山美水庫水資源環(huán)境保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)

1、 山美水庫水資源環(huán)境保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)山美水庫水資源環(huán)境保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)方案書泉州毅通信息科技股份有限公司二零一三年五月- 30 -目 錄第一部分、系統(tǒng)概述- 2 -1. 需求背景- 2 -2. 系統(tǒng)設(shè)計- 2 -第二部分、水庫地理信息數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)- 3 -1. 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境- 3 -2. 系統(tǒng)建設(shè)和應(yīng)用基礎(chǔ)- 4 -3系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)路線- 6 -第三部分、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)- 9 -1系統(tǒng)設(shè)計- 9 -2. 系統(tǒng)目標(biāo)- 10 -3. 總體架構(gòu)- 10 -4. 系統(tǒng)組成- 12 -第四部分、水資源監(jiān)測系統(tǒng)- 21 -1. 系統(tǒng)設(shè)計- 21 -2. 系統(tǒng)架構(gòu)- 21 -3. 感知層設(shè)計- 22 -4. 網(wǎng)絡(luò)層

2、設(shè)計方案- 23 -5. 水文信息采集- 24 -第一部分、系統(tǒng)概述1. 需求背景山美水庫系晉江流域惟一一座集防洪、供水、灌溉、生態(tài)和發(fā)電等功能為一體的大型水利樞紐工程，其庫容6.55億立方米、流域面積1023平方公里，是晉江下游三市一縣五區(qū)400多萬人口生產(chǎn)生活的主要水源地，為泉州經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展提供水資源支撐和保障。山美水庫周邊居民密集，庫灣多岸線長，隨著周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，隨意傾倒渣土、直排污水、非法圍墾、違章建房等現(xiàn)象逐漸增多，單靠人工巡查和庫區(qū)幾個視頻監(jiān)控點很難及時發(fā)現(xiàn)水事違法、水質(zhì)污染案件。山美水庫轄區(qū)內(nèi)有近4000畝森林，范圍大、地形復(fù)雜，靠人工巡查很難及時發(fā)現(xiàn)森林火災(zāi)。可參照北京的

3、經(jīng)驗，利用北斗導(dǎo)航技術(shù)的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，實現(xiàn)對水庫上游及周邊地區(qū)進(jìn)行全方位監(jiān)測、監(jiān)控，可以實時監(jiān)測水事違法、水質(zhì)污染等事件，并及時發(fā)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害、森林火災(zāi)提前做好防災(zāi)準(zhǔn)備。對山美水庫整個流域及轄區(qū)內(nèi)近4000畝森林的實時有效監(jiān)控，能有清楚的監(jiān)控圖像，能看見傾倒渣土、直排污水、非法圍墾、違章建房等水事違法及水質(zhì)污染事件的過程；能看見森林火災(zāi)時的煙霧或起火點的圖像；實現(xiàn)對山美水庫整個流域及轄區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警全覆蓋。2. 系統(tǒng)設(shè)計山美水庫水資源環(huán)境保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)的方案設(shè)計構(gòu)想取得于地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)、北斗衛(wèi)星影集災(zāi)害遙感預(yù)警通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)等應(yīng)用的諸多便利，構(gòu)筑空間傳感器網(wǎng)絡(luò)，息

4、于一體的傳感器系統(tǒng)等已成為對地觀測、空間信息科學(xué)等領(lǐng)域的發(fā)展趨勢之一，對防汛的災(zāi)情分析評估、水質(zhì)多點智能監(jiān)測、流域地理空間監(jiān)控等的實際應(yīng)用。山美水庫水資源環(huán)境保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)的方案設(shè)計構(gòu)想應(yīng)實現(xiàn)山美水庫水資源環(huán)境保護(hù)監(jiān)控管理的智能化和數(shù)字化，并對水質(zhì)污染事件進(jìn)行多點監(jiān)測、流域地質(zhì)災(zāi)害實時觀測、森林防火全面監(jiān)視，并對非法圍墾、違章建房等水事違法事件進(jìn)行全覆蓋預(yù)警等，可以實時評估水體污染和影響范圍，實時監(jiān)控大面積泥石流、滑坡等山地災(zāi)害的影響范圍。此外，還可根據(jù)北斗導(dǎo)航監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)資源衛(wèi)星監(jiān)測圖象對水庫水資源環(huán)境進(jìn)行保護(hù)監(jiān)控。還可以對水的混濁度、PH值、含氮度等要素進(jìn)行實時智能監(jiān)測，對污染源的位置作定性

5、實時監(jiān)測。實現(xiàn)山美水庫水資源環(huán)境保護(hù)監(jiān)控管理的智能化和數(shù)字化，能實時多點監(jiān)控水體污染和影響范圍，實時監(jiān)控大面積泥石流、山體滑坡等山地災(zāi)害的影響范圍，森林火災(zāi)的影響范圍，周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民傾倒垃圾、非法圍墾、違章建房等水事違法事件的影響范圍進(jìn)行預(yù)警監(jiān)控。第二部分、水庫地理信息數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)水庫地理信息數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)，主要包括建立山美水庫流域地理基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)庫和資源專題數(shù)據(jù)庫。地理基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)庫包括山美水庫流域地形、地貌、遙感影像等信息；資源專題數(shù)據(jù)庫包括森林、地質(zhì)、水體、非法圍墾和傾倒垃圾等信息。1. 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境(1)GIS服務(wù)器：ArcGIS Server 9.3，ArcSDE(2)空間數(shù)據(jù)庫：S

6、QLSever2005(3)應(yīng)用服務(wù)器：IIS(4)空間數(shù)據(jù)引擎：ArcSDE 9.3 for Oracle或 ArcSDE 9.3 for SQLSever(5)操作系統(tǒng)：Windows XP(6)客戶端：IE瀏覽器，ArcGIS explorer(7)開發(fā)語言：NET平臺下C#(8)開發(fā)工具：AO，Microsoft Visual Studio 2005(9)硬件環(huán)境：服務(wù)器端CPU Core2 6600，硬盤250G，內(nèi)存3G；客戶端支持瀏覽器的PC機(jī)。2. 系統(tǒng)建設(shè)和應(yīng)用基礎(chǔ)2.1數(shù)據(jù)基礎(chǔ)水庫地理信息數(shù)據(jù)資源包括基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)和專題數(shù)據(jù)兩種資源它們是相輔相成的關(guān)系。數(shù)據(jù)庫中除林

7、業(yè)二類普查數(shù)據(jù)外，還需包括以下數(shù)據(jù)：1. 基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)是GIS系統(tǒng)的核心數(shù)據(jù)，是各種空間分析的基本對象。主要包括為所有地理空間數(shù)據(jù)提供共同的坐標(biāo)參考系的大地控制數(shù)據(jù)，交通數(shù)據(jù)，行政境界數(shù)據(jù)，居民地數(shù)據(jù)，地名注記數(shù)據(jù)以及對應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)，林業(yè)現(xiàn)狀圖等。常用圖層主要包括：道路圖層、地名圖層、高程圖層、等高線圖層、河流圖層、村委會圖層、林業(yè)資源圖層、小班圖層等。2. 多源、多時相遙感數(shù)據(jù)對遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，生成兼有高分辨率和多光譜信息的遙感影像，提取林業(yè)信息、林業(yè)現(xiàn)狀數(shù)據(jù)和制作三維模型。3.專題地圖主要是指各種林業(yè)專題圖和森林分類信息：林區(qū)三維影像模型圖、火險區(qū)劃圖、撲火設(shè)施配置體系(

