何锐

（柳州市自动化科学研究所，广西 柳州 545001）

【摘 要】文章阐述了水库自动化监测与安全预警信息化系统的设计和开发思路。系统运用自动化、计算机、互联网、3G通信、电子地图（GIS）等技术，实现水库视频监控、水位和雨量数据的自动采集，通过3G无线通信技术，把采集到的数据发送至水库监测管理中心，通过电子地图等形式把数据表征出来，自动进行分析统计和预警，给管理者提供科学的决策依据。

【关键词】水库安全；GIS；MapX；3G通信；水库视频监控

【中图分类号】TV697 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2016）03-0029-04

0 引言

水库作为一种具有防汛防洪抗旱、农业灌溉、供水、渔业等功能的重要水利建筑，大部分坐落在偏远山区，分布范围广、交通不便。目前，水库主要存在以下问题：①工程存在着不同程度的险患；②水库的位移、渗漏、水位、水质等没有实现自动信息的采集，全部靠人工观测，容易造成读数或观测不够准确，无法及时监控；③没有计算机信息化、网络化管理，没有建立水文、水库数据库，无法利用现代化技术对各个水库进行科学的管理；④各个水库分部广，距离远，工程技术人员有限，只能轮流查看各个水库，无法及时发现有病险的水库；⑤各个水库没有联网，无法将数据及时传送到水利信息中心，无法集中管理水库，信息未共享，无法为汛期的防洪调度工作提供科学有效的决策依据。近年来，极端灾害性天气事件呈频发多发态势，具体表现为暴雨多，降雨量特别大，历时较短，周期频繁，来势猛，使得水库安全受到了严重威胁。利用3G通信、GIS、自动化控制等技术，可以对水库水位、雨量、视频等关键数据自动实时采集，并对数据进行统计分析，为防洪调度、防灾应急指挥提供数据依据。因此，实现水库安全动态监控、科学高效管理，成为摆在我们面前的重要课题。

1 系统分析

1.1 开发工具选择

前台开发工具使用Powerbuilder10.5。数据库管理系统（DBMS）采用Microsoft的SQLServer2005中文企业版。

1.2 系统结构

该系统分为数据采集系统、视频监控系统、电子地图系统、信息化管理系统4个子系统。

系统结构图如图1所示。网络通信结构图如图2所示。

2 系统实现

2.1 数据采集系统

每个水库的放水塔分别安装雨量监测点和水位监测点。

（1）测量雨量采用翻斗式雨量计，计量翻斗翻动一次为0.5 mm降水量，计数翻斗翻转一次，则开关闭合一次，送出一个信号，根据一定间隔时间送出的信号计算得出降雨量。

（2）测量水位采用浮子式和压力式水位计，需要根据水库实际情况来选择水位计的类型。

浮子式水位计：它的原理是由浮子感应水位的升降，把浮子提供的转角量转换成增量电脉冲或二进制编码脉冲（格雷码），然后换算成实际的水位值。

投入式压力式水位计：投入式液位传感器的传感头投入被测液体内，基于所测液体静压与该液体的高度成比例的原理，将静压转换为电信号，再经过温度补偿和线性修正，转化成标准电信号，换算成水位值。

数据采集和远程传输由PLC、485转以太网串口转换器和3G路由器3个部分组成，PLC把采集到的雨量和水位值进行保存与处理，然后通过485接口与485转以太网串口转换器通信，最后由3G无线路由将数据由internet发送到服务器（如图3所示）。

2.2 视频监控系统

监控系统主要由摄像部分、远程传输部分组成。摄像部分包含彩色摄像一体机（含有三可变焦镜头）﹑室外全方位云台、防尘罩等；远程传输部分包含3G无线路由及3G无线上网卡等。摄像部分（前端设备）将获取的视频信息（光信号）转换为电信号，此信号经视频线缆将各组信号输出到指定的视频服务器上，再由视频服务器通过3G无线网络把视频图像传输到上位机。

系统接收上位机传送过来的水库视频数据，按2×2、3×3、4×4等画面分割模式来显示，每个视频画面可放大、缩小、变倍和聚焦、摄像头360°转动，视频画面可显示水库当前水位、雨量、库容等信息。还有水位预警警示灯，如有水库险情，警示灯会重复闪烁提示（如图4所示）。

2.3 电子地图系统

电子地图采用Mapinfo的MapX5。系統首先从数据库里的水库特性表获取基础信息（例如水库高程、经度和纬度），然后在电子地图上创建临时动画图层，在此图层上动态创建水库图元[1]。以下是部分实现代码。

（1）加载电子地图文件。

ole_map.object.GeoSet="maps/lz_map.gst"

