水利板块

　　一、业务范围

　　1. 水文水资源、水环境及水电

　　2. 水利信息化、自动化系统

　　3. 水雨情及大坝安全自动化监测设备、泵闸站监控设备、灌区自动化监控设备

　　4. 行业咨询、水文水资源调查评价

　　二、核心技术

　　2.1仪器设备

　　2.1.1采集传输设备

　　2.1.1.1采集传输设备-全要素RTU(型号：HL-RTU-4G)

　　基本功能：

　　l可接入雨量、水位、图像或智能传感器，可匹配目前国内已知的主要传感器及国际常用传感器接口

　　l4～20mA模拟量接口

　　l板载LoRa无线传感器接口

　　l板载4G全网通通信模块

　　l自报应答兼容工作模式，设备永远在线;存储容量不小于64MB FLASH ROM，可远程批量下载数据

　　l支持远程设置

　　l可为连接的远程传感器模块，摄像头等提供电源，并提供电源的关断功能;对外接口均带有ESD保护

　　l自动校时(网络校时)

　　l支持一站多发功能或主备通道自动切换

　　l通信规约：符合《水文监测数据数据通信规约》SL651-2014或《江苏省水文自动测报系统数据传输规约》DB32/T 2197-2012或广东省水利工程感知要素通信规约

　　基本性能：

　　l传感器接口：

　　A、单信号雨量计接口(分辨率：0.2，0.5，1)

　　B、无源12位格雷码水位计接口

　　C、4～20mA模拟量接口

　　D、串行摄像机接口

　　E、485扩展口(最大下挂12个设备)，可接入智能传感器

　　F、RS232接口，接RS232传感器或用于配置或连接外置通讯终端

　　G、板载LoRa无线传感器接口

　　l主通信接口：内置4G全网通通信模块，支持移动、电信、联通网络，可由RS232接口接第二个通讯终端

　　l扩展通信接口：LoRa无线通信

　　l存储容量：不小于64MB FLASH ROM

　　l工作电压：10～16VDC，带欠压指示

　　l内置太阳能MPPT充电电路对蓄电池充电管理

　　l不含通信模块平均工作电流：≤5mA，含通信模块长在线工作平均工作电流：≤30mA

　　l工作环境：温度：-10℃～+55℃;湿度：95%RH(40℃)

　　特点：

　　特点一：微功耗工作，实测使用12V/24Ah电池常温下可以正常工作30天以上。由于极低功耗，可采取小功率太阳能电池，可极大减少台风、冰雪等灾害天气对设备造成的损害

　　特点二：除可采用651通信规约，亦可采用《水利工程感知要素通信规约》以达到突破仪器的类型及数量限制。如：雨量、渗压、水位、闸位、风速风向、温湿度、蒸发量、盐碱度、水质、摄像等多类传感器

　　特点三：设备配置及数据展示支持智能手机、Pad等多种移动设备

　　2.1.1.2采集传输设备-三要素RTU(型号：JY-RTU-4G)

　　基本功能：

　　l可接入翻斗式雨量计、485水位计、485串行摄像头

　　l板载4G全网通通信模块

　　l自报应答兼容工作模式，设备永远在线;存储容量不小于64MB FLASH ROM，可远程批量下载数据

　　l支持远程设置

　　l可为连接的远程传感器模块，摄像头等提供电源，并提供电源的关断功能;对外接口均带有ESD保护

　　l自动校时(网络校时)

　　l支持一站多发功能或主备通道自动切换

　　l通信规约：符合《水文监测数据数据通信规约》SL651-2014或《江苏省水文自动测报系统数据传输规约》DB32/T 2197-2012或广东省水利工程感知要素通信规约

　　基本性能：

　　l传感器接口：

　　A、单信号雨量计接口(分辨率：0.2，0.5，1)

