一、系统介绍

小型水库雨水情和大坝安全监测系统是通过对水库大坝主要技术数据的实时监测监控，巡查员数据的实时查询，监测数据的智能分析等。实时了解该坝体安全状态并做出预测预警，为科学决策提供依据。监测目的主要任务包括：

（1）采用实时监测技术，监测水库大坝的库区内水雨情、图像视频、渗压、渗流、位移变形等变化情况，采用视频监控重要位置的变化；

（2）采用水利监测数据管理系统，用以对监测数据进行接收、管理、曲线成图、报警等；

（3）该监测数据管理系统满足省、市、县三级水库管理中心的数据共享。

二、建设内容

    雨水情及大坝安全监测预警系统建设按照功能主要划分为以下几个部分：雨水情测报站、视频监测站、大坝安全监测站、数据传输、动态监管云平台、数据共享推送等。

（1）雨水情测报站建设

人工水尺、翻斗式雨量计、水位计、供电系统组成雨水情测报站。

（2）视频监测站建设

采用视频（球机和枪机）对大坝、溢洪道（闸门）、输水洞出口等设施环境进行监控，配置大功率的无线预警广播，充分利用人工智能对非法入侵（水边戏水、钓鱼、游泳等）进行联动喇叭语音告警。

（3）大坝安全监测站建设

埋设安装变形标点、测压管（渗压计）、量水堰、采集单元等仪器设备，对大坝变形、渗流渗压、渗流量等进行监测。

（4）数据传输

通过智慧感知融合预警终端根据现场网络条件4G＼5G或有线光纤、北斗卫星），对雨水情数据、实时视频流或图像、大坝监测数据等信息实时传输，发现异常可通过短信等方式进行告警。

（5）动态监管云平台

采用物联网、大数据、云计算以及数据库中间件、数据挖掘、安全监控模型等众多的先进技术和算法，通过自动化数据数据采集、实时在线监测、实时分析及安全预警，建立以地理信息、水库特性、水雨情、安全监测、巡查巡检、视频监控、应急处置、系统管理等内容的小型水库大坝安全动态监管云平台。

