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一、系統介紹

小型水庫雨水情和大壩安全監測系統是通過對水庫大壩主要技術數據的實時監測監控，巡查員數據的實時查詢，監測數據的智能分析等。實時了解該壩體安全狀態并做出預測預警，為科學決策提供依據。監測目的主要任務包括：

（1）采用實時監測技術，監測水庫大壩的庫區內水雨情、圖像視頻、滲壓、滲流、位移變形等變化情況，采用視頻監控重要位置的變化；

（2）采用水利監測數據管理系統，用以對監測數據進行接收、管理、曲線成圖、報警等；

（3）該監測數據管理系統滿足省、市、縣三級水庫管理中心的數據共享。

二、建設內容

    雨水情及大壩安全監測預警系統建設按照功能主要劃分為以下幾個部分：雨水情測報站、視頻監測站、大壩安全監測站、數據傳輸、動態監管云平臺、數據共享推送等。

（1）雨水情測報站建設

人工水尺、翻斗式雨量計、水位計、供電系統組成雨水情測報站。

（2）視頻監測站建設

采用視頻（球機和槍機）對大壩、溢洪道（閘門）、輸水洞出口等設施環境進行監控，配置大功率的無線預警廣播，充分利用人工智能對非法入侵（水邊戲水、釣魚、游泳等）進行聯動喇叭語音告警。

（3）大壩安全監測站建設

埋設安裝變形標點、測壓管（滲壓計）、量水堰、采集單元等儀器設備，對大壩變形、滲流滲壓、滲流量等進行監測。

（4）數據傳輸

通過智慧感知融合預警終端根據現場網絡條件4G＼5G或有線光纖、北斗衛星），對雨水情數據、實時視頻流或圖像、大壩監測數據等信息實時傳輸，發現異常可通過短信等方式進行告警。

（5）動態監管云平臺

采用物聯網、大數據、云計算以及數據庫中間件、數據挖掘、安全監控模型等眾多的先進技術和算法，通過自動化數據數據采集、實時在線監測、實時分析及安全預警，建立以地理信息、水庫特性、水雨情、安全監測、巡查巡檢、視頻監控、應急處置、系統管理等內容的小型水庫大壩安全動態監管云平臺。

