水雨情自動采集系統在水庫水文監測中的應用

付金利

(河北省邢臺水文水資源勘測局，河北 威縣 054000)

在水庫的防汛過程中，水雨情一直是水文監測的重點內容。水庫的管理存在水庫分布較為分散、大多數水庫的位置都較為偏僻、其交通狀況也不夠便利等不利情況。同時，水庫的各類數據若不及時進行監測，會對水庫的安全造成運行造成潛在的安全風險。原有水庫的管理大都依靠人工現場測量來完成，水庫的管理人員偏少也成為制約水庫安全監測的重要因素。文章通過分析河北省邢臺市某水庫水雨情自動檢測系統的功能和應用，該系統可以有效發揮對水庫水雨情的自動預報的功能，能有效的減少水質災害的發生，提升水資源利用率。

1 系統概況

水雨情自動采集系統基于物聯網技術，通過對水庫水位、水量、實時場景的采集，實現對于一個河流域內的水文氣象數據通過實時采集的方式，傳遞至水文決策中心，從而最大程度的實現對于洪水的預報以及對于水文的調度[1]。整個系統的目標是實現如下功能：

1)實現對水庫內的雨水情進行實時的數據采集，并通過在現場的實時的視頻拍照功能，針對可能出現的危險雨水情狀況進行有效的預警。

2)通過在水庫內設置的雨水情數據信息以及現場的實時視頻圖像信息通過無線網絡的方式傳送水庫雨水情監控指揮中心，在整個電子地圖上實時顯示出各個點位的雨水情信息，并對出現的信息進行及時的預警。

水雨情實時采集系統框圖如圖1所示。

圖1 水雨情實時采集系統框圖

從圖1可以看出，整個水雨情實時采集系統主要是通過專業的水位計、雨量筒燈專業的數據采集設備，將現場采集到的水位數據實時傳送至水位遙測終端設備上。同時，在現場配置工業用照相機，將水庫水雨情的圖像視頻畫面通過無線傳送的方式傳送至監控中心，并依托省/市水位檢測數據平臺進行數據預警。

2 數據采集系統的原理

從以上系統框圖可以看出，整個水雨情自動數據采集系統分別是水雨情采集系統、視頻采集系統等兩個部分組成。下面分別對這兩個個系統的原理進行概述。

2.1 水雨情數據采集系統的原理

現場采集系統主要是通過對水庫的水位信息以及雨量信息數據進行采集。整個數據的采集部分主要是依托專業的采集設備來完成，其中針對水位信息的采集是通過水位計來完成，而雨量的采集是通過設置在現場的雨量筒來采集。在水庫進行水雨情數據進行采集的過程中，一般是通過高精度的水位儀以及雨量筒等采集設備。

水位計一般是通過高頻的微波脈沖通信，借助天線來實現對于水位信號的傳輸，工業上應用精度較高的水位儀的采集距離可以高達70米，并且在采集的過程中采用調頻雷達的測位功能與水文遙測終端(RTU)進行數據的融合聯動。圖2為雷達水位計量的原理圖。

圖2 水位采集系統原理圖

而雨量則是通過雨量筒等在設定的時間內對所雨量數據進行測量，實時將所采集的數據進行上傳至水文遙測終端(RTU)，雨量筒可以實現對雨量數據的實時測量，并對所存儲的數據進行及時的存儲。數據采集系統中水位采集、雨量采集等采集系統的可以實現對水位數據、雨量數據的采集和存儲，并可以借助2G/3G/4G/NB-IOT/LoRa等傳輸系統進行數據通信。雨量采集系統的系統圖如圖3所示。

2.2 視頻監控系統的原理

整個視頻監控是通過視頻監控前端采集設備，實現對視頻圖像信號的采集，在整個采集的過程中，將整個視頻錄像的功能融合為一體，實現3g/4g/5g/WIFI等移動通信技術的融合，實現對于視頻圖像信號的采集與存儲，并將所采集的視頻圖像信號傳送至視頻監控中心。