8、嘹望監(jiān)測網(wǎng)。防火隔離帶，防火道路，防火檢查站，物資儲備庫等)、通信配置體系、電力配置體系、林業(yè)資源戰(zhàn)略規(guī)劃、造林工程、森林道路規(guī)劃等。4、DEM數(shù)據(jù)用于三維可視化以及用戶的分析、量算。4、DOM數(shù)據(jù)以航空遙感影像為數(shù)據(jù)源，以實測GPS點和DEM數(shù)據(jù)為糾正控制點，參考精度符合要求的地形圖或林業(yè)用地圖，對航空拍攝數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何校正，再將校正后的數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)、勻光勻色和標(biāo)準(zhǔn)圖幅分幅，制作成真彩色的監(jiān)測區(qū)DOM和標(biāo)準(zhǔn)分幅DOM。數(shù)字正射影像圖疊加專題信息之后，擺脫了傳統(tǒng)專業(yè)線劃圖過于抽象，非專業(yè)人員不易理解的局限，使地表信息更加直觀、內(nèi)容更加豐富多彩，便于林業(yè)部門對森林資源的管理和保護(hù)。2.2森林防火地

9、理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫建設(shè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫可采用Oracle+ArcSDE，也可采用SQLSever+ArcSDE數(shù)據(jù)庫技術(shù)。SQLSever+ArcSDE是目前世界上最成熟、最穩(wěn)定的空間數(shù)據(jù)管理技術(shù)，也是省、市級基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫工程建設(shè)的主流模式。根據(jù)本系統(tǒng)的實際應(yīng)用和具體要求，本項目中建議采用SQLSever+ArcSDE。在水庫水資源環(huán)境保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)中，主要存儲兩種類型的數(shù)據(jù)：基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)和水資源管理題數(shù)據(jù)。由于數(shù)據(jù)庫中要包括大量的空間數(shù)據(jù)，所以要求數(shù)據(jù)的存儲空間足夠大，一臺服務(wù)器已不能很好的滿足需求，因此系統(tǒng)應(yīng)采用分布式數(shù)據(jù)庫來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行管理，以提高數(shù)據(jù)的存取效率，增強(qiáng)數(shù)據(jù)的可靠性和可用性。

10、建議山美水庫水資源環(huán)境保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫建設(shè)采用標(biāo)準(zhǔn)的三層體系結(jié)構(gòu)，如下圖所示：數(shù)據(jù)查詢分析空間數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)入庫數(shù)據(jù)庫維護(hù)ArcIMSArcGIS EngineArcSDE9.XOracalDLG，DOM，DEM數(shù)據(jù)層中間層應(yīng)用層 數(shù)據(jù)庫三層體系結(jié)構(gòu)圖 (1)數(shù)據(jù)層采用MSSQL關(guān)系型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和ArcSDE空間數(shù)據(jù)引擎，實現(xiàn)四川省森林防火基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)的高效存儲和管理。(2)邏輯層(中間層)通過ArcSDE空間數(shù)據(jù)引擎實現(xiàn)對空間數(shù)據(jù)的訪問，基于ArcG1S Engine和ArclMS技術(shù)構(gòu)建空間信息綜合應(yīng)用開發(fā)平臺，實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)應(yīng)用的業(yè)務(wù)邏輯，如空間數(shù)據(jù)的表現(xiàn)和操作。(3)應(yīng)用層在ArcG1S

11、 Engine和ArclMS的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)四川省森林防火基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫的具體應(yīng)用。3系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)路線3.1系統(tǒng)建設(shè)的主要內(nèi)容該項目的建設(shè)內(nèi)容主要包括以下幾個方面：二類資源圖片信息數(shù)字化、編輯、查錯等；對地形圖進(jìn)行掃描、裁邊、糾正、配準(zhǔn)等；對地形圖上的主要道路和河流等信息進(jìn)行數(shù)字化和編碼；森林防火基礎(chǔ)設(shè)施分布情況數(shù)字化；集成遙感數(shù)據(jù)；系統(tǒng)地圖數(shù)據(jù)集成標(biāo)準(zhǔn)化；人員培訓(xùn)等工作。項目的具體實施過程可分為以下幾個步驟：1、統(tǒng)一規(guī)程規(guī)范采用國家統(tǒng)一的規(guī)程規(guī)范，使基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集、錄入、更新、處理在統(tǒng)一的框架下開展，以保證系統(tǒng)在科學(xué)、有序的狀態(tài)下正常運(yùn)行。同時，通過規(guī)程規(guī)范，提高系統(tǒng)兼容性，保證數(shù)據(jù)共享、資料

12、共享、成果共享。2、建立森林資源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺主要包括基礎(chǔ)地理信息庫、遙感數(shù)據(jù)庫、森林資源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫和管理信息數(shù)據(jù)庫的建立和完善。在森林資源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺的建設(shè)中，以森林資源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的建立為核心，以二類調(diào)查區(qū)劃的小班為基本單位，建立地理信息、遙感影像信息、資源屬性信息的森林資源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺。同時，逐步將各地森林資源管理，特別是與林業(yè)重點工程有關(guān)的森林資源管理（規(guī)劃設(shè)計）數(shù)據(jù)納入森林資源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫中，并通過系統(tǒng)相應(yīng)的功能設(shè)計，在一定管理條件的約束下，使各類森林資源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)做到及時更新，以保障系統(tǒng)為各級管理部門提供及時、科學(xué)、客觀的動態(tài)信息。使系統(tǒng)運(yùn)行在豐富的森林資源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)之上。 3、開發(fā)研制

13、軟件系統(tǒng)軟件分為二大部分。一部分是圍繞森林資源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺的建立、運(yùn)行、維護(hù)、使用、更新、管理及網(wǎng)絡(luò)化所需的軟件；另一部分是森林火災(zāi)預(yù)防和應(yīng)急管理所需的軟件。選用先進(jìn)的軟件平臺，按應(yīng)用需求，研制開發(fā)應(yīng)用軟件系統(tǒng)。軟件研制開發(fā)以空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)、地理信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)傳輸與數(shù)據(jù)交換技術(shù)為核心，以基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)、森林資源調(diào)查、監(jiān)測等數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以各類數(shù)據(jù)的動態(tài)更新為保障，以簡單易用為目標(biāo)，開發(fā)建立科學(xué)、適用、功能全面、實時變化的信息管理系統(tǒng)軟件，為各級林業(yè)主管部門提供信息查詢、分析評價、輔助管理、輔助決策等功能。 4、建立安全完備的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。充分利用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，在安全、高效、節(jié)約的原則基