（6）數據共享推送

監測預警平臺信息共享應當與水庫運行管理、大壩安全監測監督平臺、防汛抗旱指揮、山洪災害監測預警、水利建設管理、水利一張圖等水利業務應用系統實現實時數據銜接。

三、主要設備參數要求

1. 翻斗式雨量計技術參數

承雨口內徑：Φ200﹢0.60mm；

分辨率：0.5mm；

降雨強度測量范圍0～4mm/min（允許通過最大雨強8mm/min）；

測量精度：國家準確度標準Ⅱ級，誤差范圍≤±3%

輸出接點采用干簧管發訊原件，接點壽命大于500000次；

2. 水位計技術參數

①壓力式水位計

主要技術指標：

供電電壓：7～18VDC

分辨率：1mm

通信方式：Rs485應答式

量程：≤30m（根據需要確定量程）

測值精度：≤±0.1%FS

穩定性：≤0.1%FS/年

工作溫度：—20℃—60"℃

②雷達水位計

主要技術指標：

量程：30m（根據需要確定量程）

精度：+/-3mm

分辨率：≤1cm

工作溫度：—40℃～+80℃

工作電壓：四線制DC6—28V，推薦12VDC：兩線制18—8VDC

接線：四線屏蔽電纜，防水端子M20X1.5，適合電纜外徑9-13mm

功耗：<0.15W

輸出信號：RS485標準MODBUSRTU協議：RS2324—20mAHART協議

外殼：鑄鋁IP67

3. 數據采集控制終端技術參數

采集功能：提供多種模擬量信號采集、多種開關量信號采集、PWM輸出接口、RS485接口等，實現雨量、水位、流量、視頻、壓力、溫度等變送器的標準信號；

報警功能：監測數據越限，提供報警提示

存儲功能：本機循環存儲監測數據，掉電不丟失。

控制功能：配套無線數據終端可遠程控制設備。

采集方式：連續實時采集、定時可選采集，

支持國家標準的水資源應用規約以及水文應用規約，同時還支持通用型采集傳輸控制功能。

主板供電：DC12V

功率：≤0.72W

工作溫度：-40℃～85℃，

存儲溫度：-30℃～+80℃

工作相對濕度：0～95%RH（40℃凝露）

4. 智能無線傳輸終端技術參數

通信功能：4G全網通，向下兼容3G/2G通訊，北斗通訊*及有線網口，

采集功能：支持RS485接口、支持RJ45接口、4～20mA模擬量采集接口。

支持同時進行定性監測和定量監測，包括視頻監測、圖像監測和實時數據監測等監測方式。

視頻、圖片滿足《公共安全視頻監控聯網系統信息傳輸、交換、控制技術要求》（GB/T28181）。

支持在視頻圖像上疊加實時監測數據、采樣時間等。該功能無需另外增加視頻疊加器，無需平臺處理，并及時上傳監管平臺。

支持在定時抓拍圖片上疊加實時監測數據、采樣時間等，并上傳監管平臺。

支持MQTT協議進行視頻圖像及數據的推送。

定位功能：支持GPS/GLONASS/北斗多種制式衛星定位。

WIFI功能：與具有WIFI功能的儀表設備無線連接，及WIFI手機設參，內置Web服務器，無需安裝APP，并可作為WIFI熱點使用。

加密傳輸功能：支持數據進行加密傳輸

支持SL651《水文監測數據通信規約》采集協議上傳、SZY206《水資源監測數據傳輸規約》采集協議上傳以及透傳方式數據上傳。

主板供電：12VDC/2A

工作溫度：-25℃～+55℃

存儲溫度：-45℃～+90℃

相對濕度：0～95%RH（40℃凝露）

5. 無線預警廣播技術參數

5.1主要功能指標

1）滿足無線報警系統基本技術要求；

2）具有交流、直流、電池欠壓、工作、音頻功率、網絡在線、設備信號強度指示等基本功能；

3)自動回傳設備工作信息至軟件平臺，如喇叭音量大小（機器自動檢測，無需輔助設備）、信號強度、工作模式、工作優先級、供電模式、電池狀態、電量狀態、設備參數等；

4)系統采用4G網絡傳輸；

5)支持接收多種無線信號發布語音報警；

6)支持無線語音對講功能；

7)支持白名單電話號碼呼入報警；

8)支持短信文字轉語音報警；

9)支持平臺發布報警；

10)具有工況巡檢功能，可遠程檢查設備運行狀態；

11)支持平臺對設備進行遠程監控和統一管理；

12)支持遠程診斷、修復、在線升級。

13)具有號碼鑒權功能：通過授權的號碼才能對設備進行操作，其中管理員號碼1個，平臺號碼1個，可設置授權號碼20個；

14)支持多種供電方式：電池供電、太陽能充電，交流供電（選配）；

15)具有系統狀態查詢功能，播報次數查詢；

16)具有日志記錄與查詢功能，可以存儲200條記錄；

17)具有多途徑配置功能，支持串口、紅外、平臺等對設備進行參數配置；

18)支持短信敏感詞屏蔽功能，包含敏感詞的播報短信無法播報。

5.2技術參數

1)音頻輸出：總功率100W；

2)音頻功放：D類功放（數字功放）；

3)白名單號碼：支持白名單號碼22個；

4)供電方式：太陽能免維護供電；

5)太陽能板：18V/40W，多晶硅材質；

6)電池參數：鉛酸電池，12V/38Ah；蓄電池充放電次數350次以上；電池至少可待機3天，連續播放30分鐘以上。

7)充電方式：采用MPTT充電方式以提高光電轉換效率

8)音頻頻響：20Hz－20KHz(±3dB)；

9)音頻信噪比：≥60dB；

10)設備采用有效的絕緣、屏蔽等防護措施，具有較強的防感應雷擊及抗電磁干擾能力。

6. 現地測控單元MCU技術參數

為實現滲流監測儀器的自動觀測，提高水庫科學管理水平和時效，必須配備先進的通用型數據測控單元，選型時就考慮其精度、兼容性、抗干擾、防雷及長期工作的穩定性等因素。具備人機對話的中文操作界面便于管護人員操作使用。

