水文缆道远程在线控制系统设计应用

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摘要：介绍了一种水文缆道远程在线控制系统，概述了系统的设计思路以及基本操作流程。以湖北赤壁崇阳水文站为例，简述了水文缆道远程在线控制系统的结构布置在该水文站的实际应用情况。实际测流结果表明：运用该系统开展水文监测可实现一个控制中心同时控制多个缆道测站，并可远程控制测流及数据采集，对保障非工作时间缆道站房的安全起到了一定作用。该系统能够实现对多处水文情况的实时远程监测、远程采集测流数据并同步至网络，优化了测站人力资源配置，有效提高了测流效率，为水文新仪器新设备的发展做出了积极探索。

关键词：流量监测；水文缆道远程在线监控系统；B/S架构；崇阳水文站；湖北

目前，河道流量监测普遍采用缆道铅鱼和流速仪，铅鱼由循环索悬吊在缆道之间，通过缆道电动绞车驱动铅鱼水平、垂直方向移动。通过铅鱼、流速仪监测获取的河流水流信息，仅能传输到岸边控制室进行显示和存储。现有水文缆道检测系统无法实现对流速仪、铅鱼和摄像机的一体化监控和控制，导致传统水文缆道控制系统的运用存在局限性，还使监测效率较低［1］。研发一种一体化在线控制系统十分必要。

1系统简介

水文缆道远程在线控制系统主要基于可编程逻辑控制（PLC）的modbus通讯协议经以太网络通信，通过控制缆道变频器和电机的运转，如正反转和转速调整，最终实现铅鱼的前进、后退、上升、下降和速度的变化。该系统还可开发视频监控功能，通过视频监控服务器将监控画面及其控制集成于web页面中，并且通过串口RS-232协议转换为以太口TCP/IP协议，实现ADCP数据的实时远程一对二网络传输。平台集成了2种常用品牌的ADCP原始数据的解析、展示与。平台采用Java语言、Vue框架和B/S架构，使用人员通过访问平台web页面就可实现对各项功能的操控。该系统可实现对流速检测和图像采集的一体式远程控制，提高了水文缆道的监测效率，并扩大了监测系统的运用范围。系统极大提高了测量人员远程测流的可控性和便捷性，降低了系统后期维护的工作量和相关投入，对于减少测流人员工作量、突破施测地域限制起到了积极作用。

2系统设计方案

2.1设计思路

该系统包括视频采集单元、流速检测单元、控制中心及通讯单元。（1）视频采集单元。包括在测站安装多个摄像头以及与摄像头连接的NVR硬盘录像机。（2）流速检测单元。包括悬吊在缆道上的铅鱼、安装在铅鱼上的ADCP流速仪和连接ADCP流速仪的转换接口。（3）控制中心。包括视频服务器和云端服务器模块以及交换机和VPN模块。VPN模块与交换机连接，交换机连接视频服务器和云端服务器模块，还通过转换接口连接计算机终端；云端服务器模块采用B/S架构，能同时对多个现地PAC控制器进行控制。（4）通讯单元。连接视频采集单元和视频服务器，同时连接流速检测单元和云端服务器模块；视频服务器连接云端服务器模块。该单元还包括依次连接的交换机、VPN模块及移动通讯模块。移动通讯模块将数据发送至公共网络，铅鱼通过电动绞车驱动，ADCP流速仪所连接的转换接口和NVR硬盘录像机分别与交换机连接。测站内还设有PAC控制器和与之连接的触摸屏。PAC控制器同时连接通讯单元的交换机和电动绞车的驱动电机。

