广东省水文局佛山水文分局 广东佛山
摘要：物联网技术的应用给现代化的水文遥测管理带来了新的思路，对遥测站的故障排除更有针对性、时效性。本文以佛山市马口水文站作为试点开发了智能感知系统，该系统对提高水文遥测站点管理水平、提高水文监测工作效率有重要的实用价值，值得推广。
关键词：物联网技术；水文监测；智能感知
马口水文站位于西北江三角洲顶端、广东省佛山市三水区西南街道金本，是西江进入珠江三角洲河口区的首个控制站，作为国家重点水文站和珠三角重要控制站，马口水文站担负着向中央、水利部、省市及地方的报汛任务，为广州、佛山、中山、江门、珠海、澳门等地区的防汛抗旱、城镇供水用水、水资源开发利用与管理保护，提供重要的基础信息与技术支撑，对下游的防洪防涝起着举足轻重的作用，是守护粤港澳大湾区经济、社会和民生安全的关键节点。由于珠三角地区雷暴频发，雷电灾害造成的损失占珠三角地区自然灾害损失的5.84%，已经成为影响珠三角地区的第四大灾害。水文遥测设备雷击之后造成仪器损坏，后续维修耗费人力物力影响数据接收。本文结合马口水文站的实际水文监测情况对智能感知系统的实际应用情况进行探讨。
1 系统架构
1.1物联网及其体系架构
物联网技术将传感器技术、通信技术、分布式计算技术与现代化控制技术紧密结合，从而实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。物联网的体系框架包括感知层、网络层、应用层和公共技术。感知层由各种传感器以及传感器网关构成，包括各种监测要素传感器、摄像头、GPS等感知终端，其主要功能是识别物体、采集信息。网络层由各种私有网络、互联网、有线和无线通信、网络管理系统和云计算平台等组成，负责传递和处理感知层获取的信息。应用层是物联网和用户的接口，实现物联网的智能应用。
1.2智能控制终端系统架构
系统采用二级架构，传输采取以太网组网方式，以建设1个监控中心工作站，100个前端监控单元FSU。系统由数据采集、数据传输、监控管理平台几个部分组成，通过TCP/IP网格构建成一个网络化、系统化、集中化的监控管理平台。
图1 马口水文站智能感知系统架构
2系统组成
在佛山市三水区马口水文站建设的智能感知系统主要包括以下两方面。
2.1智能电源保障系统Ibox
智能电源保障系统Ibox是由自动重合闸、动传保障器ipower、开关电源、电池组成。自动重合闸是针对雷击、过欠压、异常漏电等原因导致的跳闸情况可进行自动合闸。尤其在雷暴天气，感应电流电压超过阀值后将进行跳闸保护仪器，感应电流电压恢复正常后将自动合闸，在雷暴日较多的珠三角地区，对仪器起到保护作用。动传保障器ipower可输出多路电源（本系统采用5路），并配合后台智能电源保障系统平台软件实现远程可对任何一路电源进行管理，包括对每一路电源负载（采集终端或传感器）进行检测，发现异常情况可单独对某一路电源进行断开或该路电源负载进行重启功能。Ibox动传保障箱通过集中供电模块、ipower动传保障器、交换机（通信设备）集成在一个箱体内，避免了设备在安装时候需要大量布线的情况；并且箱体通过接线端与外部连接，方便了智能控制终端的安装、拆卸和更换。动传保障监护管理系统可以实时监控运行状态、预期故障发生、迅速排除故障、记录和处理相关数据、进行综合管理、从而节约值班人员调度等多重能力，进而提高关键设备运行的可靠性以及保证通信网络的安全畅通及实现少人和无人值守。
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2.2水文数据采集传输系统