（6）数据共享推送

监测预警平台信息共享应当与水库运行管理、大坝安全监测监督平台、防汛抗旱指挥、山洪灾害监测预警、水利建设管理、水利一张图等水利业务应用系统实现实时数据衔接。

三、主要设备参数要求

1. 翻斗式雨量计技术参数

承雨口内径：Φ200﹢0.60mm；

分辨率：0.5mm；

降雨强度测量范围0～4mm/min（允许通过最大雨强8mm/min）；

测量精度：国家准确度标准Ⅱ级，误差范围≤±3%

输出接点采用干簧管发讯原件，接点寿命大于500000次；

2. 水位计技术参数

①压力式水位计

主要技术指标：

供电电压：7～18VDC

分辨率：1mm

通信方式：Rs485应答式

量程：≤30m（根据需要确定量程）

测值精度：≤±0.1%FS

稳定性：≤0.1%FS/年

工作温度：—20℃—60"℃

②雷达水位计

主要技术指标：

量程：30m（根据需要确定量程）

精度：+/-3mm

分辨率：≤1cm

工作温度：—40℃～+80℃

工作电压：四线制DC6—28V，推荐12VDC：两线制18—8VDC

接线：四线屏蔽电缆，防水端子M20X1.5，适合电缆外径9-13mm

功耗：<0.15W

输出信号：RS485标准MODBUSRTU协议：RS2324—20mAHART协议

外壳：铸铝IP67

3. 数据采集控制终端技术参数

采集功能：提供多种模拟量信号采集、多种开关量信号采集、PWM输出接口、RS485接口等，实现雨量、水位、流量、视频、压力、温度等变送器的标准信号；

报警功能：监测数据越限，提供报警提示

存储功能：本机循环存储监测数据，掉电不丢失。

控制功能：配套无线数据终端可远程控制设备。

采集方式：连续实时采集、定时可选采集，

支持国家标准的水资源应用规约以及水文应用规约，同时还支持通用型采集传输控制功能。

主板供电：DC12V

功率：≤0.72W

工作温度：-40℃～85℃，

存储温度：-30℃～+80℃

工作相对湿度：0～95%RH（40℃凝露）

4. 智能无线传输终端技术参数

通信功能：4G全网通，向下兼容3G/2G通讯，北斗通讯*及有线网口，

采集功能：支持RS485接口、支持RJ45接口、4～20mA模拟量采集接口。

支持同时进行定性监测和定量监测，包括视频监测、图像监测和实时数据监测等监测方式。

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/T28181）。

支持在视频图像上叠加实时监测数据、采样时间等。该功能无需另外增加视频叠加器，无需平台处理，并及时上传监管平台。

支持在定时抓拍图片上叠加实时监测数据、采样时间等，并上传监管平台。

支持MQTT协议进行视频图像及数据的推送。

定位功能：支持GPS/GLONASS/北斗多种制式卫星定位。

WIFI功能：与具有WIFI功能的仪表设备无线连接，及WIFI手机设参，内置Web服务器，无需安装APP，并可作为WIFI热点使用。

加密传输功能：支持数据进行加密传输

支持SL651《水文监测数据通信规约》采集协议上传、SZY206《水资源监测数据传输规约》采集协议上传以及透传方式数据上传。

主板供电：12VDC/2A

工作温度：-25℃～+55℃

存储温度：-45℃～+90℃

相对湿度：0～95%RH（40℃凝露）

5. 无线预警广播技术参数

5.1主要功能指标

1）满足无线报警系统基本技术要求；

2）具有交流、直流、电池欠压、工作、音频功率、网络在线、设备信号强度指示等基本功能；

3)自动回传设备工作信息至软件平台，如喇叭音量大小（机器自动检测，无需辅助设备）、信号强度、工作模式、工作优先级、供电模式、电池状态、电量状态、设备参数等；

4)系统采用4G网络传输；

5)支持接收多种无线信号发布语音报警；

6)支持无线语音对讲功能；

7)支持白名单电话号码呼入报警；

8)支持短信文字转语音报警；

9)支持平台发布报警；

10)具有工况巡检功能，可远程检查设备运行状态；

11)支持平台对设备进行远程监控和统一管理；

12)支持远程诊断、修复、在线升级。

13)具有号码鉴权功能：通过授权的号码才能对设备进行操作，其中管理员号码1个，平台号码1个，可设置授权号码20个；

14)支持多种供电方式：电池供电、太阳能充电，交流供电（选配）；

15)具有系统状态查询功能，播报次数查询；

16)具有日志记录与查询功能，可以存储200条记录；

17)具有多途径配置功能，支持串口、红外、平台等对设备进行参数配置；

18)支持短信敏感词屏蔽功能，包含敏感词的播报短信无法播报。

5.2技术参数

1)音频输出：总功率100W；

2)音频功放：D类功放（数字功放）；

3)白名单号码：支持白名单号码22个；

4)供电方式：太阳能免维护供电；

5)太阳能板：18V/40W，多晶硅材质；

6)电池参数：铅酸电池，12V/38Ah；蓄电池充放电次数350次以上；电池至少可待机3天，连续播放30分钟以上。

7)充电方式：采用MPTT充电方式以提高光电转换效率

8)音频频响：20Hz－20KHz(±3dB)；

9)音频信噪比：≥60dB；

10)设备采用有效的绝缘、屏蔽等防护措施，具有较强的防感应雷击及抗电磁干扰能力。

6. 现地测控单元MCU技术参数

为实现渗流监测仪器的自动观测，提高水库科学管理水平和时效，必须配备先进的通用型数据测控单元，选型时就考虑其精度、兼容性、抗干扰、防雷及长期工作的稳定性等因素。具备人机对话的中文操作界面便于管护人员操作使用。