14、礎(chǔ)上，建立全省的森林資源管理信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)著重實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸、交換功能，充分利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)資源，在保證安全性的基礎(chǔ)上，以分布式數(shù)據(jù)庫技術(shù)、地理信息系統(tǒng)技術(shù)、權(quán)限管理技術(shù)等為主要手段，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸交換。并在此基礎(chǔ)上，建立網(wǎng)絡(luò)信息發(fā)布系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)信息查詢系統(tǒng)。3.2系統(tǒng)建設(shè)的技術(shù)路線系統(tǒng)建設(shè)的目標(biāo)從應(yīng)用層次上為二部分。一部分為森林資源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺，著重解決相關(guān)部門對相關(guān)地理信息、資源信息基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理和更新以及防火設(shè)施、防火隊伍和防火檔案的管理和應(yīng)用等問題；另一部分為火災(zāi)應(yīng)急管理信息系統(tǒng)，主要用于森林火災(zāi)發(fā)生過程中的撲救現(xiàn)場指揮，著重提高林業(yè)防火管理的現(xiàn)代化水平。系統(tǒng)提供對全要素的林相圖、地

15、形圖、防火專題圖等數(shù)字地圖的信息查詢和管理。通過火點定位、火情查詢實現(xiàn)森林火災(zāi)的快速定位，林相、地形、防火信息快速查詢及災(zāi)后損失評估功能，并能結(jié)合全球GPS或國產(chǎn)雙星定位系統(tǒng)，實時接收撲火隊伍GPS經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，監(jiān)視行進(jìn)路線，或是圈定火場范圍，及時統(tǒng)計火災(zāi)損失。同時提供標(biāo)繪工具配合撲火隊伍的指揮，為領(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行防火指揮提供輔助決策。3.3系統(tǒng)功能模塊系統(tǒng)功能主要包括以下幾個部分：1.全面的道路信息，隨時可查到各種等級的道路；2.各種防火設(shè)施如撲火隊伍，防火塔等專題圖的分布，各種設(shè)施的快捷查詢，為防火指揮決策起到良好的作用。3.通過了望塔或是經(jīng)緯度火情報告，精確的確定火點位置，快速的查找周圍的最近的撲

16、火隊伍，附近的道路情況和林相信息，可以制定相應(yīng)的撲火方案。4.快速生成任意范圍的三維圖形，飛行，旋轉(zhuǎn)，高程查詢，渲染等多種手段， 使得領(lǐng)導(dǎo)者能夠足不出戶就能對災(zāi)情準(zhǔn)確及時指揮。5.配合GPS衛(wèi)星定位，可以更加方便的掌握撲火隊伍情況。 森林火災(zāi)衛(wèi)星監(jiān)測及應(yīng)急疏散指揮示意圖在系統(tǒng)的建設(shè)中，將采取軟件集中研建，數(shù)據(jù)分級負(fù)責(zé)，建設(shè)分步實施的方式進(jìn)行：1應(yīng)用遙感技術(shù)（RS）、地理信息系統(tǒng)技術(shù)（GIS）、全球定位系統(tǒng)（GPS）、數(shù)據(jù)庫技術(shù)（DBMS）和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（WEB）等，在國家基礎(chǔ)地理框架和基礎(chǔ)地理信息支持下，以森林資源一類、二類和其他專項普查、調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，建立森林防火與檢測平臺。為各部門信息化建設(shè)

17、提供公共數(shù)據(jù)平臺。2選用適宜的軟件平臺進(jìn)行二次開發(fā)，實現(xiàn)對小班的遙感影像、矢量地形圖、柵格地形圖、矢量小班信息的集成管理。3采用各種先進(jìn)實用的軟件技術(shù)，在森林資源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺的基礎(chǔ)上，開發(fā)森林防火管理與檢測系統(tǒng)。4充分應(yīng)用各類信息，結(jié)合林政管理信息系統(tǒng)及其它信息系統(tǒng)的運(yùn)行成果，采用科學(xué)的方法實現(xiàn)對森林資源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)高效的實時更新和森利火災(zāi)的準(zhǔn)確預(yù)測與監(jiān)控。根據(jù)項目需求和實際應(yīng)用要求，系統(tǒng)應(yīng)分為以下兩個主要功能模塊：森林防火綜合地理信息查詢、管理與林火預(yù)測模塊和火災(zāi)應(yīng)急指揮撲救模塊和災(zāi)后損失評估模塊。第三部分、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng) 1系統(tǒng)設(shè)計突發(fā)性滑坡、崩塌、泥石流是我國最嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害類型，因其發(fā)生

18、時間短、隱蔽性強(qiáng)、破壞性大，極易造成重大人員傷亡和巨大經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)不完全統(tǒng)計，近10年來，因滑坡、崩塌、泥石流造成死亡和失蹤的人員每年平均約1000人，造成直接經(jīng)濟(jì)損失年均38.6億元。5.12汶川特大地震引起的滑坡、崩塌、泥石流造成大量人員傷亡和失蹤。據(jù)現(xiàn)場調(diào)查統(tǒng)計，地震區(qū)地質(zhì)災(zāi)害類型以滑坡為主，其次為崩塌和泥石流。四川、甘肅和陜西等省地震區(qū)84個縣(市、區(qū))發(fā)現(xiàn)重大地質(zhì)災(zāi)害點8439處，其中，滑坡4372處，崩塌2309處，泥石流515處，威脅109萬人的生命安全。長期以來，我國建立的群測群防網(wǎng)絡(luò)基本上覆蓋了全國山區(qū)丘陵縣市，每年有效避災(zāi)上千起。然而，現(xiàn)有監(jiān)測手段大多采用人工收集方式，技術(shù)

19、方案存在數(shù)據(jù)收集不及時，信息覆蓋面不足的缺點。即使現(xiàn)有的野外自動監(jiān)測，也僅限于少數(shù)幾個獨(dú)立的示范區(qū)，且區(qū)內(nèi)監(jiān)測設(shè)備沒有成網(wǎng)，沒有形成一個實時動態(tài)監(jiān)測體系，難以滿足滑坡泥石流快速預(yù)警和突發(fā)應(yīng)急處置的需求。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)延伸了傳感器的感知觸角，實現(xiàn)對目標(biāo)狀態(tài)信息的非接觸傳遞、實時監(jiān)測、協(xié)作處理、本地化決策，以及與互聯(lián)網(wǎng)和移動通信網(wǎng)的泛在接入，大大提高了信息采集的實時性、可靠性和靈活性。以傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合寬帶移動通信技術(shù)，選擇不同地質(zhì)環(huán)境背景、不同氣候條件的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測示范區(qū)建設(shè)，解決滑坡泥石流監(jiān)測預(yù)警的關(guān)鍵技術(shù)，建立監(jiān)測預(yù)警信息系統(tǒng)，獲取實時動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)，建立滑坡泥石流的預(yù)測模型，及

20、時捕捉重大滑坡泥石流的前兆信息，為災(zāi)害防治提供技術(shù)支撐，保障國民經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定健康發(fā)展。2. 系統(tǒng)目標(biāo)本系統(tǒng)針對山美水庫地質(zhì)災(zāi)害防治工作的現(xiàn)實需求，將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、寬帶移動通信技術(shù)與滑坡泥石流監(jiān)測預(yù)警技術(shù)相結(jié)合，開展應(yīng)用示范和產(chǎn)業(yè)化建設(shè)，使我國地質(zhì)災(zāi)害野外監(jiān)測技術(shù)和預(yù)警方法取得突破性進(jìn)展，達(dá)到國際領(lǐng)先水平，為我國地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警網(wǎng)絡(luò)體系建設(shè)和應(yīng)用推廣提供技術(shù)支撐。1. 針對滑坡泥石流監(jiān)測、預(yù)警、應(yīng)急處置的特點，提供長期監(jiān)測和應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、自組織網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及節(jié)點級系統(tǒng)軟件；2. 面向滑坡泥石流災(zāi)害處置的應(yīng)用需求，定制開發(fā)小型化、低功耗、高可靠傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點級關(guān)鍵技術(shù)，接入移動通信網(wǎng)絡(luò)的系列網(wǎng)關(guān)

