一種基于物聯(lián)網(wǎng)的水庫動(dòng)庫容實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及基于物聯(lián)網(wǎng)的水庫動(dòng)庫容實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]動(dòng)庫容是回水水面與壩前水位水平面之間的楔形水庫容積。水庫動(dòng)庫容對(duì)洪水能起到一定的蓄滯作用。水庫靜庫容調(diào)洪將水庫水面假設(shè)為水平漲落，沒有考慮水庫動(dòng)庫容的影響。這樣做可能存在較大誤差，會(huì)導(dǎo)致調(diào)洪計(jì)算結(jié)果偏大，特別是對(duì)壩前為峽谷型的河道型水庫，影響更為明顯。調(diào)洪計(jì)算結(jié)果失真可能導(dǎo)致錯(cuò)誤的調(diào)度決策。大部分山區(qū)水庫庫區(qū)交通不方便、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展較為落后、條件艱苦，在庫區(qū)通過設(shè)立人工水位站來監(jiān)測(cè)水庫動(dòng)庫容投資大，且實(shí)施困難。由于水庫調(diào)洪期間，壩址以上入流為非恒定流，因此在進(jìn)行動(dòng)庫容計(jì)算時(shí)，國內(nèi)外研宄人員常應(yīng)用水力學(xué)中的圣維南方程組來描述水流運(yùn)動(dòng)規(guī)律，根據(jù)水庫的調(diào)洪規(guī)則建立一維非恒定流隱式差分模型的邊界條件，從而進(jìn)行水庫動(dòng)庫容調(diào)洪。目前，我國大部分水庫還沒有專門的動(dòng)庫容實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。整體而言，水庫動(dòng)庫容監(jiān)測(cè)的信息化、現(xiàn)代化和智能化水平還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。當(dāng)發(fā)生較大洪水時(shí)，水庫管理部門不能及時(shí)監(jiān)測(cè)、掌握、判斷水庫動(dòng)庫容的實(shí)時(shí)狀態(tài)和變化趨勢(shì)，對(duì)水庫防洪調(diào)度可能會(huì)造成一定的不利影響。研發(fā)一種低成本、高效率，能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水庫動(dòng)庫容相關(guān)信息，及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送和分析計(jì)算，并方便向水庫管理人員發(fā)布信息的水庫動(dòng)庫容監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)于水庫防洪調(diào)度具有非常重要的實(shí)踐意義。
[0003]物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)基于互聯(lián)網(wǎng)、傳統(tǒng)電信網(wǎng)等信息承載體，讓所有能夠被獨(dú)立尋址的普通物理對(duì)象實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)。簡而言之，物聯(lián)網(wǎng)即為物物相連的互聯(lián)網(wǎng)，其核心和基礎(chǔ)仍為互聯(lián)網(wǎng)。它具有智能、先進(jìn)、互聯(lián)等三個(gè)重要特征，是新一代信息技術(shù)的重要組成部分。物聯(lián)網(wǎng)的用途廣泛，可應(yīng)用于智能交通、環(huán)境保護(hù)、健康醫(yī)療、水系監(jiān)測(cè)等多個(gè)領(lǐng)域。
[0004]一般而言，隨著通信距離的增大，設(shè)備的復(fù)雜度、功耗以及系統(tǒng)成本都會(huì)增加。相對(duì)于現(xiàn)有的各種無線通信技術(shù)，ZigBee技術(shù)是一種低功耗和低成本的技術(shù)。同時(shí)由于ZigBee技術(shù)的低數(shù)據(jù)速率和通信范圍較小的特點(diǎn)，也決定了 ZigBee技術(shù)適合于承載數(shù)據(jù)流量較小的業(yè)務(wù)。目前，ZigBee無線通信技術(shù)已日漸成熟，因此可以利用這種技術(shù)構(gòu)建一個(gè)基于物聯(lián)網(wǎng)的水庫動(dòng)庫容實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種基于物聯(lián)網(wǎng)的水庫動(dòng)庫容實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為水庫防洪調(diào)度決策提供技術(shù)支撐。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
[0007]一種基于物聯(lián)網(wǎng)的水庫動(dòng)庫容實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括管理中心服務(wù)器、無線通信網(wǎng)絡(luò)和置于水庫里的若干個(gè)動(dòng)庫容實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)終端。若干個(gè)動(dòng)庫容實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)終端組成一個(gè)ZigBee子網(wǎng)，若干個(gè)ZigBee子網(wǎng)通過無線通信網(wǎng)絡(luò)將水庫實(shí)時(shí)動(dòng)庫容信息傳遞到管理中心服務(wù)器，管理中心服務(wù)器對(duì)水庫實(shí)時(shí)動(dòng)庫容信息進(jìn)行統(tǒng)一顯示、分析和管理；所述動(dòng)庫容實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)終端包括微處理器及分別與其連接的水位傳感器模塊、Flash數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，、ZigBee模塊以及電池電源模塊。
[0008]優(yōu)選的，所述的無線通信網(wǎng)絡(luò)是基于ZigBee/GPRS/GSM/3G的無線通信網(wǎng)絡(luò)。
