水雨情自动采集系统在水库水文监测中的应用

付金利

(河北省邢台水文水资源勘测局，河北 威县 054000)

在水库的防汛过程中，水雨情一直是水文监测的重点内容。水库的管理存在水库分布较为分散、大多数水库的位置都较为偏僻、其交通状况也不够便利等不利情况。同时，水库的各类数据若不及时进行监测，会对水库的安全造成运行造成潜在的安全风险。原有水库的管理大都依靠人工现场测量来完成，水库的管理人员偏少也成为制约水库安全监测的重要因素。文章通过分析河北省邢台市某水库水雨情自动检测系统的功能和应用，该系统可以有效发挥对水库水雨情的自动预报的功能，能有效的减少水质灾害的发生，提升水资源利用率。

1 系统概况

水雨情自动采集系统基于物联网技术，通过对水库水位、水量、实时场景的采集，实现对于一个河流域内的水文气象数据通过实时采集的方式，传递至水文决策中心，从而最大程度的实现对于洪水的预报以及对于水文的调度[1]。整个系统的目标是实现如下功能：

1)实现对水库内的雨水情进行实时的数据采集，并通过在现场的实时的视频拍照功能，针对可能出现的危险雨水情状况进行有效的预警。

2)通过在水库内设置的雨水情数据信息以及现场的实时视频图像信息通过无线网络的方式传送水库雨水情监控指挥中心，在整个电子地图上实时显示出各个点位的雨水情信息，并对出现的信息进行及时的预警。

水雨情实时采集系统框图如图1所示。

图1 水雨情实时采集系统框图

从图1可以看出，整个水雨情实时采集系统主要是通过专业的水位计、雨量筒灯专业的数据采集设备，将现场采集到的水位数据实时传送至水位遥测终端设备上。同时，在现场配置工业用照相机，将水库水雨情的图像视频画面通过无线传送的方式传送至监控中心，并依托省/市水位检测数据平台进行数据预警。

2 数据采集系统的原理

从以上系统框图可以看出，整个水雨情自动数据采集系统分别是水雨情采集系统、视频采集系统等两个部分组成。下面分别对这两个个系统的原理进行概述。

2.1 水雨情数据采集系统的原理

现场采集系统主要是通过对水库的水位信息以及雨量信息数据进行采集。整个数据的采集部分主要是依托专业的采集设备来完成，其中针对水位信息的采集是通过水位计来完成，而雨量的采集是通过设置在现场的雨量筒来采集。在水库进行水雨情数据进行采集的过程中，一般是通过高精度的水位仪以及雨量筒等采集设备。

水位计一般是通过高频的微波脉冲通信，借助天线来实现对于水位信号的传输，工业上应用精度较高的水位仪的采集距离可以高达70米，并且在采集的过程中采用调频雷达的测位功能与水文遥测终端(RTU)进行数据的融合联动。图2为雷达水位计量的原理图。

图2 水位采集系统原理图

而雨量则是通过雨量筒等在设定的时间内对所雨量数据进行测量，实时将所采集的数据进行上传至水文遥测终端(RTU)，雨量筒可以实现对雨量数据的实时测量，并对所存储的数据进行及时的存储。数据采集系统中水位采集、雨量采集等采集系统的可以实现对水位数据、雨量数据的采集和存储，并可以借助2G/3G/4G/NB-IOT/LoRa等传输系统进行数据通信。雨量采集系统的系统图如图3所示。

2.2 视频监控系统的原理

整个视频监控是通过视频监控前端采集设备，实现对视频图像信号的采集，在整个采集的过程中，将整个视频录像的功能融合为一体，实现3g/4g/5g/WIFI等移动通信技术的融合，实现对于视频图像信号的采集与存储，并将所采集的视频图像信号传送至视频监控中心。

关于水位、雨量、视频监控等系统组成的系统框图如图4所示：

图3 水雨情采集系统框图

图4 整个水文监测现场实物连接系统框图

3 水雨情监测系统在河北邢台某水库水文监测中的应用

3.1 项目背景和功能架构

为更好的加强对水库水资源的水雨情监控管理，河北省邢台市某水库管理局通过建设水雨情自动检测系统，现场检测设备按照水文检测数据的通信规约(SL651-2014)将其上报到水雨情检测管理中心平台，整个系统的架构如图5所示。

图5 整个水文监测现场实物连接系统框图

3.2 水雨情自动监测系统的应用

本水雨情自动监测系统可以实现对于水请、雨情的全过程数据的自动采集，并附带有拍照和视频录像等功能，并通过实时记录水库的水位动态变化情况，监测水位的汛限水位、时段的降雨量、日累计降雨量等情况，实现手机终端与电脑终端对信息的共享。图6为河北邢台某水库的水雨情监测系统现场杆塔图。

图6 河北邢台某水库的水雨情监测系统现场杆塔图

从上图的实时采集系统组成可知，通过水雨情采集系统，可以将现场的水雨情信息一级现场的视频图像等信息传送至监控指挥中心，可以了解该水库的安全运行状况。同时，将采集到的水位、雨量、视频等数据在后台进行综合分析，可以为灌区管理部门的针对水清的管理提供科学的判断依据，并可以为实施水雨情的辅助决策提供科学的依据。下图为整个水雨情监测系统的管理页面如图7所示。

图7 整个水雨情监测现场软件页面图

从上个页面可以看出，整个水雨情监测系统的主要功能应用包括：

1)实时对水位的监测显示功能：从图7中可以看出，整个水位监测功能主要包括对最高水位的显示，同时也用三维显示的方式对保障水位、正常水位、校核洪水位、死水位等相关数据信息进行了标记。从图中可以明显的看出当前的水位的实时状况。

2)24h雨量的统计情况：从上图中也可以看出，整个系统在24小时的雨量值中，按照每隔1个小时来进行记录，其中最高值为0mm，并按照1h的间隔时间进行了分类统计。

3)水库容量的动态显示：从图中也可以看出，整个水库的每天的动态的水位以及其所最大的库存水量信息也进行了一一对应。这对于水文监测管理部门可以对当前该水库的情况实现较为科学的分析和研判。

4)水库的现场视频画面：除了水雨情等基本水文信息的采集外，该系统还可以实现对于水库的视频画面进行实时的采集，可以对书库周边以及水库的水清情况进行实时画面的采集传递。这为书库管理部门更加科学有效的对水清情况进行分析和预警提供了现场视频数据。

4 结 语

文章通过对河北邢台某水库的水雨情采集系统进行了分析，并分析了该水雨情管理系统的功能应用。从该应用中可以看出，可视化应用水雨情采集系统可以远程实现对水位、水量、视频画面等数据的实时的传输。通过后台可视化的管理界面，可以较为直观的展现出水库的实时运行状况，可以使水库运营管理者可以较为容易的对水库的运行管理状况进行科学的分析、研判，降低了管理人员对于专业化的要求。同时，该水库水雨情实时管理系统通过手机和电脑终端同步实现对于水位数据的测定，大大提升了管理的效率。下一步，针对智慧水务建设不断推进的过程中，水文数据的采集单位需要不断加强联系，并将水位数据进行有效的融合，并在实际的水文数据的采集过程分析中，加强水文数据的融合管理，不断提升水文数据的智能化分析能力，提升水文数据的价值。