21、設(shè)備；3. 提供基于2G/3GE技術(shù)的多媒體信息匯聚寬帶無線傳輸技術(shù)及研制相應(yīng)設(shè)備，并為多媒體應(yīng)急通信指揮系統(tǒng)提供技術(shù)支持；4. 提供滑坡泥石流監(jiān)測新型傳感器設(shè)備，滑坡泥石流監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)和應(yīng)急條件下的無線寬帶多媒體監(jiān)控系統(tǒng)，為災(zāi)害的預(yù)警和應(yīng)急處置提供支持。3. 總體架構(gòu)監(jiān)測地質(zhì)災(zāi)害的傳感器節(jié)點構(gòu)成一個異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)。雨量傳感器、土壤含水率傳感器、地表裂縫傳感器、深部位移傳感器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量小，且數(shù)據(jù)不是時刻變化的；而次聲傳感器、GPS設(shè)備與視頻傳感器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量大。為了在滿足數(shù)據(jù)要求的條件下更好的利用帶寬資源，擬采用低速率與高速率傳感器節(jié)點共存的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。雨量傳感器、土壤含水率傳感器、地表裂

22、縫傳感器、深部位移傳感器采用低速率網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議；地聲傳感器、GPS設(shè)備與視頻傳感器采用高速率寬帶網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議。圖 4-2長期監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)示意圖在實際應(yīng)用中，單個傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模直接影響網(wǎng)絡(luò)容量的提升，故將傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計為三層的MESH 網(wǎng)絡(luò)。第一層為使用ZigBee協(xié)議的低速率探測傳感器網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)中的各種探測傳感器節(jié)點與中繼節(jié)點通過自組織成網(wǎng)的方式形成最底層的傳感器監(jiān)測網(wǎng)。協(xié)議的自組織性主要體現(xiàn)在，傳感器節(jié)點故障時的網(wǎng)絡(luò)快速愈合能力和新的節(jié)點增加部署時的快速組網(wǎng)能力。擬采用帶有快速鄰居發(fā)現(xiàn)與更新的自組織網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，實現(xiàn)預(yù)期的目標(biāo)。第二層為匯聚網(wǎng)關(guān)層，使用WiFi進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，該層包括Z

23、igBee-WiFi網(wǎng)關(guān)、WiFi中繼節(jié)點、2G/3G網(wǎng)關(guān)與大數(shù)據(jù)量的音視頻傳感器節(jié)點、GPS傳感器節(jié)點和地聲傳感器節(jié)點。探測傳感網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)可以通過任一個ZigBee-WiFi網(wǎng)關(guān)接入?yún)R聚網(wǎng)關(guān)層，通過在匯聚網(wǎng)絡(luò)中中繼到達(dá)某一2G/3G網(wǎng)關(guān)，2G/3G網(wǎng)關(guān)具有WiFi到2G/3G的網(wǎng)關(guān)功能，能夠?qū)⑹褂肳iFi匯聚到的數(shù)據(jù)通過2G/3G網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到監(jiān)測中心。為了滿足大數(shù)據(jù)量的傳感器設(shè)備如音視頻傳感器等的數(shù)據(jù)速率要求，也將他們放入到匯聚網(wǎng)關(guān)層，他們可以以單跳或多跳的方式將數(shù)據(jù)傳送至2G/3G網(wǎng)絡(luò)中。第三層為2G/3G網(wǎng)絡(luò)與地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測中心站。為了更好的利用移動通信基礎(chǔ)設(shè)施，本系統(tǒng)擬使用2G/3G網(wǎng)絡(luò)

24、與遠(yuǎn)程地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測中心站進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。2G/3G網(wǎng)絡(luò)具有覆蓋范圍廣、數(shù)據(jù)傳輸率高的特點。使用2G/3G網(wǎng)絡(luò)可以基本滿足當(dāng)前的監(jiān)測傳感器與多媒體數(shù)據(jù)的傳輸需求，并可以大大降低研發(fā)和部署成本。對于地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測的匯集傳輸是一個很好的選擇。4. 系統(tǒng)組成系統(tǒng)擬搭建在室內(nèi)，首先需要模擬野外的土壤環(huán)境，由于常見的地質(zhì)災(zāi)害多由降雨而引發(fā)，因此還需要進(jìn)行降雨的模擬。因此系統(tǒng)由以下及部分組成：模擬土壤環(huán)境、人工降雨系統(tǒng)、地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測傳感器、傳感器網(wǎng)組件、后臺軟件系統(tǒng)?，F(xiàn)分別進(jìn)行說明。4.1. 地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測傳感器地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測傳感器包含了對常見的滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的全方位的監(jiān)測，主要包括：雨量傳感器、土壤含水率

25、傳感器、地表裂縫傳感器、深部位移傳感器、孔隙水壓力計以及次聲監(jiān)測單元等傳感器。下面分別進(jìn)行說明。4.2 孔隙水壓力傳感器孔隙水壓力傳感器組件是孔隙水壓力觀測的傳感器，包含傳感器本體、激振模塊、測頻模塊，適用于測壓管中水壓、水位的測定、回填或原位孔隙水壓力的測定、揚(yáng)壓力的測定、水位或容器中流體壓力的測定，抗干擾能力強(qiáng)、長期穩(wěn)定、密封可靠。性能參數(shù)：（1） 量程：（0-）0.12.0MPa可選；（2） 分辨率： 0.15%F.S（其余量程）；（3） 不重復(fù)度：0.5%F.S；（4） 綜合誤差：1%F.S;（5） 工作溫度：0-70。4.3土壤溫濕度水分傳感器土壤溫濕度水分傳感器組件是將溫度和濕度測

26、量元件集于一體觀測的傳感器，每套產(chǎn)品包含數(shù)只傳感器本體和一個高精度A/D采集卡，采用TDR（時域反射）原理，適用于土壤容積環(huán)境的測量，采用環(huán)保材料，全密封設(shè)計，經(jīng)久耐用。性能參數(shù)：(1) 濕度：測量參數(shù)：土壤容積含水量單 位：%（m3/m3）量 程：0100%（m3/m3）精 度：050%（m3/m3）范圍內(nèi)為2%（m3/m3） 測量區(qū)域：90%的影響在以中央探針為中心直徑3cm、高6cm的圓柱體內(nèi) 穩(wěn)定時間：通電后約1秒響應(yīng)時間：響應(yīng)在1秒內(nèi)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)過程工作電壓：12V DC工作電流：50 mA輸出信號：420mA標(biāo)準(zhǔn)電流環(huán)密封材料：ABS工程塑料探針材料：不銹鋼遙測距離：小于200米整體尺