現地測控單元MCU的主要技術指標如下。

1）接入傳感器類型：振弦式、電壓式、電流式、差動電阻式、電感式、電位器式、格雷碼式、開關信號、RS485信號、標準電量信號等；

2）采集測量方式：間隔測量、定時測量、連續測量、單次測呈、單點測量及巡測等；

3）單臺巡測時間：≈30秒；

4）定時測量間隔：3分鐘～30天可調；

4）數據存貯容量：32x4096條；

5）數據保持方式：循環存儲：

6）單臺整機功耗：測量≈600mA，待機≈50mA，休眠≈0.328mA；

7）主控器顯示屏：240x128高清點陣屏；

8）智能識別：電纜長度1500米讀取傳感器身份參數；

10）信號測量距離：傳感器類型（振弦式2000米）；

11）通訊傳輸距離：通信方式（RS485大于1000米）

12）調制用波特率：9600bps（RS485），1200bps（數傳電臺），其它波特率可調：

13）系統工作環境：溫度—25℃～＋60℃，濕度≤98％；

14）系統平均無故障時間：≥10000小時；

15）系統防感應雷電強度：500W～1500W

16）防護等級：IP66。

7. 滲壓計技術參數

為保證滲流監測儀器的長期工作穩定性，應選擇性能穩定的品牌滲壓計（孔隙水壓力計），并在國內多個大中型水庫長期使用過，在穩定性、精度和分辨率等方面表現優良的產品，根據水庫壩高和擋水高度選用適合的量程。主要技術指標要求如下：

8. 量水堰計技術參數

為保證滲流量監測的精度，根據小型水庫的特點，應選擇便于維護的磁致式量水堰計類型，參照水庫滲流量和堰板型式選擇適合的量程。

磁致式量水堰計適用于長期測量河流、湖泊、水庫、壩體等堰槽的水位，是監測水位及流量變化的有效監測設備。采用磁致伸縮液位計作為傳感器進行測量，具有分辨率高、穩定性好、性能可靠、響應速度快，工作壽命長等優點。

磁致式量水堰計主要功能有線性測量，絕對位置輸出，非接觸式連續測量，永不磨損，傳感器不用標定及定期維護，輸出信號多種選擇（RS485、電壓、電流），安裝簡單方便。

磁致式量水堰計規格及主要技術參數：

測量范圍：0mm～500mm

靈敏度:<0.01mm

測量精度：<0.1%F.S

輸出信號：RS485

報文方式：自報/召測

調試方式：地址碼和波特率自設定

絕緣電阻：≥50Ω

儲存溫度：-30℃～＋70℃

磁致式量水堰計由防污管、上端蓋、磁致伸縮液位傳感器、水平泡、觀測電纜等組成。磁致伸縮液位傳感器主要由測桿、電子倉和套在測桿上的非接觸磁浮球組成。測桿內裝有磁致伸縮線（波導絲），測桿由不導磁的不銹鋼管制成。測量時電子倉發出起始脈沖，起始脈沖在波導絲中傳輸，產生沿波導絲方向的旋轉磁場，當這個磁場與浮球中的永久磁場相遇時，產生磁致伸縮效應，使波導絲發生扭動，這一扭動被電子拾能機構所感知并轉換成相應的電流脈沖，測量電路計算出兩個脈沖之間的時間差，即可精確地測出被測液位值。

在正常工作范圍內溫度的變化對傳感器測值影響甚小，經試驗測得其溫度修正系數小于最小讀數，實際使用中不需要溫度修正。量水堰計具有智能識別功能，輸出信號為RS485數字量，直接顯示工程物理量。

量水堰計安裝之前應在現場對磁致伸縮液位傳感器、浮子等組件進行檢查，確保儀器完好才能安裝。

量水堰計應安裝在堰板的上游≥100cm處，在堰槽的側壁做一內凹槽，在底部開一個安裝洞，安裝洞的直徑應大于C15cm的孔，低于水面深為10cm。在安裝洞中插入防污管，查看上端蓋上的水平泡調整防污管的垂直度，管四周用水泥砂漿固結，防止砂漿進入防污管。在防污管四周填入清潔細碎石，直至將凹槽填滿。

