水文纜道遠程在線控制系統設計應用

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摘要：介紹了一種水文纜道遠程在線控制系統，概述了系統的設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的結構布置在該水文站的實際應用情況。實際測流結果表明：運用該系統開展水文監測可實現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據采集，對保障非工作時間纜道站房的安全起到了一定作用。該系統能夠實現對多處水文情況的實時遠程監測、遠程采集測流數據并同步至網絡，優化了測站人力資源配置，有效提高了測流效率，為水文新儀器新設備的發展做出了積極探索。

關鍵詞：流量監測；水文纜道遠程在線監控系統；B/S架構；崇陽水文站；湖北

目前，河道流量監測普遍采用纜道鉛魚和流速儀，鉛魚由循環索懸吊在纜道之間，通過纜道電動絞車驅動鉛魚水平、垂直方向移動。通過鉛魚、流速儀監測獲取的河流水流信息，僅能傳輸到岸邊控制室進行顯示和存儲。現有水文纜道檢測系統無法實現對流速儀、鉛魚和攝像機的一體化監控和控制，導致傳統水文纜道控制系統的運用存在局限性，還使監測效率較低［1］。研發一種一體化在線控制系統十分必要。

1系統簡介

水文纜道遠程在線控制系統主要基于可編程邏輯控制（PLC）的modbus通訊協議經以太網絡通信，通過控制纜道變頻器和電機的運轉，如正反轉和轉速調整，最終實現鉛魚的前進、后退、上升、下降和速度的變化。該系統還可開發視頻監控功能，通過視頻監控服務器將監控畫面及其控制集成于web頁面中，并且通過串口RS-232協議轉換為以太口TCP/IP協議，實現ADCP數據的實時遠程一對二網絡傳輸。平臺集成了2種常用品牌的ADCP原始數據的解析、展示與。平臺采用Java語言、Vue框架和B/S架構，使用人員通過訪問平臺web頁面就可實現對各項功能的操控。該系統可實現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測效率，并擴大了監測系統的運用范圍。系統極大提高了測量人員遠程測流的可控性和便捷性，降低了系統后期維護的工作量和相關投入，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系統設計方案

2.1設計思路

該系統包括視頻采集單元、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流速儀的轉換接口。（3）控制中心。包括視頻服務器和云端服務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器和云端服務器模塊，還通過轉換接口連接計算機終端；云端服務器模塊采用B/S架構，能同時對多個現地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器，同時連接流速檢測單元和云端服務器模塊；視頻服務器連接云端服務器模塊。該單元還包括依次連接的交換機、VPN模塊及移動通訊模塊。移動通訊模塊將數據發送至公共網絡，鉛魚通過電動絞車驅動，ADCP流速儀所連接的轉換接口和NVR硬盤錄像機分別與交換機連接。測站內還設有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動電機。

2.2系統操作流程

ADCP流速儀檢測獲取的相關水文數據依次通過轉換接口、VPN模塊、移動通信模塊上傳至公共網絡。控制中心的計算機終端（安裝有ADCP軟件）經由VPN模塊和交換機訪問公共網絡，讀取檢測數據后，再傳輸至云端服務器模塊存儲，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器。控制中心的視頻服務器通過與云端服務器模塊聯通，使云端服務器模塊能通過控制視頻服務器遠程控制攝像頭。監控系統設置界面見圖1。現場測站內安裝有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，并經過移動通訊模塊與云端服務器模塊進行通信，以便通過云端服務器模塊控制纜道鉛魚的各項動作。

3系統應用

3.1系統設計結構

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，將該系統設計方案應用于崇陽水文站的實際水文測量中。圖2為系統設計結構示意。（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）。移動通訊模塊將數據發送至公共網絡，鉛魚通過電動絞車驅動，ADCP流速儀所連接的轉換接口和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器，由于流速檢測單元連接云端服務器模塊，視頻服務器還同時連接云端服務器模塊。（4）控制中心。包括視頻服務器（DH-DSS-C8100/5000）和云端服務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器和云端服務器模塊。控制中心的交換機上還有轉換接口連接計算機終端。測站內還設有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動電機。云端服務器模塊采用B/S架構，可同時對多個現地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換接口、VPN模塊、移動通信模塊上傳至公共網絡。控制中心的一套計算機終端（安裝有ADCP軟件）經由VPN模塊和交換機訪問公共網絡，讀取檢測數據后，再傳輸至云端服務器模塊存儲，供手機端和其他計算機終端進行訪問。按照2.2節的系統操作流程，通過與鉛魚連接的絞車及絞車驅動機構（絞車驅動電機）實現對鉛魚動作的控制，控制界面見圖3。云端服務器模塊采用B/S架構，可集成遠程監控系統的旋轉、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、下降以及變頻器調速等動作。同時，云端服務器對多個現地PAC控制器進行控制，能夠存儲和分析接收的數據。因此，只需打開網頁就可操控整個纜道以及現場攝像頭的動作，并通過控制中心將經處理的ADCP數據分析解析后，展示并于網絡，用戶無需下載客戶端即可實現網頁瀏覽。

4結語

該系統設計方案基于智慧水文、互聯網+水文的思路，對水文新儀器新設備的發展做出了積極探索。方案的推廣應用將對水文測量發展起到一定的推動作用。除B/S架構外，Html5技術的運用是未來發展趨勢之一，該技術可實現移動端和桌面端的自適應同步展示，以達到一個跨平臺跨系統同時實現多個應用場景的目標。纜道遠程在線控制系統可將Html5技術的應用作為其向移動端和桌面端同步自適應的B/S架構發展方向。

參考文獻：

［1］胡艷嬌，黃琦，田長濤.水文纜道測流系統應用分析［J］.科技創新與應用，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