27、寸：直徑：50mm，全長：200mm， 探針長度：70mm(2) 溫 度： 量 程：28精 度：0.24.4 固定式測斜儀固定式測斜儀（俗稱測斜探頭）是用于路基、邊坡等的地下深部形變、位移測量的實時監(jiān)測儀器。固定式測斜探頭組安裝在專用測斜管內(nèi)（同移動式測斜儀），橫跨有變形（相對位移）的區(qū)域。其測量原理是：地層/結(jié)構(gòu)物移動變形引起測斜管變形，測量探頭通過敏感自身的斜度（傾角）的變化來解算出測斜管在預(yù)定方位上的形變量，多個測量探頭組合安裝可以獲得沿測斜管的撓度變形剖面圖。性能參數(shù)：（1） 標(biāo)準(zhǔn)量程：50（垂直）；（2） 分辨率：優(yōu)于8角秒（0.02mm/500mm）；（3） 測量精度（符合度）：優(yōu)

28、于0.1%F.S；（4） 重復(fù)性（不重復(fù)度）：優(yōu)于0.05%F.S；（5） 耐水壓: 1MPa（100m水深無泄漏）；（6） 適用測斜管內(nèi)徑：5672mm；（7） 工作溫度范圍：20 50。4.5裂縫位移計裂縫位移計是為適應(yīng)滑坡地表裂縫監(jiān)測開發(fā)的大量程裂縫位移計，基于拉繩式位移傳感器開發(fā)，具有量程大、低功耗、可埋設(shè)安裝等特點。性能參數(shù)：（1） 有效量程：0mm1000mm；（2） 分辨力：0.5mm；（3） 測量精度：優(yōu)于0.5%FS；（4） 工作溫度范圍：-20 50；4.6土壓力傳感器組件土壓力計組件是使測量土壓力的傳感器，以鋼弦作為傳感元件，以連續(xù)激振的工作方式進(jìn)行測量，適用于房屋基礎(chǔ)、

29、擋土結(jié)構(gòu)、水壩、隧道等的長期觀測，包含傳感器本體、激振模塊、測頻模塊，抗干擾能力強(qiáng)、長期穩(wěn)定、密封可靠。性能參數(shù)：（1） 量程：（0-）0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，0.6，0.8，1.0，1.5，2.0，3.0，5.0，10.0MPa可選；（2） 分辨率：0.2%F.S（0.1，0.2MPa）; 0.15%F.S（其余量程）；（3） 不重復(fù)度：0.5%F.S；（4） 綜合誤差：1%F.S;（5） 工作溫度：0-70。4.7次聲監(jiān)測單元泥石流在形成和運(yùn)動過程的聲發(fā)射信號中有次聲成份，這種次聲成份為有確定的時域和頻域特性的信號，幾乎不衰減且約等于聲速，以空氣為介質(zhì)傳遞。次聲監(jiān)測單元能在

30、泥石流到達(dá)前率先捕捉到它的次聲信號，可以提前報警。次聲監(jiān)測單元是一個獨(dú)立的監(jiān)測單元，連續(xù)通電工作，實時監(jiān)測附近的次聲信號，每隔3-5分鐘上報一次數(shù)據(jù)，不具備遠(yuǎn)程設(shè)置的功能，需事先在下位機(jī)設(shè)置好IP地址、端口號。監(jiān)控中心收到數(shù)據(jù)后，進(jìn)行分析處理，達(dá)到按經(jīng)驗設(shè)定好的報警閾值時，自動發(fā)出報警信息，并通過短信通知相關(guān)人員。性能參數(shù)：（1） 傳感器靈敏度約50mV/Pa；（2） 數(shù)據(jù)采樣頻率50Hz100Hz；（3） 存儲卡容量：512M，可存儲90小時數(shù)據(jù)；（4） 功耗：4W；（5） 額定電壓：AC220V/50Hz/DC12V；（6） 工作電壓AC176-264V，40-60Hz，DC10V-15V

31、。4.8土壤PH傳感器土壤PH傳感器主要用于長期監(jiān)測土壤PH值的變化，采集的數(shù)據(jù)通過無線的方式傳輸?shù)娇刂贫耍岳跁r時了解土質(zhì)的變化情況及實施保護(hù)措施。性能參數(shù)：（1）測量范圍；0-14PH（2）溫度范圍；0-80（3）零電位PH值；70.25PH（4）斜率；95%（5）相應(yīng)時間；10秒（6）精度；0.02PH（7）輸出；1999mV，25時一個PH單位對應(yīng)于59.16mV4.9視頻攝像頭攝像頭采用海康的機(jī)械驅(qū)動的云臺攝像頭，可以通過控制程序調(diào)節(jié)攝像頭拍攝的角度和距離，最終將視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)街缚刂行?。指控中心的視頻服務(wù)器實時存儲每個攝像頭采集到的數(shù)據(jù)，以供如后分析。視屏模塊方案采用國內(nèi)安防產(chǎn)品提

32、供商?？低暤?寸網(wǎng)絡(luò)高速智能球機(jī)。主要特性有：（1）系統(tǒng)功能: 采用1/4索尼高性能CCD, 圖像清晰 精密電機(jī)驅(qū)動, 反應(yīng)靈敏, 運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn), 精度偏差少于0.1度, 在任何速度下圖像無抖動 支持RS-485控制下對HIKVISION、Pelco-P/D協(xié)議的自動識別 支持三維智能定位功能, 配合DVR和客戶端軟件可實現(xiàn)點擊跟蹤和放大 支持多語言菜單及操作提示功能, 用戶界面友好 支持?jǐn)?shù)據(jù)斷電不丟失 支持?jǐn)嚯姞顟B(tài)記憶功能, 上電后自動回到斷電前的云臺和鏡頭狀態(tài) 支持光纖模塊接入 支持內(nèi)置溫度感應(yīng)器, 可顯示機(jī)內(nèi)溫度 支持防雷、防浪涌、防突波功能 室外球達(dá)到IP66防護(hù)等級 支持3D數(shù)字降噪

33、支持定時任務(wù)預(yù)置點/花樣掃描/巡航掃描/水平掃描/垂直掃描/隨機(jī)掃描/幀掃描/全景掃描等功能（2） 機(jī)芯功能: 支持自動光圈、自動聚焦、自動白平衡、背光補(bǔ)償和低照度(彩色/黑白)自動/手動轉(zhuǎn)換功能, 寬動態(tài)功能可選 支持隱私屏蔽（3）云臺功能: 水平方向360連續(xù)旋轉(zhuǎn), 垂直方向-5-185, 無監(jiān)視盲區(qū) 水平預(yù)置點速度最高可達(dá)150/s, 垂直預(yù)置點速度最高可達(dá)100/s 水平鍵控速度為0.1150/s, 垂直鍵控速度為0.1100/s 支持256個預(yù)置位, 并具有預(yù)置點視頻凍結(jié)功能 支持8條巡航掃描, 每條可添加32個預(yù)置點 支持4條花樣掃描, 每條路徑記錄時間大于10分鐘 支持比例變倍功