2.2系统操作流程

ADCP流速仪检测获取的相关水文数据依次通过转换接口、VPN模块、移动通信模块上传至公共网络。控制中心的计算机终端（安装有ADCP软件）经由VPN模块和交换机访问公共网络，读取检测数据后，再传输至云端服务器模块存储，供手机端和其他计算机终端进行访问。测站的多个摄像头通过NVR硬盘录像机接入VPN模块，再通过5G传回控制中心的视频服务器。控制中心的视频服务器通过与云端服务器模块联通，使云端服务器模块能通过控制视频服务器远程控制摄像头。监控系统设置界面见图1。现场测站内安装有PAC控制器和触摸屏组成的缆道控制柜。PAC控制器通过RJ45接口连接VPN模块，并经过移动通讯模块与云端服务器模块进行通信，以便通过云端服务器模块控制缆道铅鱼的各项动作。

3系统应用

3.1系统设计结构

以长江水利委员会水文局长江中游水文水资源勘测局赤壁分局崇阳水文站为例，将该系统设计方案应用于崇阳水文站的实际水文测量中。图2为系统设计结构示意。（1）流速检测单元。包括悬吊在缆道上的铅鱼，ADCP流速仪（M9）以及与其相连接的转换接口（USR-N510）。（2）视频采集单元。包括多个摄像机（DH-IPC-HDBW4631（6）R-AS（S））以及与摄像头连接的NVR硬盘录像机（DH-NVR2104HS-HDS3）。（3）通讯单元。包括依次连接的交换机（华为S5700）、VPN模块（VPN-1100）及移动通讯模块（USR-G806）。移动通讯模块将数据发送至公共网络，铅鱼通过电动绞车驱动，ADCP流速仪所连接的转换接口和NVR硬盘录像机分别与交换机连接。通讯单元连接视频采集单元和视频服务器，由于流速检测单元连接云端服务器模块，视频服务器还同时连接云端服务器模块。（4）控制中心。包括视频服务器（DH-DSS-C8100/5000）和云端服务器模块以及交换机和VPN模块。VPN模块与交换机连接，交换机连接视频服务器和云端服务器模块。控制中心的交换机上还有转换接口连接计算机终端。测站内还设有PAC控制器（GM0101系列）和与之连接的触摸屏（NSD-HMI10-V1.0），PAC控制器同时连接通讯单元的交换机和电动绞车的驱动电机。云端服务器模块采用B/S架构，可同时对多个现地PAC控制器进行控制。

3.2实际操作流程

ADCP流速仪获取的水文信息依次通过转换接口、VPN模块、移动通信模块上传至公共网络。控制中心的一套计算机终端（安装有ADCP软件）经由VPN模块和交换机访问公共网络，读取检测数据后，再传输至云端服务器模块存储，供手机端和其他计算机终端进行访问。按照2.2节的系统操作流程，通过与铅鱼连接的绞车及绞车驱动机构（绞车驱动电机）实现对铅鱼动作的控制，控制界面见图3。云端服务器模块采用B/S架构，可集成远程监控系统的旋转、放大、缩小，变焦、对焦等各项功能和缆道铅鱼的前进、后退、上升、下降以及变频器调速等动作。同时，云端服务器对多个现地PAC控制器进行控制，能够存储和分析接收的数据。因此，只需打开网页就可操控整个缆道以及现场摄像头的动作，并通过控制中心将经处理的ADCP数据分析解析后，展示并于网络，用户无需下载客户端即可实现网页浏览。

4结语

该系统设计方案基于智慧水文、互联网+水文的思路，对水文新仪器新设备的发展做出了积极探索。方案的推广应用将对水文测量发展起到一定的推动作用。除B/S架构外，Html5技术的运用是未来发展趋势之一，该技术可实现移动端和桌面端的自适应同步展示，以达到一个跨平台跨系统同时实现多个应用场景的目标。缆道远程在线控制系统可将Html5技术的应用作为其向移动端和桌面端同步自适应的B/S架构发展方向。

参考文献：

［1］胡艳娇，黄琦，田长涛.水文缆道测流系统应用分析［J］.科技创新与应用，2019（22）：165-166.

作者：盛钟铭 陈超 单位： 长江水利委员会水文局 长江中游水文水资源勘测局