　　B、485水位计接口

　　C、485串行摄像机接口

　　l主通信接口：内置4G全网通通信模块，支持移动、电信、联通网络

　　l存储容量：不小于64MB FLASH ROM

　　l工作电压：10～16VDC，带欠压指示

　　l内置太阳能MPPT充电电路对蓄电池充电管理

　　l不含通信模块平均工作电流：≤5mA，含通信模块长在线工作平均工作电流：≤30mA

　　l工作环境：温度：-10℃～+55℃;湿度：95%RH(40℃)

　　特点：

　　特点二：除可采用651通信规约，亦可采用《水利工程感知要素通信规约》以达到突破仪器的类型及数量限制。

　　特点三：设备配置及数据展示支持智能手机、Pad等多种移动设备

　　采集传输设备RTU-现场应用

　　2.1.1.3采集传输设备- LoRa单通道miniMCU

　　主要用于大坝安全监测浸润线自动观测

　　LoRa单通道miniMCU(HL-MCU-LoRa-1)

　　可接振弦式渗压计或压阻式渗压计;

　　低功耗LoRa无线通信，发射功率100mW，通信距离大于500米(最大可达5000米);施工便捷，无须布线，避免破坏坝面道路、植被。

　　每小时采集发送1次测量数据(可配置采集发送频次);

　　通过键盘、液晶显示，可实时查看采集数据;

　　小型12V蓄电池供电，自带太阳能充电管理电路，无需更换电池;

　　MCU迷你化，适合于大、中、小水库，江河湖堤的大坝安全监测系统。

　　85转LoRa模块，主要用于无线转接基于485接口的智能传感器;

　　4-20mA转LoRa模块，主要用于无线转接4-20mA接口的传感器;

　　格雷码水位计转LoRa或转485接口模块;

　　微功耗地下水测量设备;

　　山洪预警设备：山洪报警器

　　2.1.2水文仪器

　　2.1.2.1水文仪器-一体化雨量计

　　主要功能与特点

　　(1) 承水口径：Φ200+0.06mm，刃口40-45°;

　　(2) 分辨率：0.5mm(可选0.2mm、1mm);

　　(3) 翻斗计量误差：≤±4%;

　　(4) 雨强范围：0.01-4mm/min;

　　(5) 工作环境温度： 0-+50℃;

　　(6) 设备平均无故障工作时间：≥25000h;

　　(7) 防堵塞：传感器具有防堵、防虫、防尘措施;

　　(8) 全不锈钢材质;

　　(9) 自带4G全网通无线传输

　　2.1.2.2水文仪器-电子水尺

　　基本功能：

　　可级联电子水尺是直接进行水位测量的水文仪器，适应各种水质，可检测冰下水位。

　　单条水尺可选量程：50cm、100cm、150cm、200cm等;多条水尺可级联，实现所需量程的水位测量。

　　基本性能：

　　l 封装：不锈钢外壳，填充环氧树脂

　　l 触点：304不锈钢

　　l 通信接口：三种接口之一(RS485接口、4G全网通、LoRa)

　　l 保护：每个触点均带有浪涌电流的保护电路，测量触点和RS485通信口及电源之间采用电气隔离

　　l 工作电压范围：4～36VDC

　　l 功耗：待机0.8mA，唤醒：1mA;最大工作电流：35mA。

　　l 工作温度：-30℃～100℃

　　l 防护等级：IP68

　　l 精度及长期稳定性：1cm，仅受材料的热胀冷缩影响

　　l 绝缘：100MΩ

　　l 振动：(20～5000)Hz/20g，冲击：11ms/20g

　　2.1.3岩土工程仪器

　　2.1.3.1岩土工程仪器-振弦式渗压计(型号：HL-SYX-35)

