引言
水资源是关乎国计民生的重要战略资源,做好水库的精细化管理刻不容缓。通过构建智能化物联网监测系统,可实现对小型水库的远程无线监视,掌握水位、雨量、泄洪等关键指标的实时动态,维护水库安全运行,提高管理科学化水平。

系统架构
小型水库智能监测系统的总体架构可划分为现场数据采集层、通信传输层和中心监控层三个部分。

现场数据采集层涵盖水位计、雨量计、泄洪设施等各类监测点。采集的水位、雨量、流量、视频等多维度数据,通过无线传输网络回传至中心监控端。通信传输层作为纽带,保障采集数据的及时、可靠传输。中心端则基于地理信息系统(GIS)、数据库等集成平台,实现对全部水库的集中管理和可视化应用。

现场采集层
1. 远程水位监测
典型的水库需要在水库大坝、溢洪道和回水区等关键位置部署远程监控水位计。图中所示的水位计采用水面波动扰动的测量原理,精度可达毫米级,可监测到水位的微小变化。

水位计一般包括探测仪和测量终端两部分,通过无线方式将采集数据传输至网关。通讯频段可采用免费的NB-IoT窄带物联网公网,也可使用专用的无线私网。

2. 雨量和流量监测
水库供水主要来源于流域及库区的降雨。因此在水库集水区至少需布设雨量计、流量计等水文监测设备,并对雨量数据和来水流量进行远程采集。

当雷达监测到大范围雨临之际,如果上游来流量骤增,系统就会相应预警水库管理员做好分洪准备,规避库区淹没的风险。

3. 视频监控
视频监控在水库安防方面具有重要作用。通过在水库大坝、进出口等重点区域布设高清网络摄像机,可实时掌握现场人员出入情况,防止违规操作或破坏性行为发生。

在大坝和溢洪道等防汛设施附近,也应当设置摄像机进行实时视频监控。一旦发现渗漏或溃口,就可立即采取应急预案,防止进一步扩大。

4. 环境监测
除上述主要监测点外,智能监测系统还将涵盖气象站、扬尘检测仪等其它对水库环境有影响的采集设备。环境因素与水库供水调度密切相关,一旦出现恶劣天气、大风沙尘等情况,就需要立即采取补救措施。

通信传输层
现场数据传输的核心设备就是图中所示的工业级无线路由器(CPE)。路由器支持GPRS/4G/5G/NB-IoT等多种无线通讯方式,处理能力强,可同时连接大量终端设备。

工业级设计使路由器拥有坚固的金属机身,电磁屏蔽性好,具备防水、防尘、抗冲击等能力,适合水库恶劣的无人值守环境。支持宽电压输入、电源冗余等特性,整体运行可靠稳定。

泵站等部分网络信号差的区域,则可利用路由器的组网功能通过组网主节点就近中继,扩展网络覆盖范围。如果遇到特殊区域彻底无网络信号,也可采用卫星通信等备用传输手段。

中心监控层
中心端将构建统一的水库安全监控平台,通过GIS系统可对全部水库的地理位置、管理状态实现集中可视化管理。平台上不仅可查看水位、雨量、视频等实时采集数据,还可对数据历史进行检索、分析、研判。

平台将对各类水情异常提供智能化预警,建立预警信号等级和响应阶梯。在管理员端将开通移动端APP和可视化大屏,方便实现报警监视和分级处置。

同时还将对所有现场采集设备进行状态监控,一旦发生通讯中断或数据异常,将立即报警并派人维修。如有设备需要软硬件升级,也可在平台上远程一键式完成升级操作。

结语
通过全面、智能化的物联网监测平台,我们将实现对小型水库的可视化、精细化管理和高效化决策。这既有利于节约人力成本,更有助于最大限度减少安全隐患,维护人民群众生命财产安全。

相信随着新一代物联网技术的不断成熟和产业化应用,这种智慧监测模式必将在水利、环境、气象等更多领域被广泛推广,为构建和谐社会贡献力量。