河道治理物聯(lián)網系統(tǒng)及其施工方法

孫東亞 朱景云 劉建飛

南京明瑞建設集團有限公司，中國·江蘇 南京 211100

1 引言

提供一種平原河道治理物聯(lián)網系統(tǒng)及其施工方法，通過物聯(lián)網實時監(jiān)測平原河道水環(huán)境的狀況，可靠、安全、易管理、易維護。

2 技術方案

2.1 技術方案特征

平原河道治理物聯(lián)網系統(tǒng)，其特征在于：包括監(jiān)測感知網、管理應用平臺和監(jiān)控管理中心。監(jiān)測感知網收集平原河道水務信息、監(jiān)測生態(tài)環(huán)境信息傳遞至監(jiān)控管理中心，監(jiān)控管理中心為數(shù)據接收、處理和分析、運行監(jiān)視和事故報警、控制與調度、會商決策一體的綜合管理中心，監(jiān)控管理中心傳遞信息至管理應用平臺，管理應用平臺儲存數(shù)據資源，并感知水情、水質、工情、災情以及水生態(tài)信息。監(jiān)測感知網收集河道信息，監(jiān)控管理中心通過監(jiān)測感知網時刻監(jiān)測河道水環(huán)境，河道信息儲存在管理應用平臺內，監(jiān)控管理中心從管理應用平臺內獲取河道信息，便于分析處理和確定決策。如圖1所示。

圖1 河道治理物聯(lián)網系統(tǒng)的模塊圖

監(jiān)測感知網有自動水位監(jiān)測站、自動水質監(jiān)測站、視頻監(jiān)控站和自動水文監(jiān)測站組成。自動水位監(jiān)測站時刻監(jiān)測水位高度，用于防汛預警。自動水質監(jiān)測站監(jiān)測指標為水溫、溶解氧、pH、濁度、電導率、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、總氮、總磷，反映水質問題，為污染預警、污染源排查等提供水質數(shù)據支撐。視頻監(jiān)控站可以對水情監(jiān)測設備、水質監(jiān)測設備、河道周邊、沿岸濕地等進行全方位的監(jiān)視和管理，有效提高河道綜合治理工程的建設、運維管理水平。自動水文監(jiān)測站用于監(jiān)測河道流速，同樣用于防汛預警。

監(jiān)控管理中心包括數(shù)據機房、指揮大廳和會商室。數(shù)據機房體化集成了機柜系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)和消防系統(tǒng)；指揮大廳內設有大屏顯示系統(tǒng)和操作席；會商室包括拼接屏、會議桌以及相關音視頻設備。數(shù)據機房是監(jiān)控管理中心的大腦，是所有監(jiān)測監(jiān)控數(shù)據匯集的終點，也是軟件開發(fā)的硬件基礎；指揮大廳是指揮中心實施監(jiān)控、指揮和調度的核心區(qū)域，可實時監(jiān)測河道情況；會商室是提供專題會商及決策的場所，并可兼做指揮調度會議室。

2.2 河道治理物聯(lián)網系統(tǒng)的施工步驟

2.2.1 監(jiān)測感知網建設

第一，觀察平原河道地形，選擇合適的地址。

第二，安裝自動水位站：①根據圖紙做好測量放樣、鋼筋模板及地籠預埋件，防止地基沉降。②安裝雷達水位計、壓力水位計、監(jiān)測設備立桿及配件、水位標尺和避雷設施。

第三，安裝視頻監(jiān)控站：①按照設計圖紙要求做好立桿基礎，在基礎施工時，對照圖紙要求，做好地籠預埋件。②在地面上組裝好視頻攝像機，采用高梯與升降裝置、云梯及吊車進行視頻監(jiān)控立桿的固定。③鋪設光纜。④通電測試及網絡測試。⑤將交換機和服務器基礎設施部署安裝在一體化機房機柜里，按照相關要求進行設備的上電前檢查，并做好相關電源線路、網絡線路的接通調試[1]。

第四，在每個設備安裝完成后進行單項設備的調試，測試每個設備工作狀態(tài)。

2.2.2 監(jiān)控管理中心建設

第一，建設數(shù)據機房：①根據現(xiàn)有的辦公室進行測繪，并進行BIM建模，提前規(guī)劃設備的位置[1]。②將機房內所用到的管道進行路徑規(guī)劃，生產后安裝至機房內。③將機柜系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)和消防系統(tǒng)進行模塊化生產，并在機房內進行模塊化組合拼裝。

第二，建設指揮大廳：①根據現(xiàn)有的辦公室進行測繪，并進行BIM建模，進行整體布局。②指揮大廳部署LED大屏顯示系統(tǒng)，音頻系統(tǒng)，云桌面操作控制系統(tǒng)[1]。

第三，建設會商室：①根據圖紙進行會商室整體布局。②在會商室內配顯示屏、會議桌、音響系統(tǒng)、網絡設備、操控設備、裝飾裝修。

2.2.3 管理應用平臺建設

第一，采用云計算架構建立數(shù)據庫。壓力水位計的安裝如下：

①探頭安裝時必須完全固定，不隨水流和浪涌產生顫動。

②氣管沿程保證向下傾斜，保護管所有拐彎的部分彎曲度均不能過于尖銳并避免水平部分和低點，向下傾斜度不能小于5°，氣管管口相對于底部的傾斜角需大于5°。

③壓力探頭安裝在起保護作用的φ50鍍鋅鋼管內，線纜安裝在起保護作用的φ25PVC線管內，埋入地面線一下0.3m。

④壓力探頭需固定在常年低水位以下20～30cm處，保證探頭不暴露于空氣中，但須防止插入淤泥層中。

第二，監(jiān)測感知網中應用軟件開發(fā)：

①根據系統(tǒng)詳細設計、接口設計和人機界面規(guī)劃與設計文檔，用指定的編程語言把系統(tǒng)單元轉化為程序代碼；補充制定單元測試的職責、用例和規(guī)程；進行自測和互測，根據測試結果對軟件設計文檔和程序代碼進行必要的修改和調試，提出單元驗證測試申請。

②在單元驗證后，有步驟地集成各軟件單元形成軟部件；編寫用戶手冊初稿；完善軟件測試說明；進行自測和互測，根據測試結果對軟件設計文檔和程序代碼進行必要的修改和調試，提出軟部件驗證測試申請。

③在軟部件驗證后，有步驟地集成各軟部件形成軟件系統(tǒng)，完善用戶手冊，編寫系統(tǒng)調試和測試說明，進行自測和互測，根據測試結果對系統(tǒng)設計文檔和程序代碼進行必要的修改和調試，提出系統(tǒng)驗證測試申請。

3 有益效果

建設平原河道治理物聯(lián)網系統(tǒng)，構建監(jiān)測感知體系，并協(xié)同定期巡檢工作，形成自動監(jiān)測與人工巡檢相結合的全方位動態(tài)監(jiān)測體系；通過水雨情數(shù)據監(jiān)測、現(xiàn)場實時監(jiān)控，實現(xiàn)防洪排澇預警，輔助管理層進行決策；通過水質監(jiān)測，實時掌握水環(huán)境狀況，為保障河道治理成效、及時應對突發(fā)水環(huán)境事件提供依據。管理應用平臺的設置實現(xiàn)各種涉水工程建設、運維、服務的協(xié)作化管理。基于信息化技術，搭建河道運維服務統(tǒng)一平臺，便于管理人員隨時掌握河道水環(huán)境信息、運維信息以及對河道綜合治理進行實時監(jiān)督。