　　主要用于测量大坝测压管内水位

　　基本性能指标

　　(1)测量范围 kKPa0～1600～2500～350

　　(2)最小读数 kKPa/F≤0.072≤0.11≤0.15

　　(3)温度测量范围 ℃0～+400～+400～+40

　　(4)温度测量精度 ℃±0.5±0.5±0.5

　　(5)温度修正系数 b KPa/℃≈0.8≈0.8≈0.6

　　(6)绝绝缘电阻 MΩ≥50≥50≥50

　　2.1.3.2 SZG型差阻式钢筋计

　　SZG系列钢筋计适用于埋设在水工建筑物和其他钢筋混凝土建筑物内部测量钢筋的应力，并可兼测埋设点温度

　　2.1.3.3 SZY型差阻式应变计

　　SZY型差阻式应变计用于埋设在岩土建筑和其他混凝土建筑物内部，或模型试件内，测量结构物内部的应变，以推算其受力状态。

　　2.1.3.4 SXM型振弦式锚索测力计

　　SXM型振弦式锚索测力计主要用来测量和监测各种锚杆、锚索、岩石螺栓、支柱、隧道与地下洞室中的支撑以及大型预应力钢筋混凝土结构的应力或荷载。亦可同步测量埋设点的温度值。

　　2.1.3.5 SXF系列振弦式多点位移计

　　振弦式多点位移计是将3-4支SXF型振弦式位移计组合在一起，按不同深度梯度埋设，用于测量同一测孔中不同深度裂缝的开合度，适用于隧道、厂房、洞室、边坡、坝基等不同深度变位观测。

　　2.1.3.6 SZF型差阻式测缝计

　　SZF型差阻式测缝计主要用于长期监测水工建筑物和其他混凝土建筑物内的裂缝、伸缩缝的开合度。经改装，也可测量大体积混凝土建筑物和基岩之间的边界缝及山岩变形，并可兼测埋设点的温度。

　　2.1.3.7 STW-1型电阻温度计

　　STW-1型电阻温度计主要用于测量水工建筑物中的坝体、隧洞、厂房等混凝土内部的温度，也可监测大坝施工中混凝土拌和及传输时的温度及水温、气温等。

　　2.1.4节水灌溉设备-微型远控闸门(型号：JY- MWG1 )

　　基本性能：

　　l 采用专门设计的蝶阀+可变长度传动轴+物联网电动执行器组合的结构

　　l 采用太阳能电池供电，现场安装使用时无需布设电源线。网络通信方式采用4G无线Lora网关+末端Lora节点模式，每个微型远控闸门作为一个Lora节点。

　　l 通信协议采用标准的Modbus协议。Lora网关支持MQTT，可实现透明传输。

　　l 在被远程打开对稻田进行灌水后，可通过田间水位传感器，实现到达目标水位后的自动关闸操作，无需上位机再行下发关闸指令。

　　l 可记录各种闸门状态、田间水位数值、电池低电压报警、限位开关故障、电流过载等信息，在上位机召测时向上位机提供。

　　2.2系统软件

　　2.2.1水文水资源一体化应用支撑平台

　　水文水资源一体化应用支撑平台是为了满足公司在水利行业研发的各类软件系统中数据与服务的整合的需要，使得水利行业大量的信息和数据能够在各个业务应用系统间顺畅地传递，形成一个有机的整体,在整个系统范围内实现信息的高度共享。

　　平台的特点：

　　l 平台数据(云)服务器集群

　　l 平台自组织应用架构

　　l 插件化应用功能扩展

　　l 分布式应用资源与集中化资源管理

　　特点1：平台数据(云)服务器集群

　　兼具负载平衡、应用资源管理与应用数据备份的云应用数据服务器集群

　　特点2 ：平台自组织应用架构

　　基于平台自组织应用架构构建的应用可独立运行,同时亦可在存在平台数据服务集群(分为局域网平台和广域网平台2种模式)的情况下自动接入平台系统(能够自动进行身份验证,屏蔽非许可应用的接入)