（2）创建地图临时图层，动态创建的水库图元在此临时图层上。

//lyr，LayerInfo为图层变量

lyr=ole_map.object.Layers.Add（LayerInfo，1）

ole_map.object.Layers.AnimationLayer = lyr

（3）从数据库读取水库坐标（经纬度）来动态创建水库图元。

oleobjectlole_lyr，lole_ftr，lole_pt，lole_sty，lole_newftr

//ldbl_x和ldbl_y即水庫的X、Y坐标

lole_pt=Create OleObject

lole_pt.ConnectToNewObject（"Mapx.point.5"）//创建图元

lole_pt.Set（ldbl_x，ldbl_y） //设置图元坐标

lole_sty = Create OleObject

lole_sty.ConnectToNewObject（"Mapx.style.5"）

//创建图元风格

lole_ftr=ole_map.object.featurefactory.Create-

Symbol（lole_pt，lole_sty）

lole_newftr = lole_lyr.addfeature（lole_ftr）

lole_lyr.BeginAccess （1）

lole_newftr.update（） //更新圖层，显示创建的图元

lole_lyr.EndAccess （0）

（4）当水库水位超过水位报警定义的上、下限数值，触发timer事件，动态改变水库图元的大小和颜色，达到闪烁预警效果。

//lole_newftr为水库图元

//动态改变图元大小

lole_newftr.Style.SymbolFont.Size=10

//改变图元颜色

lole_newftr.Style.SymbolFontColor=rgb（255，

0，0）

//更新圖元

lole_newftr.update

当鼠标移动到或者单击水库图元时，打开水库信息属性窗口（以梯形截面图显示水位、库容、工程特性等信息）。

通过水库名称查询时，可直接定位水库在地图所在位置，然后打开水库属性窗口。

支持鹰眼功能，即提供地图缩略图，便于快速到达要查看的区域，让使用者更加清楚目前所浏览的区域在整个地图中所处的位置；地图具有可平滑放大、缩小、移动的功能[1]。

当水库发生险情时（例如超过警戒水位条件时），地图上对应的水库图元以重复闪烁的形式来预警（设置Timer，定时改变图元的样式和大小来达到闪烁提示效果；如图5所示）。

2.4 信息化管理系统

（1）水雨情数据接收。接收水库水位计和雨量计（精度为0.5 mm）发送的数据。原始数据先由PLC采取主动方式发送到服务器，然后再转发到客户端。

（2）水库信息浏览。用梯形图显示水库当前水位和当前库容；用标尺形式标识死水位、正常水位、超汛限水位、警戒水位。每一段水位标尺的颜色表示不同的警戒水位段，并可由用户根据实际情况自定义，水位到达水位标尺相应的区段时，显示对应的颜色。

（3）水位、雨量查询统计。提供多种统计查询方式查询水库历史水位和雨量变化曲线图，可以按分钟、小时、天、月、季度显示雨量历史曲线图，查看雨量变化趋势。

（4）水库报警提示。提供雨量和水位的实时报警功能，雨量和水位超过警戒区间时，可通过水位梯形图、电子地图或者视频监控界面以重复闪烁的图元来提示。

（5）水库特性表。登记水库的水库类型、工程概况、主要存在问题、枢纽水文特征、工程效益指标等信息，以备查询。

（6）预警设置。可以设置水库的水位区间报警上、下限数值，同时可以修改各个区间的报警颜色，设置是否在监控界面闪烁。

（7）安全管理。对系统用户进行添加、删除、编辑、权限分配管理。

（8）数据备份与恢复。对数据库进行备份和恢复，当系统运行崩溃或者异常时，可用备份恢复到数据库异常前的状态。

3 结语

目前，该系统已成功在广西柳州市的拉达、马步、三合、龙母、泗潍河、石头湾、铜鼓岭、大龙、峨侣、独山、安乐、吉兆、尧山13个大中型水库示范应用，实现了水库之间的信息联网和共享，水雨情数据的自动采集存储、预警和统计分析，为水利部门提供实时和直观的水情、工情图像信息，达到水库科学、高效管理的目的，确保了水库工程安全。该系统简洁易用，实施成本低，有良好的社会、经济效益和推广前景。

参 考 文 献

[1]柏宝华.基于MapX技术的地理信息系统的开发实例[M].北京：清华大学出版社，2009.

[2]王梅君.PowerBuilder基础类库技术详解[M].北京：电子工业出版社，2003.

[3]（美）Bob Beauchemin.SQLSERVER2005开发者指南[M].北京：清华大学出版社，2007.

[责任编辑：钟声贤]