[0009]優(yōu)選的，所述微處理器通過AD轉(zhuǎn)換模塊與水位傳感器和流量傳感器模塊連接，將各傳感器所測(cè)量到的模擬數(shù)據(jù)量進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換并將信息存儲(chǔ)在Flash數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中。
[0010]進(jìn)一步優(yōu)選的，ZigBee模塊在微處理器的控制下組網(wǎng)連接，在微處理器中實(shí)現(xiàn)嵌入式TCP/IP協(xié)議棧和GPRS通信模塊，該協(xié)議棧在應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)HTTP協(xié)議、在傳輸層實(shí)現(xiàn)TCP與m)P協(xié)議、在網(wǎng)絡(luò)層實(shí)現(xiàn)IP協(xié)議，還實(shí)現(xiàn)了 ICMP協(xié)議，在鏈路層實(shí)現(xiàn)PPP協(xié)議，GPRS通信模塊在微處理器的控制下實(shí)現(xiàn)無線通信網(wǎng)絡(luò)的附著。
[0011]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述電池電源模塊使用可充電蓄電池配太陽能電池，電壓為12V。
[0012]本發(fā)明提供的基于物聯(lián)網(wǎng)的水庫動(dòng)庫容實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)水庫動(dòng)庫容實(shí)時(shí)變化信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、計(jì)算與傳輸，將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息傳輸至人員管理終端，使其掌控水庫動(dòng)庫容的實(shí)時(shí)變化，及時(shí)進(jìn)行水庫防洪調(diào)度，可以防止由于水庫調(diào)洪不當(dāng)形成的潰壩事故及其對(duì)下游居民區(qū)的生命和財(cái)產(chǎn)安全的危害。
【附圖說明】
[0013]圖1是基于物聯(lián)網(wǎng)的水庫動(dòng)庫容實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；
[0014]圖2是動(dòng)庫容實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)終端的原理框圖；
[0015]其中，1、動(dòng)庫容實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)終端；2、ZigBee/GPRS/GSM/3G網(wǎng)關(guān)；3、ZigBee子網(wǎng)；4、Internet網(wǎng)絡(luò)；5、管理中心服務(wù)器；6、微處理器；7、ZigBee模塊；8、電池電源模塊；9、水位傳感器模塊；10、流量傳感器模塊；11、Flash數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例作進(jìn)一步說明:
[0017]如圖1所示，整個(gè)系統(tǒng)包括管理中心服務(wù)器5、Internet網(wǎng)絡(luò)4，ZigBee子網(wǎng)3、ZigBee/GPRS/GSM/3G網(wǎng)關(guān)2和若干個(gè)動(dòng)庫容實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)終端1，該系統(tǒng)基于ZigBee/GPRS/GSM/3G無線通信網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建基于物聯(lián)網(wǎng)的水庫動(dòng)庫容實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與分析計(jì)算的基礎(chǔ)平臺(tái)。
[0018]本發(fā)明通過ZigBee/GPRS/GSM/3G無線通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)水庫動(dòng)庫容實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與管理中心服務(wù)器的通信。由附圖1可見，系統(tǒng)的基本功能是在水庫的各監(jiān)測(cè)地點(diǎn)安裝水庫動(dòng)庫容實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)1，對(duì)監(jiān)測(cè)斷面處的水位、流量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并將實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息通過ZigBee/GPRS/GSM/3G網(wǎng)關(guān)2、ZigBee子網(wǎng)3和Internet4傳輸?shù)焦芾碇行姆?wù)器5。管理中心服務(wù)器5接收到各監(jiān)測(cè)斷面的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)后，進(jìn)行計(jì)算與傳輸，將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息傳輸至人員管理終端，使其掌控水庫動(dòng)庫容的實(shí)時(shí)變化，及時(shí)進(jìn)行水庫防洪調(diào)度，可以防止由于水庫調(diào)洪不當(dāng)形成的潰壩事故及其對(duì)下游居民區(qū)的生命和財(cái)產(chǎn)安全的危害。