　　特点3：插件化应用功能扩展

　　插件化应用功能扩展实现平台应用的松耦合架构,使平台应用具有极大地灵活性和可扩展性。

　　特点4：分布式应用资源与集中化资源管理

　　平台应用负责各自应用资源的发布,包括应用数据服务、应用消息服务以及其他可URL化的应用资源服务。平台数据服务器负责将各应用声明的资源制作成资源目录，提供给经过许可的其他应用和外部客户。

　　2.2.2洪水预报系统

　　洪水预报系统以网络数据库作为各类信息的存储仓库,以地理信息系统作为可视化平台,以洪水预报数学模型为核心,根据水文作业预报和水库防洪调度的业务流程,采用C/S和B/S混合体系结构搭建应用系统平台,以满足不同层次的技术和防洪决策人员进行计算分析、信息查询的需要。

　　系统平台以功能来分由六大部分组成：

　　l 总控平台;

　　l 预报调度方案构建子系统;

　　l 自动定时预报调度子系统;

　　l 多用户交互预报调度子系统;

　　l 预报调度信息查询与结果展示子系统;

　　l 系统数据库。

　　2.2.3灌区智慧运管平台

　　采用自动化监测手段不人工采集相结合，对灌区水量、雨量、水质、工程情况、环境参数等进行监测，形成多元信息感知系统，推进数字化灌区建设。

　　2.2.4水利自动化监控系统

　　该系统涉及水库、水电站、泵闸站、水务管理等领域，通过开展一体化的信息监控，为使用者提供水量、水质、生态环境等各类水资源相关信息查询服务，可实现系统多元数据的一体化监控，提高了水电运行的自动化和安全性，为实现信息一体化，水利水电“无人值班”(少人值守)打下了良好的基础。(自动化监控系统软件)

　　产品特点：

　　l 平台与具体应用无关，定制需求

　　l 安全可靠的系统平台

　　l 灵活的系统配置

　　l 面向对象设计

　　l B/S架构与C/S架构统一

　　l 实时数据库与商用数据库统一

　　l 支持跨平台

　　2.3系统集成

　　2.3.1水文水资源监控系统

　　系统由中心站和遥测站组成，应用先进的传感器技术、数据采集技术、计算机测控技术及网络通信技术。

　　遥测站采集的数据通过GPRS、CDMA、卫星等数据传输信道发送到中心数据库。

　　系统遥测终端设备为自主研发系列产品，具有高可靠性、高实时性、低功耗等特点。

　　系统软件采用C/S和B/S混合模式搭建，主要以B/S模式为主。

　　主要内容：

　　l 系统设备能够实现实时采集、存贮数据，以自报方式按设定的规则自动向中心站上报信息;也可以按应答方式响应中心站的指令修改遥测参数，响应中心站的数据召测;

　　l 系统设备具有扩展接口，方便接入多个其他类型参数的传感器设备;

　　l 系统软件实现信息展示与发布(包括Gis数据展示、图表查询、告警信息管理、实时/历史图像查询等)。

　　水文水资源监控系统-系统示意图

　　2.3.2四要素监测系统

　　图像(四要素)监测站包含水位、雨量、图像、渗流(浸润线)四种检测要素，满足报汛和大坝安全观测需求，能够提供定时抓拍和自主抓拍图像两种形式以获取工程现场图像。具体建设内容如下：

　　在每宗水库大坝公网信号相对较好处立杆安装雨量计、水位计和 RTU，该 RTU 同时负责转发 LoRa 端口接收的大坝断面浸润线监测数据及图像数据。

　　在每宗水库靠近溢洪道位置立杆安装 3 台摄像机，分别拍摄大坝溢洪道、迎水坡及背水坡图像(含夜视功能)，并通过 LoRa 发送至 RTU 转发。如果溢洪道位置立杆无法覆盖重要观测点或者一根立杆无法满足要求，则根据现场实际情况调整观测位置及相应增加立杆、钢筋混凝土基座和防雷接地等。