马口水文站智能感知系统中水文数据采集传输系统大致分为六大模块，分别为实时监测模块、历史数据模块、报表数据模块、报警数据模块、后台管理模块和日志查询模块。系统可进行马口水文站多个变量的数据采集监测，包括蒸发、雨量、气压、风速、风向、温度、湿度、土壤墒情、水位等，并通过GIS 地图、虚拟三维模型展示监测的数据和设备的运行状态，当出现异常情况通过平台自动告警及短信通知值班人员，同时可实现远程控制拍照。并且系统自带wifi功能，能在不开箱的情况下查看实时监测数据并对设备进行参数设置，大大方便了巡检人员的巡检工作；移动侦测功能，内置针孔摄像头，当箱门异常开启会触发延迟拍照，给打开机箱门的人进行拍摄，起到一定的防盗作用亦可作为巡检记录。数据存储功能，采用标准DDR2SDRAM，结合智能电源保障系统，在传输网络或外部供电中断的情况下把需要的数据暂时保存到采集终端。
3.系统特点及功能
3.1 系统特点
（1）实时可靠的告警分析与管理。实时采集各个监控点状态，并对监控点分析与判断，状态改变或超过设定阀值即触发告警，告警反应时间10s以内，及时有效预期故障发生。
（2）系统根据实时监测的设备运行数据，实现资源的整合与优化，提高设备利用率，真正实现各个网点的智能化、自动化管理。
（3）系统采用C/S模式，实现图形化的人机管理界面，提供多元化、多维度的报表分析功能，为维护管理及扩容扩展提供了客观、可靠、全面的辅助决策依据。
3.2系统功能
系统主要包括实时监控、告警管理、数据管理、配置管理、安全管理以及增值服务六个模块。下面本文重点介绍一下几个核心模块的功能及应用。
（1）监控功能
监控中心能够接收现场监控单元上行的数据，动态显示监视对象的当前状态及参数。监控平台通过各种人机接口方式，接受管理维护人员发出（或预先设置）的设备控制、参数设置命令，能够下行向现场监控单元发送的设备控制、参数设置命令，来实现对设备的控制及参数设置功能。并根据要求，可保存设备控制、参数设置命令的历史操作记录。
（2）告警管理功能
发生告警时，由值班人员进行告警确认。如果在规定时间内未确认，可根据设定条件通过短信、语音等形式通知相关人员。无论监控系统业务台处于任何界面，当告警发生时均可及时自动提示告警，显示告警信息，并提供告警信息的打印功能。所有告警均可以设置为可视、可闻声光、语音告警等方式提醒或通知，对于不同级别的告警可以发出不同的提示声音。对于水文站遥测维护来说提供了极大的便利。系统本身的故障应能自诊断并发出告警，能直观地显示故障内容。系统具有联动操作性。即当监控系统中某一条件成立后，立即执行相应的动作。例如，当环境温度过高时，自动开启风扇；当环境温度过低时，自动关闭风扇。
（3）配置管理功能
配置管理功能用于监控对象、监控系统自身的增加、修改和删除的管理。配置管理操作简单、方便、扩容性好；在增加新的配置数据或修改配置数据时不影响系统正常运行。提供方便、快捷的配置数据查询功能，能够按照区域（县市分公司或其它用户定义的区域）、局站类型、设备类型、信号类型、告警级别、配置数据变更时间等条件进行筛选、查询，并能以EXCEL表格形式导出。
（4）数据库管理功能
告警数据、操作数据能保存一年以上，监测数据能保存两年以上。系统能对数据库按一定周期进行备份。系统提供开放式数据库接口，采用标准的数据库 SQL Server。
4.结语
马口水文站智能感知系统的开发解决了传统控制终端电源开关控制，功能简单单一，需要现场巡检维护的不足，可通过远程监控参数查找遥测终端故障原因，提高关键设备运行的可靠性以及保证通信网络的安全畅通及实现少人和无人值守的问题。尤其在偏远地区，机箱内的针孔摄像头自动触发的的防盗功能在一定程度上可以保障了遥测站点的安全性。同时系统的告警功能有助于尽快发现遥测站点故障成因，及时有效的进行故障排除，在对于加强其他水文站的监测管理具有推广意义。
作者简介：
韩晶（1986-）江苏泰州人 工程师 主要从事水文预报、水文信息化相关工作 河海大学 本科 水文与水资源工程专业。
论文作者:韩晶
论文发表刊物:《防护工程》2018年第19期
论文发表时间:2018/10/31
标签：系统论文; 功能论文; 水文论文; 数据论文; 智能论文; 终端论文; 口水论文; 《防护工程》2018年第19期论文;