9. GNSS高精度位移監測技術參數

GNSS位移監測是一款適用于野外的高精度形變監測設備，支持監測數據遠程推送和本地存儲，具備標準化安裝、使用和維護，易于部署，產品穩定可靠，可實現全天候自動化監測隱患點的高精度三維坐標信息。GNSS位移監測站包括GNSS接收機、GNSS接收天線、數據處理與控制系統、數據分析與預警報警系統、GPRS模塊、太陽能板、蓄電池、太陽能充電控制器等。

10. 靜力水準儀技術參數

靜力水準儀沉降監測系統是由靜力水準儀、數據采集儀、數據通信電纜、數據采集軟件等組成，通過監控室內監控主機控制數據的采集，并可進行數據的分析、整理等工作。

靜力水準儀是由一系列智能液位傳感器及儲液罐組成，儲液罐之間由連通管連通。基準罐置于一個穩定的水平基點，其他儲液罐置于標高大致相同的不同位置，當其他儲液罐相對于基準罐發生升降時，將引起該罐內液面的上升或下降。通過測量液位的變化，了解被測點相對水平基點的升降變形。主要有以下配件組成：靜力水準儀傳感器、靜力水準儀儲液罐、靜力水準儀支架、靜力水準儀通液管、浮球。

主要技術參數如下

測量范圍(mm)：50-400

分辨力(mm/F)：≤0.25

溫度測量范圍（℃）：-20~80

溫度測量精度（℃）：±0.1

10. 小型水庫大壩安全監管平臺

   結合水利工程管理專家知識，開發一套智能化、一體化的水庫大壩安全運行監管云平臺，實時掌握水庫大壩安全性態、水庫大壩運行維護信息等，并用“移動信息平臺”、“AI視頻融合”，積極探索出“云一管一端”三層架構和“規程規范制度”+“專家知識庫”+“模型方法庫”三層管理體系的水庫大壩安全運行監管模式，為小型水庫大壩安全管理提供科學的輔助決策支持，實現水庫大壩運行管理能力大幅提升。

小型水庫大壩安全監管平臺建設內容：

小型水庫大壩安全監管平臺主要分為水庫上級部門管理和水庫安全管理兩個層面，建設內容主要如下：

（1）系統數據庫建設

結合注冊登記信息，錄入全省小型水庫大壩基本信息，對水雨情信息、安全監測、日常巡查、運行調度、維修養護等多源信息進行整合，構建綜合性的數據庫。

（2）分級授權管理體系建設

按照省、地市區縣、水庫三級管理模式，不同的身份授予不同的權限，對水庫管理對象和權限進行分級管理。

（3）移動巡檢系統

在水庫巡查員開展工作時根據打卡點設計巡查路線，規范巡查工作，提供所有關鍵部位的現場照片拍攝上傳功能。為巡查員提供三種上報異常情況的功能，可在APP上拍照并編寫異常描述上傳，可一鍵撥打電話聯線技術責任人溝通情況，可在平臺視頻連線技術專家進行問題分析。同時也提供通訊錄查詢、個人信息管理、巡查記錄查詢等功能。

（4）水庫管理WEB端功能模塊

開發支持省級、市縣級、水庫使用的大壩安全監測及分析軟件功能，集成綜合管理、水庫監控、安全分析、智能巡檢、數據分析、統計查詢、運行督查、系統管理等內容，實現全省水庫大壩運行管理能力提升。

四、經濟效益

按照一個小型水庫來算，每個水庫安裝一套雨水情監測系統和大壩安全監測系統，配備管理平臺和巡查APP1套。初期一個水庫的建設單價約為30萬元。

初投資：30萬元

運行費用：10000元/年

  通過項目建設可有效監測水庫雨水情信息和大壩穩定狀態，提高水庫負責人的工作效率，實現水庫信息化管理，從而有效保障水庫安全。