系统需求

近年来，水电行业的迅速发展，对促进经济发展发挥了积极作用，但也由此暴露出一些问题，一些水电站因下泄流量不足而造成部分河段在部分时段内河道减水、脱水甚至干涸，一定程度上影响了河流的正常生态功能和群众的生产生活。为保障河湖生态用水，推进小水电绿色发展，维护河流健康生命，加强小水电生态流量监管技术指导，有效监管小水电站生态流量泄放，特制定本技术建议方案。

水电站最小下泄流量是指为满足维持区域河道的基本生态功能和群众生产生活及其它用水需求，所需要区域内水电站下泄的最小流量

通过网络视频图像监控技术来实现对水电站下泄流量的实时视频图像监控，同时利用无线传输技术将坝后水位、流量等数据实时传输回监控中心，可以有效的提高水资源管理的水平的准确性，使水资源管理更加科学、更加富有成效。

需求分析

结合项目实际情况，本系统解决方案对技术、功能、性能等具体功能需求归纳如下：

（5）无网络信号的电站，要求人工采集图片和流量数据监测的方式。图片监控泄放设施出水口水流情况，每小时进行1 次图片抓拍和本地存储；通过安装流量计、水表等计量方式监测流量数据并进行本地存储。通过人工方式收集抓拍照片和流量数据定期上传至监管平台。

（6）以发电为主要功能的电站水库属于重点小（一）型或大中型的，要求实时监测的生态流量下泄数据能够及时上传至监管平台。

系统组成

小水电站生态流量监管系统包括前端计量监测设备设施、数据传输设备和后台监管系统。系统拓扑如下图：

在水电站监测点安装生态流量监测终端箱，里面主要通讯及控制设备为MGTR-W3040  4G智能传输终端或MGTR-W4040 4G智能安全遥测终端和电源供电部分，生态流量监测终端箱与超声波多普勒流量计、摄像头，闸前液位计，闸门开度仪，雷达流速仪连接仪等计量仪表连接，通过4G无线网络或Internet有线的形式将采集到的数据传给监控中心，同时可以执行监控中心的命令。

视频、图片满足《公共安全视频监控联网系统信息传输、交换、控制技术要求》（GB/T 28181）。

并支持视频图片与监测数据的叠加推送，上报监管部分。

（1）监控中心 

监控中心:1个或多中心上报

服务器：租用唐山柳林云服务器/租用公有云服务器/用户自建服务器

工作模式：实时在线

监控软件类型：B/S架构

监控中心为唐山市柳林自动化设备有限公司定制开发的水电站生态流量下泄监控平台，每个水电站分配一个账号，登录平台可以查看所在水电站的数据情况等。总账号为水务局管理员账号，管理员可以根据水电站情况，为不同的水电站分配站点和软件平台使用权限。

监测软件功能：

◆  实时数据监测（实时视频/图像，变量实时，测站实时，地图方式展示）

◆  历史数据存储、查询及导出

◆  按河流展示数据、自动考核（瞬时量查询，累计量量查询，按小时、按日、按月、按年统计泄放达标率、监测设备在线率等指标）

自动生成流量曲线和统计报表

◆  报警数据（实时报警，历史报警，报警处理）

◆  后台管理功能

◆  日志查询功能

◆  有效巡检管理功能：可定制移动终端软件的用户，可实现现场巡检管理，通过APP上报巡检情况，并可生成巡检人员行动轨迹；实现对人员的有效管理。

软件平台特点：

◆  数据显示形式多样

针对不同需求，有GIS地图方式，变量方式，测站方式等多种形式任意转换数据显示方式。其中GIS地图方式直观展示监测点位置及状态，界面右侧实时显示报警信息。

◆  人性化操作设计 

操作步骤跟踪提醒：操作步骤随界面进行明确说明，操作人员只需要根据步骤进行操作即可。

人性化界面：选择相应站点，及需要显示的变量，快速查看所需实时数据。

◆  开放性

支持多种硬件平台、采用通用软件平台开发，具备良好的可移植性，支持与其它系统的数据交换和共享，支持与其它软件的数据交换。

◆  异构系统的互联互通

在网络级和串口级提供多种符合国际主流标准的接口方式，便于各种数据的接入，实现最大限度的信息共享；能够集成不同厂家的硬件设备和软件产品，实现各系统间信息互通，并将各系统数据集成。