34、能, 旋轉(zhuǎn)速度可以根據(jù)鏡頭變倍倍數(shù)自動調(diào)整 支持守望功能, 預(yù)置點/花樣掃描/巡航掃描/水平掃描/垂直掃描/隨機(jī)掃描/幀掃描/全景掃描可在空閑狀態(tài)停留指定時間后自動調(diào)用(包括上電后進(jìn)入的空閑狀態(tài)) 支持報警功能, 內(nèi)置2路報警輸入（7路可選）和2路報警輸出, 支持報警聯(lián)動, 可在報警后觸發(fā)調(diào)用預(yù)置點/巡航掃描/花樣掃描/SD卡錄像/觸發(fā)開關(guān)量輸出/客戶端電子地圖（4）網(wǎng)絡(luò)功能: 采用H.264視頻壓縮算法和TI高性價比的最新達(dá)芬奇處理芯片和平臺, 性能可靠穩(wěn)定 支持以太網(wǎng)控制, 同時支持模擬接入 可通過IE瀏覽器和客戶端軟件觀看圖像并實現(xiàn)控制 支持SDHC卡和標(biāo)準(zhǔn)的SD卡存儲 支持三級用戶權(quán)限

35、管理 支持雙碼流技術(shù) 支持多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議, TCP/IP、HTTP、DHCP、DNS、RTP/RTCP、PPPoE(FTP、SMTP、NTP、SNMP可添加) 支持1路音頻輸入和1路音頻輸出（5） 應(yīng)用場景可廣泛應(yīng)用于需要大范圍監(jiān)控的場所, 如:河流、森林、公路、鐵路、機(jī)場、港口、崗哨、廣場、公園、景區(qū)、街道、車站、大型場館、小區(qū)外圍等場所。（6） 外形尺寸(單位:mm)4.10 傳感網(wǎng)組件傳感網(wǎng)組件由Zigbee低功耗節(jié)點IOT-NODE2530和WiFi中高速率節(jié)點兼網(wǎng)關(guān)IOT-ARM9組成，具體介紹如下：1）、Zigbee低功耗節(jié)點IOT-NODE2530IOT-NODE2530開發(fā)套件是

36、一款功能強(qiáng)大的2.4G無線傳感網(wǎng)絡(luò)（WSN）開發(fā)套件，它提供了功能齊全的WSN節(jié)點IOT-NODE2530、全面支持ZigBee 2007 Pro的無線通信協(xié)議棧和WSN可視化軟件。套件還提供了通用TICC系列芯片編程器和相關(guān)使用說明。IOT-NODE2530節(jié)點基于TI SOC芯片CC2530，該芯片射頻部分采用TI公司第二代IEEE 802.15.4射頻芯片CC2520，容量達(dá)256KB的低功耗FLASH存儲器。整個系統(tǒng)采用了標(biāo)準(zhǔn)尺寸的接口插針，可以實現(xiàn)按照不同的應(yīng)用需求進(jìn)行擴(kuò)展。性能參數(shù)：（1） CC2530F256：增強(qiáng)型8位的8051 處理器（2） 芯片閃存：256kB Flash、

37、8kB 內(nèi)部SRAM（3） 工作電壓：2.0V3.6V（4） 工作頻率：2.4GHz（5） 低功耗：具有四種低功耗工作模式，最低功耗模式下工作時僅0.4A的流耗，外部中斷能喚醒系統(tǒng)（6） 傳輸速率：250Kbps（7） 可編程的輸出功率高達(dá)4.5dBm（8） 節(jié)點開關(guān)： 1個電源選擇開關(guān)；（9） 供電方式： 2節(jié)5號電池供電，USB供電以及外接電源供電；（10） 接口：1個RS232接口；10針JTAG插座；外擴(kuò)I/O口；1個兩節(jié)電池盒；1個SMA天線座；2）、WiFi中高速率節(jié)點IOT-ARM9IOT-ARM9開發(fā)套件是一個基于NXP LPC3250 ARM9微處理器的無線軟硬件平臺，采用模

38、塊化的設(shè)計理念開發(fā)，注重穩(wěn)定性與可靠性。它極大地簡化了用戶的開發(fā)過程，降低了開發(fā)成本和設(shè)計風(fēng)險。開發(fā)平臺除了集成SPI WiFi（符合802.11b/g標(biāo)準(zhǔn)）和CC1000之外，還支持外擴(kuò)USB商用攝像頭、商用USB WiFi網(wǎng)卡、WCDMA 3G模塊，方便用戶進(jìn)行各種無線通信開發(fā)。此外，平臺還配備了7個TTL IO口、1個USB 2.0接口、1個SD卡座、1個LCD接口、2個UART接口與1個JTAG連接器，可以方便地實現(xiàn)硬件擴(kuò)展。性能參數(shù)：（1） 處理器：NXP LPC3250微處理器，工作主頻可高達(dá)266MHz（2） 開發(fā)平臺集成64MB SDRAM、256MB Nand Flash、2

39、MB Nor Flash、2MB SPI Flash（3） 支持NandFlash、NorFlash，支持網(wǎng)絡(luò)、USB和SD接口下載燒寫內(nèi)核和文件系統(tǒng)（4） TFT-6862 3.5寸液晶屏，像素為320X240（5） 集成CC1000通信芯片及433M天線（6） 集成SPIWiFi通信模塊，可選USBWiFi和WCDMA 3G通信模塊（7） 32.768KHz RTC實時時鐘（8） 通過USB連接PC攝像頭和以太網(wǎng)口連接高清云臺攝像頭（可選）（9） 1個USB OTG 2.0接口，mini-B 連接器，ESD保護(hù)，1個SD卡座，2個UART接口（10） 1個電源指示燈，1個可編程指示燈，1個

40、無線網(wǎng)卡模塊通信指示燈，4個用戶級LED燈（11） 工作溫度: -20+70（12） 工作濕度: 090%，無冷凝第四部分、水資源監(jiān)測系統(tǒng)1. 系統(tǒng)設(shè)計水利信息化綜合體系中，應(yīng)用系統(tǒng)以水資源管理、農(nóng)村水利信息管理等水利部提出的八大重點工程為核心，服務(wù)于各種水利業(yè)務(wù)管理；信息化基礎(chǔ)設(shè)施不僅包括水利應(yīng)用系統(tǒng)賴以存在的網(wǎng)絡(luò)硬件平臺，還包括水利基礎(chǔ)信息采集點、水利通信骨干網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)。我國水利信息化還基本處于基礎(chǔ)設(shè)施完善和業(yè)務(wù)應(yīng)用初步建設(shè)的階段，為加快水利行業(yè)信息化的進(jìn)程，需要更廣泛、有效地運(yùn)用高新科技，結(jié)合水利行業(yè)的業(yè)務(wù)特點，尤是近期如火如荼的物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)。水利物聯(lián)網(wǎng)解決方案立足水利行業(yè)信息化的發(fā)展

41、。通過提供灌區(qū)信息化管理系統(tǒng)、水資源管理系統(tǒng)、水利通信與自動化系統(tǒng)等，對水文、水質(zhì)、閘門等實時信息的采集、傳輸、處理加工和應(yīng)用，切實提高水利行業(yè)管理的綜合能力和管理水平，實現(xiàn)向動態(tài)管理、精細(xì)管理、定量管理和科學(xué)管理的轉(zhuǎn)變。2. 系統(tǒng)架構(gòu)水利物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)采用流量監(jiān)測設(shè)備、水質(zhì)檢測設(shè)備和視頻監(jiān)測設(shè)備等，對水流量、水質(zhì)、視頻信息等進(jìn)行實時采集，以標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)電信號上報綜合信息化采集器，接入到中國移動TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)或者中國聯(lián)通的3G網(wǎng)絡(luò)。綜合信息采集器采用多路A/D復(fù)用傳感器采集通道，可外接多路模擬量、數(shù)字量傳感器探頭，提供水質(zhì)檢測儀協(xié)議轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)量轉(zhuǎn)換，提供視頻模擬信號轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)信號（H.264）

