水文纜道遠程在線控制系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用

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摘要：介紹了一種水文纜道遠程在線控制系統(tǒng)，概述了系統(tǒng)的設(shè)計思路以及基本操作流程。以湖北赤壁崇陽水文站為例，簡述了水文纜道遠程在線控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布置在該水文站的實際應(yīng)用情況。實際測流結(jié)果表明：運用該系統(tǒng)開展水文監(jiān)測可實現(xiàn)一個控制中心同時控制多個纜道測站，并可遠程控制測流及數(shù)據(jù)采集，對保障非工作時間纜道站房的安全起到了一定作用。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對多處水文情況的實時遠程監(jiān)測、遠程采集測流數(shù)據(jù)并同步至網(wǎng)絡(luò)，優(yōu)化了測站人力資源配置，有效提高了測流效率，為水文新儀器新設(shè)備的發(fā)展做出了積極探索。

關(guān)鍵詞：流量監(jiān)測；水文纜道遠程在線監(jiān)控系統(tǒng)；B/S架構(gòu)；崇陽水文站；湖北

目前，河道流量監(jiān)測普遍采用纜道鉛魚和流速儀，鉛魚由循環(huán)索懸吊在纜道之間，通過纜道電動絞車驅(qū)動鉛魚水平、垂直方向移動。通過鉛魚、流速儀監(jiān)測獲取的河流水流信息，僅能傳輸?shù)桨哆吙刂剖疫M行顯示和存儲?，F(xiàn)有水文纜道檢測系統(tǒng)無法實現(xiàn)對流速儀、鉛魚和攝像機的一體化監(jiān)控和控制，導致傳統(tǒng)水文纜道控制系統(tǒng)的運用存在局限性，還使監(jiān)測效率較低［1］。研發(fā)一種一體化在線控制系統(tǒng)十分必要。

1系統(tǒng)簡介

水文纜道遠程在線控制系統(tǒng)主要基于可編程邏輯控制（PLC）的modbus通訊協(xié)議經(jīng)以太網(wǎng)絡(luò)通信，通過控制纜道變頻器和電機的運轉(zhuǎn)，如正反轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)速調(diào)整，最終實現(xiàn)鉛魚的前進、后退、上升、下降和速度的變化。該系統(tǒng)還可開發(fā)視頻監(jiān)控功能，通過視頻監(jiān)控服務(wù)器將監(jiān)控畫面及其控制集成于web頁面中，并且通過串口RS-232協(xié)議轉(zhuǎn)換為以太口TCP/IP協(xié)議，實現(xiàn)ADCP數(shù)據(jù)的實時遠程一對二網(wǎng)絡(luò)傳輸。平臺集成了2種常用品牌的ADCP原始數(shù)據(jù)的解析、展示與。平臺采用Java語言、Vue框架和B/S架構(gòu)，使用人員通過訪問平臺web頁面就可實現(xiàn)對各項功能的操控。該系統(tǒng)可實現(xiàn)對流速檢測和圖像采集的一體式遠程控制，提高了水文纜道的監(jiān)測效率，并擴大了監(jiān)測系統(tǒng)的運用范圍。系統(tǒng)極大提高了測量人員遠程測流的可控性和便捷性，降低了系統(tǒng)后期維護的工作量和相關(guān)投入，對于減少測流人員工作量、突破施測地域限制起到了積極作用。

2系統(tǒng)設(shè)計方案

2.1設(shè)計思路

該系統(tǒng)包括視頻采集單元、流速檢測單元、控制中心及通訊單元。（1）視頻采集單元。包括在測站安裝多個攝像頭以及與攝像頭連接的NVR硬盤錄像機。（2）流速檢測單元。包括懸吊在纜道上的鉛魚、安裝在鉛魚上的ADCP流速儀和連接ADCP流速儀的轉(zhuǎn)換接口。（3）控制中心。包括視頻服務(wù)器和云端服務(wù)器模塊以及交換機和VPN模塊。VPN模塊與交換機連接，交換機連接視頻服務(wù)器和云端服務(wù)器模塊，還通過轉(zhuǎn)換接口連接計算機終端；云端服務(wù)器模塊采用B/S架構(gòu)，能同時對多個現(xiàn)地PAC控制器進行控制。（4）通訊單元。連接視頻采集單元和視頻服務(wù)器，同時連接流速檢測單元和云端服務(wù)器模塊；視頻服務(wù)器連接云端服務(wù)器模塊。該單元還包括依次連接的交換機、VPN模塊及移動通訊模塊。移動通訊模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送至公共網(wǎng)絡(luò)，鉛魚通過電動絞車驅(qū)動，ADCP流速儀所連接的轉(zhuǎn)換接口和NVR硬盤錄像機分別與交換機連接。測站內(nèi)還設(shè)有PAC控制器和與之連接的觸摸屏。PAC控制器同時連接通訊單元的交換機和電動絞車的驅(qū)動電機。