　　在每宗水库须进行浸润线渗流观测的断面钻孔埋设测压管并安装相应的渗压计和MCU，并通过 LoRa 发送至 RTU 转发。

　　在每宗水库迎水坡摄像范围内安装水尺及汛限水位标识线。

　　监测站通过公网发送到水利厅数据接收处理平台，经数据解码处理、整合后进入省厅数据中心，满足图像监测站的信息上传。

　　四要素监测系统-应用实例

　　2.3.3泵站闸门自动控制系统

　　泵站闸门自动监控系统按照“无人值班，少人值守”的原则和要求进行设计。综合利用成熟的工业控制技术、传感器技术、数据传输技术以及计算机技术，建立先进的控制系统，提高泵站的安全性、可靠性，充分发挥工程效益，促进工程管理的科学化、现代化。

　　主要内容：

　　现地PLC集中控制层：主要包括：PLC及现地控制触摸屏等。PLC系统主要功能如下：1 数据采集和处理;2 监视与报警;3 控制与调节;4 系统自诊断与恢复;5 数据记录与存储;6 人机接口;7 时钟同步;8 数据通信，需提供标准的通讯接口，实现与上级监控系统的数据通讯。

　　泵站闸门自动控制系统

　　主要内容：

　　现地手动控制层：平时主要实现机房监控设备的调试、维护等作用。当挡潮闸监控中心设备故障或控制系统网络故障时，用于现地分散控制操作闸门，确保系统运行安全通畅。现地设备主要包括：电动机、比例泵、启闭机、水位计、闸(阀)门、动力系统、电气控制柜、交通信号灯等设备。

　　远方集中控制层：监控中心控制系统能满足闸站运行工艺流程的要求，具有互锁功能、容错功能、检测和自我诊断功能、与后台监控系统的数据交换和网络连接功能。能实现对供配电系统、启闭机、闸门、阀门、传感器、信号系统、通讯系统、照明等设备的自动化监控。提供挡潮闸各种控制方式下的运行流程并完成自动化系统的实施与调试运行。

　　泵站闸门自动控制系统-应用实例

　　挡潮闸自动化控制系统

　　船闸自动化控制系统

　　2.3.4节水灌溉智能化系统

　　根据灌溉标准、遥测农田水深、实际灌溉面积等，采用PLC、GIS、变频控制、无线网络、遥测遥控等技术，自动控制农田水深;农田排涝采用固定农渠控制系统，研发远程自动监控微型闸门，根据降水、田间水深、排涝规则等自动控制农田水深;农田排渍采用暗管自动控制系统，并与排涝控制系统进行集成，控制地下水位。农田感知与智慧管理系统采用作物-大气-土壤无线采集终端及视频监控系统控制。

　　2.3.5水上光伏电站自动喷淋除尘应用系统

　　该系统主要分清洗机、PLC变频控制柜和水雨情遥测终端机三部分。前期实验阶段原型机在河海大学189实验室测试定型后，到峡潘电站实地试运行，和对照组比较不同天气条件下的发电量变化。

　　喷淋清洗机

　　(1)便于安装、使用、维护，尽量减少人员踩踏浮体。

　　(2)设备器材要防水、防火、防腐蚀、防冻害、防漏电。设备运行时对浮体无压力、无冲击，不影响浮体寿命。

　　(3)水流中无水草等杂物，对光伏组件无腐蚀、无冲击隐伤。

　　PLC变频控制系统

　　(1)喷淋水泵电机变频启动、关闭。

　　(2)现地手动/自动轮巡开关喷淋清洗机，配置喷淋时间间隔参数、喷淋约束条件。

　　(3)中心服务器远程监控喷淋系统运行状态，远程手动/自动轮巡开关喷淋设备，配置喷淋时间间隔参数、喷淋约束条件。

　　(4)手机AAP远程监控系统运行状态。

　　水雨情遥测终端机