和手动控制两个模式）

   远程控制水闸难度和危险度较大，如图1所示，改造并控制4个水闸。为了保证安全，系统稳定之前，启动水闸时一定要有人员到现场。

   如果是3个水闸在一起时，启动规则是：先启动中间一个水闸，然后同时启动旁边的两个水闸，水闸关闭的规则和启动时正好相反。

l  沉降监控

   如图1所示，在东西边护坡上设置4个观测点，沉降管4个。

l  水电站厂房智能监控及门禁系统（2套）

   如果发现人进入，发出报警并将入侵画面传到到主控室和负责人手机上。

l  水利系主控室

   包括监控大屏幕、触摸屏等，显示监控画面和信息。

l  信息工程系主控室

   包括服务器（已有）和监控屏幕，安装软件系统、数据库等。

l  水利物联网信息系统和APP

    系统综合软件，包括传感器检测子系统、闸门PLC控制系统、大屏幕显示系统、视频监控等功能，统一管理控制整个系统工作，还包括一个Android系统下的APP。

l  数据报表等

    ① 水位、水温、流速监测数据能形成数据库，根据监测时段及分析成果需要可形成各类分析图、表（如过程变化线，各监测点水位相关线周、月水位报表等）。

    ② 系统能对沉降等信息进行分析并报警。

③ 监测数据能实现实时更新，使用者可使用移动设备随时调阅，查用，操控。

l  数据传输安全和稳定要求

数据传输必须双路（无线自组网接入校园网或接入电信网络）。

l  系统定期维护和测试

   安排专人每周对所有软硬件设备进行检测和维护。

（3）系统网络架构图

 

图3 系统网络架构图

 

3. 准备开展实训、科研项目

（1）实训项目

① 水温传感器选择、安装、配置

② 液位传感器选择、安装、配置

③ 渗漏传感器选择、安装、配置

④ 流速传感器选择、安装、配置

⑤ 变形传感器选择、安装、配置

⑥ 沉降传感器选择、安装、配置

⑦ 水闸控制系统设计与调试

⑧ 水电站安全监控

⑨ 水文信息监控

⑩ 水利物联网信息系统和APP设计

（2）创新科研项目

① 水文信息数据模型

② 水文信息分析预测

③ 水利信息大数据处理

④ 水利设施监控研究

三、今后发展思路

将环境监控、能源管理、污水处理系统、电梯管理、校园安全、制造管理等纳入到系统中来，为全校大部分专业的教学和科研创造一个开放、安全和高效平台。