现地测控单元MCU的主要技术指标如下。

1）接入传感器类型：振弦式、电压式、电流式、差动电阻式、电感式、电位器式、格雷码式、开关信号、RS485信号、标准电量信号等；

2）采集测量方式：间隔测量、定时测量、连续测量、单次测呈、单点测量及巡测等；

3）单台巡测时间：≈30秒；

4）定时测量间隔：3分钟～30天可调；

4）数据存贮容量：32x4096条；

5）数据保持方式：循环存储：

6）单台整机功耗：测量≈600mA，待机≈50mA，休眠≈0.328mA；

7）主控器显示屏：240x128高清点阵屏；

8）智能识别：电缆长度1500米读取传感器身份参数；

10）信号测量距离：传感器类型（振弦式2000米）；

11）通讯传输距离：通信方式（RS485大于1000米）

12）调制用波特率：9600bps（RS485），1200bps（数传电台），其它波特率可调：

13）系统工作环境：温度—25℃～＋60℃，湿度≤98％；

14）系统平均无故障时间：≥10000小时；

15）系统防感应雷电强度：500W～1500W

16）防护等级：IP66。

7. 渗压计技术参数

为保证渗流监测仪器的长期工作稳定性，应选择性能稳定的品牌渗压计（孔隙水压力计），并在国内多个大中型水库长期使用过，在稳定性、精度和分辨率等方面表现优良的产品，根据水库坝高和挡水高度选用适合的量程。主要技术指标要求如下：

8. 量水堰计技术参数

为保证渗流量监测的精度，根据小型水库的特点，应选择便于维护的磁致式量水堰计类型，参照水库渗流量和堰板型式选择适合的量程。

磁致式量水堰计适用于长期测量河流、湖泊、水库、坝体等堰槽的水位，是监测水位及流量变化的有效监测设备。采用磁致伸缩液位计作为传感器进行测量，具有分辨率高、稳定性好、性能可靠、响应速度快，工作寿命长等优点。

磁致式量水堰计主要功能有线性测量，绝对位置输出，非接触式连续测量，永不磨损，传感器不用标定及定期维护，输出信号多种选择（RS485、电压、电流），安装简单方便。

磁致式量水堰计规格及主要技术参数：

测量范围：0mm～500mm

灵敏度:<0.01mm

测量精度：<0.1%F.S

输出信号：RS485

报文方式：自报/召测

调试方式：地址码和波特率自设定

绝缘电阻：≥50Ω

储存温度：-30℃～＋70℃

磁致式量水堰计由防污管、上端盖、磁致伸缩液位传感器、水平泡、观测电缆等组成。磁致伸缩液位传感器主要由测杆、电子仓和套在测杆上的非接触磁浮球组成。测杆内装有磁致伸缩线（波导丝），测杆由不导磁的不锈钢管制成。测量时电子仓发出起始脉冲，起始脉冲在波导丝中传输，产生沿波导丝方向的旋转磁场，当这个磁场与浮球中的永久磁场相遇时，产生磁致伸缩效应，使波导丝发生扭动，这一扭动被电子拾能机构所感知并转换成相应的电流脉冲，测量电路计算出两个脉冲之间的时间差，即可精确地测出被测液位值。

在正常工作范围内温度的变化对传感器测值影响甚小，经试验测得其温度修正系数小于最小读数，实际使用中不需要温度修正。量水堰计具有智能识别功能，输出信号为RS485数字量，直接显示工程物理量。

量水堰计安装之前应在现场对磁致伸缩液位传感器、浮子等组件进行检查，确保仪器完好才能安装。

量水堰计应安装在堰板的上游≥100cm处，在堰槽的侧壁做一内凹槽，在底部开一个安装洞，安装洞的直径应大于C15cm的孔，低于水面深为10cm。在安装洞中插入防污管，查看上端盖上的水平泡调整防污管的垂直度，管四周用水泥砂浆固结，防止砂浆进入防污管。在防污管四周填入清洁细碎石，直至将凹槽填满。