[0019]由附圖2可進(jìn)一步分析水庫動(dòng)庫容實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的工作原理。水庫動(dòng)庫容實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)通過電池電源模塊8為監(jiān)測(cè)終端提供電源，通過水位傳感器模塊9監(jiān)測(cè)水體的實(shí)時(shí)水位，通過流量傳感器模塊10監(jiān)測(cè)水體的實(shí)時(shí)流量，其中水位與流量傳感器模塊通過檢測(cè)得到的數(shù)據(jù)經(jīng)微處理器6的控制與傳輸，通過AD轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換并將其存儲(chǔ)于Flash數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊11中；通過ZigBee模塊7將實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息傳輸?shù)綗o線通信網(wǎng)絡(luò)4。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于物聯(lián)網(wǎng)的水庫動(dòng)庫容實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:包括管理中心服務(wù)器、無線通信網(wǎng)絡(luò)和置于水庫里的若干個(gè)動(dòng)庫容實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)終端；若干個(gè)動(dòng)庫容實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)終端組成一個(gè)ZigBee子網(wǎng)，若干個(gè)ZigBee子網(wǎng)通過無線通信網(wǎng)絡(luò)將水庫實(shí)時(shí)動(dòng)庫容信息傳遞到管理中心服務(wù)器，管理中心服務(wù)器對(duì)水庫實(shí)時(shí)動(dòng)庫容信息進(jìn)行統(tǒng)一顯示、分析和管理；所述動(dòng)庫容實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)終端包括微處理器及與其連接的水位傳感器模塊、流量傳感器模塊、Flash數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、ZigBee模塊以及電池電源模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的水庫動(dòng)庫容實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述的無線通信網(wǎng)絡(luò)是基于ZigBee/GPRS/GSM/3G的無線通信網(wǎng)絡(luò)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的水庫動(dòng)庫容實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述微處理器通過AD轉(zhuǎn)換模塊與水位傳感器和流量傳感器模塊連接，將各傳感器所測(cè)量到的模擬數(shù)據(jù)量進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換并將信息存儲(chǔ)在Flash數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的水庫動(dòng)庫容實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:ZigBee模塊在微處理器的控制下組網(wǎng)連接，在微處理器中實(shí)現(xiàn)嵌入式TCP/IP協(xié)議棧和GPRS通信模塊，該協(xié)議棧在應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)HTTP協(xié)議、在傳輸層實(shí)現(xiàn)TCP與UDP協(xié)議、在網(wǎng)絡(luò)層實(shí)現(xiàn)IP協(xié)議，還實(shí)現(xiàn)了 ICMP協(xié)議，在鏈路層實(shí)現(xiàn)PPP協(xié)議，GPRS通信模塊在微處理器的控制下實(shí)現(xiàn)無線通信網(wǎng)絡(luò)的附著。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任意一項(xiàng)所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的水庫動(dòng)庫容實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述電池電源模塊使用可充電蓄電池配太陽能電池，電壓為12V。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的水庫動(dòng)庫容實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括管理中心服務(wù)器、無線通信網(wǎng)絡(luò)和置于水庫庫區(qū)回水河道上的若干個(gè)動(dòng)庫容實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)終端。若干個(gè)動(dòng)庫容實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)終端組成一個(gè)ZigBee子網(wǎng)，若干個(gè)ZigBee子網(wǎng)通過無線通信網(wǎng)絡(luò)將水庫實(shí)時(shí)動(dòng)庫容信息傳遞到管理中心服務(wù)器，管理中心服務(wù)器對(duì)水庫實(shí)時(shí)動(dòng)庫容信息進(jìn)行統(tǒng)一顯示、分析和管理；所述動(dòng)庫容實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)終端包括微處理器及與其連接的水位及流量傳感器模塊、Flash數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、電池電源模塊和ZigBee模塊。本發(fā)明對(duì)水庫動(dòng)庫容實(shí)時(shí)變化信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、計(jì)算與傳輸，防止由于水庫調(diào)洪不當(dāng)形成的潰壩事故及其對(duì)下游居民區(qū)的生命和財(cái)產(chǎn)安全的危害。
【IPC分類】H04L29-08
【公開號(hào)】CN104735128
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510054265
【發(fā)明人】魯帆, 肖偉華, 王建華, 殷峻暹, 陳爭杰, 張冬冬, 柴福鑫, 朱乾德
【申請(qǐng)人】中國水利水電科學(xué)研究院
【公開日】2015年6月24日
【申請(qǐng)日】2015年2月2日