2.2系統(tǒng)操作流程

ADCP流速儀檢測獲取的相關(guān)水文數(shù)據(jù)依次通過轉(zhuǎn)換接口、VPN模塊、移動通信模塊上傳至公共網(wǎng)絡(luò)?？刂浦行牡挠嬎銠C終端（安裝有ADCP軟件）經(jīng)由VPN模塊和交換機訪問公共網(wǎng)絡(luò)，讀取檢測數(shù)據(jù)后，再傳輸至云端服務(wù)器模塊存儲，供手機端和其他計算機終端進行訪問。測站的多個攝像頭通過NVR硬盤錄像機接入VPN模塊，再通過5G傳回控制中心的視頻服務(wù)器?？刂浦行牡囊曨l服務(wù)器通過與云端服務(wù)器模塊聯(lián)通，使云端服務(wù)器模塊能通過控制視頻服務(wù)器遠程控制攝像頭。監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置界面見圖1?，F(xiàn)場測站內(nèi)安裝有PAC控制器和觸摸屏組成的纜道控制柜。PAC控制器通過RJ45接口連接VPN模塊，并經(jīng)過移動通訊模塊與云端服務(wù)器模塊進行通信，以便通過云端服務(wù)器模塊控制纜道鉛魚的各項動作。

3系統(tǒng)應(yīng)用

3.1系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)

以長江水利委員會水文局長江中游水文水資源勘測局赤壁分局崇陽水文站為例，將該系統(tǒng)設(shè)計方案應(yīng)用于崇陽水文站的實際水文測量中。圖2為系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)示意。（1）流速檢測單元。包括懸吊在纜道上的鉛魚，ADCP流速儀（M9）以及與其相連接的轉(zhuǎn)換接口（USR-N510）。（2）視頻采集單元。包括多個攝像機（DH-IPC-HDBW4631（6）R-AS（S））以及與攝像頭連接的NVR硬盤錄像機（DH-NVR2104HS-HDS3）。（3）通訊單元。包括依次連接的交換機（華為S5700）、VPN模塊（VPN-1100）及移動通訊模塊（USR-G806）。移動通訊模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送至公共網(wǎng)絡(luò)，鉛魚通過電動絞車驅(qū)動，ADCP流速儀所連接的轉(zhuǎn)換接口和NVR硬盤錄像機分別與交換機連接。通訊單元連接視頻采集單元和視頻服務(wù)器，由于流速檢測單元連接云端服務(wù)器模塊，視頻服務(wù)器還同時連接云端服務(wù)器模塊。（4）控制中心。包括視頻服務(wù)器（DH-DSS-C8100/5000）和云端服務(wù)器模塊以及交換機和VPN模塊。VPN模塊與交換機連接，交換機連接視頻服務(wù)器和云端服務(wù)器模塊?？刂浦行牡慕粨Q機上還有轉(zhuǎn)換接口連接計算機終端。測站內(nèi)還設(shè)有PAC控制器（GM0101系列）和與之連接的觸摸屏（NSD-HMI10-V1.0），PAC控制器同時連接通訊單元的交換機和電動絞車的驅(qū)動電機。云端服務(wù)器模塊采用B/S架構(gòu)，可同時對多個現(xiàn)地PAC控制器進行控制。

3.2實際操作流程

ADCP流速儀獲取的水文信息依次通過轉(zhuǎn)換接口、VPN模塊、移動通信模塊上傳至公共網(wǎng)絡(luò)?？刂浦行牡囊惶子嬎銠C終端（安裝有ADCP軟件）經(jīng)由VPN模塊和交換機訪問公共網(wǎng)絡(luò)，讀取檢測數(shù)據(jù)后，再傳輸至云端服務(wù)器模塊存儲，供手機端和其他計算機終端進行訪問。按照2.2節(jié)的系統(tǒng)操作流程，通過與鉛魚連接的絞車及絞車驅(qū)動機構(gòu)（絞車驅(qū)動電機）實現(xiàn)對鉛魚動作的控制，控制界面見圖3。云端服務(wù)器模塊采用B/S架構(gòu)，可集成遠程監(jiān)控系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)、放大、縮小，變焦、對焦等各項功能和纜道鉛魚的前進、后退、上升、下降以及變頻器調(diào)速等動作。同時，云端服務(wù)器對多個現(xiàn)地PAC控制器進行控制，能夠存儲和分析接收的數(shù)據(jù)。因此，只需打開網(wǎng)頁就可操控整個纜道以及現(xiàn)場攝像頭的動作，并通過控制中心將經(jīng)處理的ADCP數(shù)據(jù)分析解析后，展示并于網(wǎng)絡(luò)，用戶無需下載客戶端即可實現(xiàn)網(wǎng)頁瀏覽。

4結(jié)語

該系統(tǒng)設(shè)計方案基于智慧水文、互聯(lián)網(wǎng)+水文的思路，對水文新儀器新設(shè)備的發(fā)展做出了積極探索。方案的推廣應(yīng)用將對水文測量發(fā)展起到一定的推動作用。除B/S架構(gòu)外，Html5技術(shù)的運用是未來發(fā)展趨勢之一，該技術(shù)可實現(xiàn)移動端和桌面端的自適應(yīng)同步展示，以達到一個跨平臺跨系統(tǒng)同時實現(xiàn)多個應(yīng)用場景的目標。纜道遠程在線控制系統(tǒng)可將Html5技術(shù)的應(yīng)用作為其向移動端和桌面端同步自適應(yīng)的B/S架構(gòu)發(fā)展方向。

參考文獻：

［1］胡艷嬌，黃琦，田長濤.水文纜道測流系統(tǒng)應(yīng)用分析［J］.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2019（22）：165-166.

作者：盛鐘銘 陳超 單位： 長江水利委員會水文局 長江中游水文水資源勘測局