9. GNSS高精度位移监测技术参数

GNSS位移监测是一款适用于野外的高精度形变监测设备，支持监测数据远程推送和本地存储，具备标准化安装、使用和维护，易于部署，产品稳定可靠，可实现全天候自动化监测隐患点的高精度三维坐标信息。GNSS位移监测站包括GNSS接收机、GNSS接收天线、数据处理与控制系统、数据分析与预警报警系统、GPRS模块、太阳能板、蓄电池、太阳能充电控制器等。

10. 静力水准仪技术参数

静力水准仪沉降监测系统是由静力水准仪、数据采集仪、数据通信电缆、数据采集软件等组成，通过监控室内监控主机控制数据的采集，并可进行数据的分析、整理等工作。

静力水准仪是由一系列智能液位传感器及储液罐组成，储液罐之间由连通管连通。基准罐置于一个稳定的水平基点，其他储液罐置于标高大致相同的不同位置，当其他储液罐相对于基准罐发生升降时，将引起该罐内液面的上升或下降。通过测量液位的变化，了解被测点相对水平基点的升降变形。主要有以下配件组成：静力水准仪传感器、静力水准仪储液罐、静力水准仪支架、静力水准仪通液管、浮球。

主要技术参数如下

测量范围(mm)：50-400

分辨力(mm/F)：≤0.25

温度测量范围（℃）：-20~80

温度测量精度（℃）：±0.1

10. 小型水库大坝安全监管平台

   结合水利工程管理专家知识，开发一套智能化、一体化的水库大坝安全运行监管云平台，实时掌握水库大坝安全性态、水库大坝运行维护信息等，并用“移动信息平台”、“AI视频融合”，积极探索出“云一管一端”三层架构和“规程规范制度”+“专家知识库”+“模型方法库”三层管理体系的水库大坝安全运行监管模式，为小型水库大坝安全管理提供科学的辅助决策支持，实现水库大坝运行管理能力大幅提升。

小型水库大坝安全监管平台建设内容：

小型水库大坝安全监管平台主要分为水库上级部门管理和水库安全管理两个层面，建设内容主要如下：

（1）系统数据库建设

结合注册登记信息，录入全省小型水库大坝基本信息，对水雨情信息、安全监测、日常巡查、运行调度、维修养护等多源信息进行整合，构建综合性的数据库。

（2）分级授权管理体系建设

按照省、地市区县、水库三级管理模式，不同的身份授予不同的权限，对水库管理对象和权限进行分级管理。

（3）移动巡检系统

在水库巡查员开展工作时根据打卡点设计巡查路线，规范巡查工作，提供所有关键部位的现场照片拍摄上传功能。为巡查员提供三种上报异常情况的功能，可在APP上拍照并编写异常描述上传，可一键拨打电话联线技术责任人沟通情况，可在平台视频连线技术专家进行问题分析。同时也提供通讯录查询、个人信息管理、巡查记录查询等功能。

（4）水库管理WEB端功能模块

开发支持省级、市县级、水库使用的大坝安全监测及分析软件功能，集成综合管理、水库监控、安全分析、智能巡检、数据分析、统计查询、运行督查、系统管理等内容，实现全省水库大坝运行管理能力提升。

四、经济效益

按照一个小型水库来算，每个水库安装一套雨水情监测系统和大坝安全监测系统，配备管理平台和巡查APP1套。初期一个水库的建设单价约为30万元。

初投资：30万元

运行费用：10000元/年

  通过项目建设可有效监测水库雨水情信息和大坝稳定状态，提高水库负责人的工作效率，实现水库信息化管理，从而有效保障水库安全。