關于水位、雨量、視頻監控等系統組成的系統框圖如圖4所示：

圖3 水雨情采集系統框圖

圖4 整個水文監測現場實物連接系統框圖

3 水雨情監測系統在河北邢臺某水庫水文監測中的應用

3.1 項目背景和功能架構

為更好的加強對水庫水資源的水雨情監控管理，河北省邢臺市某水庫管理局通過建設水雨情自動檢測系統，現場檢測設備按照水文檢測數據的通信規約(SL651-2014)將其上報到水雨情檢測管理中心平臺，整個系統的架構如圖5所示。

圖5 整個水文監測現場實物連接系統框圖

3.2 水雨情自動監測系統的應用

本水雨情自動監測系統可以實現對于水請、雨情的全過程數據的自動采集，并附帶有拍照和視頻錄像等功能，并通過實時記錄水庫的水位動態變化情況，監測水位的汛限水位、時段的降雨量、日累計降雨量等情況，實現手機終端與電腦終端對信息的共享。圖6為河北邢臺某水庫的水雨情監測系統現場桿塔圖。

圖6 河北邢臺某水庫的水雨情監測系統現場桿塔圖

從上圖的實時采集系統組成可知，通過水雨情采集系統，可以將現場的水雨情信息一級現場的視頻圖像等信息傳送至監控指揮中心，可以了解該水庫的安全運行狀況。同時，將采集到的水位、雨量、視頻等數據在后臺進行綜合分析，可以為灌區管理部門的針對水清的管理提供科學的判斷依據，并可以為實施水雨情的輔助決策提供科學的依據。下圖為整個水雨情監測系統的管理頁面如圖7所示。

圖7 整個水雨情監測現場軟件頁面圖

從上個頁面可以看出，整個水雨情監測系統的主要功能應用包括：

1)實時對水位的監測顯示功能：從圖7中可以看出，整個水位監測功能主要包括對最高水位的顯示，同時也用三維顯示的方式對保障水位、正常水位、校核洪水位、死水位等相關數據信息進行了標記。從圖中可以明顯的看出當前的水位的實時狀況。

2)24h雨量的統計情況：從上圖中也可以看出，整個系統在24小時的雨量值中，按照每隔1個小時來進行記錄，其中最高值為0mm，并按照1h的間隔時間進行了分類統計。

3)水庫容量的動態顯示：從圖中也可以看出，整個水庫的每天的動態的水位以及其所最大的庫存水量信息也進行了一一對應。這對于水文監測管理部門可以對當前該水庫的情況實現較為科學的分析和研判。

4)水庫的現場視頻畫面：除了水雨情等基本水文信息的采集外，該系統還可以實現對于水庫的視頻畫面進行實時的采集，可以對書庫周邊以及水庫的水清情況進行實時畫面的采集傳遞。這為書庫管理部門更加科學有效的對水清情況進行分析和預警提供了現場視頻數據。

4 結 語

文章通過對河北邢臺某水庫的水雨情采集系統進行了分析，并分析了該水雨情管理系統的功能應用。從該應用中可以看出，可視化應用水雨情采集系統可以遠程實現對水位、水量、視頻畫面等數據的實時的傳輸。通過后臺可視化的管理界面，可以較為直觀的展現出水庫的實時運行狀況，可以使水庫運營管理者可以較為容易的對水庫的運行管理狀況進行科學的分析、研判，降低了管理人員對于專業化的要求。同時，該水庫水雨情實時管理系統通過手機和電腦終端同步實現對于水位數據的測定，大大提升了管理的效率。下一步，針對智慧水務建設不斷推進的過程中，水文數據的采集單位需要不斷加強聯系，并將水位數據進行有效的融合，并在實際的水文數據的采集過程分析中，加強水文數據的融合管理，不斷提升水文數據的智能化分析能力，提升水文數據的價值。