◆  先进的体系结构

采用B/S模式设计三层网络体系结构，便于及时、准确地采集各个子系统的工况、生产和安全参数，方便管理层实时查询、分析和决策。

◆  实时信息数据集成

以网络平台为核心，将实时数据流按照统一数据标准集成起来，同时，针对统一平台开发各种综合应用，形成集成化、网络化应用。各种图形、图像、报表信息都可以通过Web的方式在任何一台终端统一浏览，统一界面。

◆  统一的数据仓库

在集成化的数据管理中，所有的数据是在一个数据库中进行管理，数据一旦被输入，在整个系统中都可以使用。

视频/图像 数据叠加推送

实时数据监测

实时数据监测（GIS地图）

报表数据展示

水电站管理界面

（2）通信网络

大多数水电站通过4G无线网络传输到监控中心服务器。少部分是通过WIFI和有线传输方式。MGTR-W3040/4040为全网通监测模块，标配WIFI模块和LAN口，支持多种传输方式。中心为公网固定IP。

◆  通信协议：TCP/IP透明传输/SZY206-2016/《污染物在线自动监控（监测）系统数据传输标准》（HJ/T212-2017）/SL651-2014

◆  通信网络： 4G（全网通）/Internet光纤/WIFI

◆  组网模式：中心固定IP

（3）监测终端

监测终端为MGTX系列监测终端箱，材质为冷轧钢板喷漆或304不锈钢，内部主要设备为我公司研发生产的MGTR-W3040/4040 4G智能终端机，遥测终端机与现场计量设备相连，负责采集现场数据、视频及图像，数据通过RS485/4-20ma接线端子/网口传输给4G模块，4G模块通过网络将数据上传给监控中心，同时执行监控中心下达的命令（控制闸门开度）。

监测终端供电方式支持：

◆  市电供电

◆  太阳能供电

◆  太阳能市电互补供电

MGTR-W3040 4G智能视频传输终端	MGTR-W4040 4G Linux系统智能测控终端

（4）现场计量

流量仪表的选择

 随着超声波测量技术发展,速度面积法超声波流量计在渠道的流量测量中获得广泛应用,与传统的堰槽法相比,采用速度面积法测量时的水位和流速变化范围要大的多,准确度和稳定性也明显好于堰槽法,因此具备比较规范的渠道的流量测量首选速度面积法超声波流量计。

从超声波测量原理来讲，时差法适合测量纯净和杂质比较少的液体，如自来水，江河海水，污水处理厂出水等。多普勒法适合测量杂质含量比较多的液体和浆体，如城市排水，泥浆，矿浆等。从本公司多年实践经验来看，两种测量方式针对所测量介质的杂质含量定量指标比较模糊，主要原因是目前还没有测量液体杂质含量的有效仪器仪表。

由于渠道的流速分布随水位变化，建议：水位500—1200mm安装3声道传感器，水位1200mm以上安装4或5声道传感器。

雷达式非接触测量是最新国际先进测量技术,安装使用十分方便,测量稳定可靠,与超声波测量相比雷达式测量的是水流表面流速,按照水利学的流速分布理论进行计算,与超声波多声道测量相比测量精度略低。

监测站点的位置选择

监测点位可设于水电站各泄水口，也可在电站坝址下游附近选择河道断面作为监测断面。需遵循以下原则：

◆  选点需要安装在水流平稳，无回流的地方

◆  多普勒超声波流量计需要水淹没探头，设备整体高度3CM,需要的最低水位3CM以上

◆  避免淤泥或者垃圾挡住探头

◆  雷达流速仪起始速度比较高，需要装在流速比较大的位置，0.1m/S的流速

◆  雷达流量计属于非接触式安装，优先考虑有桥的地方

（5）常规流速仪法。在监测断面处安装水位自动监测设施设备（水位自记井、水位计、电子水尺等），通过水位推求下泄流量。适用于泄放口断面比较规整的测流，如矩形槽、三角堰、巴歇尔槽等。

（6）实时雷达波测流法。布设雷达流速仪探头，实时监测 水流表面流速，推求断面下泄流量。适用于泄放口断面比较规整的测流，如矩形槽、三角堰、巴歇尔槽等。

（7）多普勒测流法。将仪器固定于水面、河底或水面以下某一位置，测定垂线或断面分层流速，推求全断面流速和下 泄流量。适用于河道断面流量监测。