雷 磊，罗建勇，江 涛，霍春平，王 良，王 冲，王海峰

〔1.国网陕西省电力公司 电力科学研究院，陕西 西安 710100；2.国网(西安)环保技术中心有限公司，陕西 西安 710100； 3.国网陕西省电力公司，陕西 西安 710048；4.西安市水利水土保持工作总站，陕西 西安 710018； 5.西安理工大学 电气工程学院，陕西 西安 710048〕

水土保持监测是水土保持重要的基础工作。近些年来，国家不断推进生态文明建设和全面深化改革，印发了《水利部关于进一步深化“放管服”改革 全面加强水土保持监管的意见》(水保〔2019〕160号)、《全国水土保持信息化发展纲要(2008—2020年)》、《全国水土保持规划(2015—2030年)》，对水土保持监测与信息化提出了全新的任务和更高的要求，越来越多的新技术被应用于水土保持监测工作中。随着物联网技术的发展，将各类传感器、通信技术、智能分析模块等融入透传云平台，能够通过云端实现信息的远程化传递，提高资源调度效率，降低人工和产品成本[1-3]。基于此，国网陕西省电力公司电力科学研究院研发了一套基于有人透传云平台的水土保持在线监测管理系统。该系统能够将数据采集装置采集到的雨量、风向、风速、温湿度、PM2.5浓度、噪声、水土流失量和视频数据储存在主控模块里，通过4G路由器远程传输到透传云平台，再下载到PC端进行相应的处理和展示，从而及时掌握现场的环境数据和水土流失情况，对于地区水土流失监测预警具有重要意义。以国网陕西省电力公司电力科学研究院开发的西交大创新港生态监测系统(以下简称“创新港系统”)为例，介绍了该系统的基本功能和监测情况。

1 系统设计

1.1 系统框架

根据水土保持监测的总体要求，为了更好地对数据进行在线监测，设计了包含数据采集、传输及处理功能的基于有人透传云平台的水土保持在线监测管理系统，系统框架见图1。该系统设计通过传感器采集信息，将数据保存在本地的主控模块，再将数据无线远程传输到透传云平台并下载到各个PC端，最终通过终端水保信息管理系统进行数据分析。

图1 水土保持在线监测管理系统总体框架

1.2 有人透传云平台

为了降低开发难度、提高开发效率，水土保持在线监测管理系统设计采用了具有组态功能的面向物联网云平台——有人透传云平台。透传云是零编程快速实现远程监控的物联网云平台，不仅具备存储、计算、开放的优点，而且具有云服务器组态功能，可以有效降低用户开发和维护成本。透传云平台能够实现各设备之间、设备和上位机之间的互相通信。该系统选择有人透传云平台进行组态软件开发，实现了基于云平台的数据共享。

1.3 终端水保信息管理系统

基于有人透传云平台传输的数据，通过PC端的终端水保信息管理系统对数据进行处理、分析和展示。终端水保信息管理系统包括软件前端(用户界面)和软件后端(图2)。软件前端包括用户登录管理系统、数据下载、新闻管理、数据查看、文件上传、视频监控六大模块，每个模块包含众多下属子模块。通过用户登录管理系统模块可以对用户的注册、登录等信息进行管理；通过数据下载模块可以进入软件后端系统，对采集到的数据进行下载和修改；通过新闻管理模块可以在网页前端界面上查看工程相关新闻；通过数据查看模块可以进行数据的展示与查阅；通过文件上传模块可以上传需要展示的新闻和修正处理后的数据；通过视频监控模块可以远程接收监测现场的视频图像。

图2 终端水保信息管理系统功能示意

2 系统应用实例

以创新港系统为例，介绍系统的主要功能和应用情况。

2.1 系统软件功能

(1)系统登录界面。在用户登录管理系统中输入用户名和密码，点击“登录”按钮即可进入软件前端主界面。

(2)软件前端(用户界面)。软件前端(用户界面)下设用户登录管理系统、数据下载、新闻管理、数据查看、文件上传、视频监控等模块。其中，数据查看模块可对已下载的温度、降雨量、PM2.5浓度、风速风向、噪声、温度、土壤流失量数据进行处理，并选择不同的统计方式(年、月、日)进行展示，以便更好地反映数据变化。通过数据下载模块，可以跳转到软件后端。

(3)软件后端。在软件后端，可选择不同监测点、时间段数据进行下载、查看，既可以把现场的数据通过透传云平台下载到本地，又可以实时查看现场数据。

2.2 现场数据采集装置和数据采集模块

以输变电工程沿线某站点为例，为监测创新港建设过程中产生的水土流失及其对周边环境的影响，以及施工结束后的环境恢复情况，需要对施工现场的环境参数进行监测。因此，在施工场地周围安装了一套水土流失和气象数据监测硬件装置，包括雨量传感器、风向传感器、风速传感器、温湿度传感器、PM2.5传感器、噪声传感器、测钎传感器和视频监控装置等(图3)。

图3 输变电工程沿线某站点监测设施照片

数据采集模块的功能是定期或定时巡回采集各个物理量传感器监测得到的数据，通过RS485通信模块连接到专用的采集与控制主板，再将主板中的数据通过RS232通信接口连接无线传输装置，以特定的数据格式传送到无线传输模块，还可与计算机直接通信(图4)。该装置能通过太阳能光伏板发电提供电源，白天把多余的电能储存在蓄电池中，供夜间监测使用，保证24 h不间断监测。

图4 数据采集系统

2.3 应用实例

对系统现场监测到的输变电工程沿线某站点2020年10月的土壤流失量、温度、湿度、雨量、噪声和风速数据进行分析。该站点各监测指标均呈波动变化，其中：土壤流失量变化范围为-0.99～4.32 kg；最高温度15.3 ℃，最低温度7.5℃；平均降雨量0.44 mm，最大降雨量2.7 mm；风速变化范围为0.8～2.9 m/s，平均风速1.5 m/s；噪声变化范围为48～59.4 dB，平均噪声50.7 dB；PM2.5浓度变化范围为6.5～55.5 ug/m3，平均PM2.5浓度为27.3 ug/m3。

为了反映施工后主要气象因子对土壤流失量的影响，将土壤流失量与降雨量、风速进行趋势走向分析，见图5。可以看出，风速的增大及降雨量的增加都会导致土壤流失量的增加。结合现场视频监控，施工对现场地表造成破坏，因此在下雨或者刮风的时候很容易引发地表土壤流失，这直接反映出在工程建设初期施工区及周边面临着水土流失加剧的情况。通过系统远程的数据采集和视频监控，可以实时掌握施工现场的水土流失情况，并预警提示相关单位，为生产建设项目引发水土流失的治理与防护提供了支持。

图5 10月份某站点土壤流失量与降雨量、风速监测结果

3 结 语

国网陕西省电力公司电力科学研究院开发了一套基于有人透传云平台的水土保持在线监测管理系统，对该系统的软、硬件设备进行了介绍。目前，该系统已经成功应用于生态监测工程中，为输变电工程建设造成的水土流失和环境预警提供了数据支持。实践证明，该系统在提高生产建设项目水土保持监测工作效率方面具有重要作用。