42、，最終將視頻信號、水質(zhì)監(jiān)測信號和水量監(jiān)測信號合并上傳。為保證設(shè)備可靠運(yùn)行，需要提供完善的室外環(huán)境適應(yīng)設(shè)計，如攝像機(jī)及水質(zhì)檢測儀需安裝于野外環(huán)境中，其余設(shè)備均安裝于室外設(shè)備箱體內(nèi)。箱體設(shè)計應(yīng)充分考慮防潮、防雨、防雷擊、高低溫工作環(huán)境等因素。在供電系統(tǒng)成熟區(qū)域，電源采集可直接從動力配電室引出，只需布設(shè)電源線纜進(jìn)行接入；在不具備供電系統(tǒng)的區(qū)域，采用太陽能板供電，這樣使用壽命長、性能穩(wěn)定、維護(hù)費(fèi)用較低。（水利物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)方案架構(gòu)圖）本系統(tǒng)由感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層組成。其中，感知層包括：水文傳感器（水溫、流量、流速、PH值等）、管道傳感器（水壓、流量等）、水利設(shè)備標(biāo)識（RFID標(biāo)簽、一維碼標(biāo)簽等）、視

43、頻攝像頭、采集節(jié)點等。網(wǎng)絡(luò)層包括：節(jié)點間的ZigBee網(wǎng)絡(luò)、wifi網(wǎng)絡(luò)、3G網(wǎng)絡(luò)、GPRS網(wǎng)絡(luò)等。應(yīng)用層包括：設(shè)備管理系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、WEB服務(wù)系統(tǒng)等。水利物聯(lián)網(wǎng)實驗室側(cè)重于將復(fù)雜的系統(tǒng)，通過簡單的設(shè)備和原理展現(xiàn)出來，有利益學(xué)生對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的認(rèn)識，并且提供了廣泛的接口，方便進(jìn)行二次開發(fā)和進(jìn)行深入研究。在學(xué)生培養(yǎng)方面，實現(xiàn)了從簡到繁的漸進(jìn)學(xué)習(xí)；在開發(fā)方面，實現(xiàn)了可調(diào)可控，易于開發(fā)的友好環(huán)境；在產(chǎn)業(yè)應(yīng)用方面，通過對模塊化的操作，便于在工業(yè)應(yīng)用中集成；在科研方面，通過物聯(lián)網(wǎng)實驗室的基礎(chǔ)設(shè)備，可憑借平臺申請相關(guān)項目，并且在平臺上進(jìn)一步進(jìn)行科學(xué)研究。3. 感知層設(shè)計感知層節(jié)點負(fù)責(zé)著信息采集，信息采集節(jié)

44、點采用多路A/D復(fù)用傳感器采集通道，可外接多路模擬量、數(shù)字量傳感器探頭，提供水質(zhì)檢測儀協(xié)議轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)量轉(zhuǎn)換。將數(shù)據(jù)通過無線或者有線方式傳輸出去。視頻模擬信號轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)信號（H.264），最終將視頻信號、水質(zhì)監(jiān)測信號和水量監(jiān)測信號合并上傳。信息采集節(jié)點由三個主要模塊組成：低功耗芯片組模塊，傳感器接口模塊和電源模塊。其中，低功耗芯片組模塊包括了處理器、射頻模塊以及低功耗管理模塊，低功耗的一體化設(shè)計成可以對芯片進(jìn)行修改以適應(yīng)低功耗要求。通過設(shè)置低功耗管理模塊，可以對處理器和射頻模塊的功耗進(jìn)行統(tǒng)一的管理，進(jìn)而使得對功耗的管理更具有靈活性。通過設(shè)置傳感器接口模塊，增加了節(jié)點設(shè)備的靈活性。通過配置不同的傳感

45、器接口模塊，可以使節(jié)點設(shè)備匹配不同類型的傳感器，從而以非常小的代價提供非常高的靈活性。另外，通過設(shè)計接口模塊，可以使節(jié)點連接多種類型的傳感器。電源模塊為低功耗芯片組模塊和傳感器接口模塊提供電能支持。電源模塊由電源采集模塊、電源控制模塊以及電源存儲模塊組成。由于設(shè)備工作在野外，無法獲得穩(wěn)定的有線電源，因此考慮采用太陽能，而電源采集模塊負(fù)責(zé)能量的采集。由于太陽能受時間和天氣等外界因素的影響比較大，因此設(shè)置電源存儲模塊，將采集的能量存儲起來，供無法獲得太陽能的時候使用。電源控制模塊負(fù)責(zé)整個電源模塊的管理。信息采集節(jié)點設(shè)備組成4. 網(wǎng)絡(luò)層設(shè)計方案由于傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的通信能力較弱，相隔一定距離的傳感器節(jié)

46、點之間不能實現(xiàn)直接通信，而為了能夠?qū)鞲械臄?shù)據(jù)及時有效的發(fā)送出去，整個傳感器網(wǎng)絡(luò)必須要能夠連接成一個能互連互通的網(wǎng)絡(luò)，因此，傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)必不可少。傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)在傳感器網(wǎng)絡(luò)中的作用相當(dāng)于橋梁，可以將彼此間相互獨(dú)立的信息區(qū)域連接起來。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)必須面臨復(fù)雜的環(huán)境，必須通過各種不同的高低速率的無線協(xié)議的合作才能準(zhǔn)確的獲取監(jiān)測地區(qū)的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。因此，網(wǎng)關(guān)設(shè)備必須能夠處理各種不同協(xié)議之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。5. 水文信息采集水利信息化是國家信息化建設(shè)的重要組成部分，它是指充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)，深入開發(fā)和廣泛利用水利信息資源，實現(xiàn)水利信息采集、傳輸、處理和服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)化與智能化，全面提長水利事業(yè)各項活動的效率

47、和效能的歷史過程。水文信息包括了所有描述水體天然和人為影響等各類要素，是水利信息中最重要、最活躍的部分，是水利信息資源的主體之一。5.1 傳感器傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。在水利物聯(lián)網(wǎng)中，傳感器多種多樣，可采集水文、水質(zhì)等信息，以及水利的其他物理信息，例如：水位、水壓、流速、流量、PH值等。1）、水位傳感器水位傳感器提供高精度的水位測量，應(yīng)用范圍廣，包括一些惡劣的環(huán)境。自帶動態(tài)溫度補(bǔ)償系統(tǒng)，在很寬的溫度范圍仍具有較

48、高的測量精度。它適用于數(shù)據(jù)記錄器、遙測、監(jiān)測設(shè)備。由一個固態(tài)沉入式壓力變換器組成，壓力變換器封裝在一個20mm直徑的不銹鋼外殼內(nèi)。配有模制防風(fēng)雨電纜和2芯線4-20mA信號輸出，用于連接到監(jiān)測裝置。壓力范圍：0-1，5，10，20，40，75，152米(可選)精度：0.1% 滿量程（恒溫）輸出：4-20mA 或 0.5-2.5VDC(取樣電阻125歐姆)電源電壓：8-36VDC工作溫度：-40+852）、水壓傳感器水壓傳感器采用擴(kuò)散硅進(jìn)口芯片，電路采用信號隔離放大，截頻干擾設(shè)計（抗干擾能力強(qiáng)，防雷擊）過壓保護(hù)，限流保護(hù)，抗沖擊，防腐等。316不銹鋼全封焊，結(jié)構(gòu)小巧、緊湊，有良好的防潮能力和優(yōu)異

49、的介質(zhì)兼容性。壓力傳感器是在單晶硅片上擴(kuò)散上一個惠斯通電橋，電壓阻效應(yīng)是橋壁電阻值發(fā)生變化，產(chǎn)生一個差動電壓信號。此信號經(jīng)專用放大器，再經(jīng)電壓電流變換，將量程相對應(yīng)的信號轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)420mA/05VDC/010VDC信號。 量 程： -0.100.001100MPa（中間量程任選）綜合精度： 0.2%FS壓力類型： 負(fù)壓、絕壓、表壓、密封壓（絕壓加140）（可選測量介質(zhì)： 氣體 液體輸出信號： 420mA 供電電壓： 1236VDC 介質(zhì)溫度： -4085環(huán)境溫度： 常溫-4085零點溫漂移：0.01%FS/量程溫度漂移：0.01%FS/補(bǔ)償溫度： 070安全過載： 150%FS極限過載： 2

50、00%FS防護(hù)等級： IP65采樣頻率： 2ms3)、水溫傳感器水溫傳感器是一個堅固耐用的水樣溫度測量器件。探頭與7.6米船舶級電纜塑壓連接，采用2線制，電子部件全部由船舶級環(huán)氧樹脂封裝。輸出：4-20mA 測量范圍：-50+50精度：0.1工作電壓：10-36VDC工作溫度：-50+1004）、PH傳感器pH傳感器堅固耐用、值得信賴。配備7.6米的船舶級電纜，電纜長度可根據(jù)需要調(diào)整。pH傳感器輸出是3線配置的4-20mA，使用船舶級環(huán)氧樹脂將電子部件完全封裝在不銹鋼外殼里。pH值傳感器還使用了可拆卸的防護(hù)罩、可更換的pH電極，易于維護(hù)。輸出：4-20mA測量范圍：0-14 pH精度：2% 滿

51、量程工作電壓：10-36 VDC工作溫度：-5+555）、電導(dǎo)率傳感器電導(dǎo)率傳感器使用4級電極測量技術(shù)，提供大量程的電導(dǎo)率和溫度的準(zhǔn)確讀數(shù)。由于離子溶液的電導(dǎo)率隨溫度升高而增加，因此內(nèi)置溫度傳感器，相對標(biāo)準(zhǔn)25，提供2%/的自動溫度補(bǔ)償。內(nèi)置接口模塊把數(shù)字電導(dǎo)率和溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為2股獨(dú)立的4-20mA信號，分別連接數(shù)據(jù)記錄器和可編程邏輯控制器（PLC）設(shè)備。 測量范圍：0-200S/cm，200-2000S/cm，2-20mS/cm，20-200mS/cm，200-2000mS/cm（可選）分辨率：0.1S/cm，1S/cm，0.01mS/cm，0.1mS/cm，1 mS/cm（分別對應(yīng)上述測量范

52、圍）精度：讀數(shù)的0.5% 溫度范圍：-5+70溫度精度：0.2輸出：4-20mA雙信號（電導(dǎo)率和溫度傳感器）最大壓力：35 psi（25米水深）最小浸入深度：36mm工作電壓：10-36 VDC工作溫度：-5+706）、溶解氧傳感器溶解氧傳感器堅固耐用、值得信賴。連接到7.6m的船舶級電纜。溶解氧傳感器輸出為3線配置，4-20mA，使用船舶級環(huán)氧樹脂將電子部件完全封裝。輸出：4-20mA測量范圍：0-100%飽和度，0-8mg/L(溫度補(bǔ)償至25)精度：0.5% 滿量程最大壓力：40 psi電壓：10-36VDC輸出電流：15.5mA+傳感器電流工作溫度：-40+557）、OPR傳感器ORP傳

53、感器堅固可靠，配有7.6米的船舶級電纜。傳感器信號輸出為三線配置，4-20mA。其電子部件全部封裝在船舶級環(huán)氧樹脂（在線版本尺寸為PVC管，兩端帶螺紋，還有蓋帽）。輸出功率：4-20mA范圍：-500+500 mV精度：2% 滿量程最大壓力：40psi輸出電流：0.2 mA+傳感器電流8）、濁度傳感器濁度傳感器是一款高精確度的入水式儀器，可用于現(xiàn)場環(huán)境或過程監(jiān)測。應(yīng)用范圍包括：水質(zhì)檢測及監(jiān)管、河道監(jiān)測、水流測量、水庫水質(zhì)檢測、地下水檢測、廢水處理及工業(yè)排污控制。范圍：0-50NTU和0-1000NTU（可選）精度：1% 滿量程輸出：4-20mA方法：90散射法，帶校正功能工作電壓：10-36

54、VDC輸出電流：30mA+傳感器輸出預(yù)熱時間：5秒操作溫度：-10+50最大壓力：30 psi5.2 采集控制節(jié)點采集節(jié)點就是將傳感器感知到環(huán)境的模擬信號，通過ADC轉(zhuǎn)換為點信息，初步的進(jìn)行數(shù)值化處理、存儲等，之后，通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。IOT-NODE2530開發(fā)套件是一款功能強(qiáng)大的物聯(lián)網(wǎng)和無線傳感網(wǎng)絡(luò)開發(fā)套件，它提供了功能齊全的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點IOT-NODE2530全面支持ZigBee 2007 Pro的無線通信協(xié)議和WSN可視化軟件。套件還提供了通用TI出品的CC系列芯片編程器和相關(guān)使用說明。完備的硬件、軟件及技術(shù)支持使得用戶可以輕松地將該套件廣泛應(yīng)用于工業(yè)、科研和教學(xué)等領(lǐng)域。 IOT-NODE2530節(jié)點基于TI SOC芯片CC2530，片內(nèi)FLASH的容量達(dá)256KB。整個系統(tǒng)采用了通用接口插針，可以按照應(yīng)用需求進(jìn)行擴(kuò)展。硬件配置及相關(guān)參數(shù)：1.IOT-NODE2530節(jié)點CC2530F256：增強(qiáng)型8位的8051 處理器板載內(nèi)存：256KB片內(nèi)Flash、8KB片內(nèi)SRAM工作電壓：2.0V3.6V射頻頻率：2.4GHz低功耗：具有四種低功耗工作模式，最低功耗模式下工作時僅0.4A的流耗，外部中斷可喚醒系統(tǒng)傳輸速率：250Kbps可編程的輸出功率高達(dá)4.5dBm節(jié)點開關(guān)： 1個電源選擇開關(guān)供電方式： 2節(jié)5號電池供電，USB供電以及