山美水库水资源环境保护监控系统

1、山美水库水资源环境保护监控 系统山美水库水资源环境保护监控系统方案书泉州毅通信息科技股份有限公司二零一三年五月山美水库水资源环境保护监控系统第一部分、系统概述-1-1 .需求背景-1-2 .系统设计-1-第二部分、水库地理信息数据管理系统-2-1 .系统开发环境-2-2 .系统建设和应用基础-3 -3 .系统建设技术路线-5-第三部分、地质灾害预警系统-8-1 .系统设计-8-2 .系统目标-9-3 .总体架构-9-4 .系统组成-11-第四部分、水资源监测系统-21-1 .系统设计-21-2 .系统架构-21-3 .感知层设计-23-4 .网络层设计方案-24-5 .水文信息采集-24-第一

2、部分、系统概述1 .需求背景山美水库系晋江流域惟一一座集防洪、供水、灌溉、生态和发电等功能 为一体的大型水利枢纽工程，其库容6. 55亿立方米、流域面积1023平方公 里，是晋江下游三市一县五区400多万人口生产生活的主要水源地，为泉州 经济社会发展提供水资源支撑和保障。山美水库周边居民密集，库湾多岸线长，随着周边乡镇经济的发展，随 意倾倒渣土、直排污水、非法围垦、违章建房等现象逐渐增多，单靠人工巡 查和库区几个视频监控点很难及时发现水事违法、水质污染案件。山美水库辖区内有近4000亩森林，范围大、地形复杂，靠人工巡查很难 及时发现森林火灾。可参照北京的经验，利用北斗导航技术的地质灾害监测 预

3、警系统，实现对水库上游及周边地区进行全方位监测、监控，可以实时监 测水事违法、水质污染等事件，并及时发现地质灾害、森林火灾提前做好防 灾准备。对山美水库整个流域及辖区内近4000亩森林的实时有效监控，能有清楚 的监控图像，能看见倾倒渣土、直排污水、非法围垦、违章建房等水事违法 及水质污染事件的过程；能看见森林火灾时的烟雾或起火点的图像；实现对 山美水库整个流域及辖区内地质灾害监测预警全覆盖。2 .系统设计山美水库水资源环境保护监控系统的方案设计构想取得于地理信息系统、 全球定位系统、北斗卫星影集灾害遥感预警通信系统、网络传输技术等应用的 诸多便利，构筑空间传感器网络，息于一体的传感器系统等已成

4、为对地观测、 空间信息科学等领域的发展趋势之一，对防汛的灾情分析评估、水质多点智能 监测、流域地理空间监控等的实际应用。山美水库水资源环境保护监控系统的方案设计构想应实现山美水库水资源 环境保护监控管理的智能化和数字化，并对水质污染事件进行多点监测、流域 山美水库水资源环境保护监控系统地质灾害实时观测、森林防火全面监视，并对非法围垦、违章建房等水事违法 事件进行全覆盖预警等，可以实时评估水体污染和影响范围，实时监控大面积 泥石流、滑坡等山地灾害的影响范围。此外，还可根据北斗导航监测预警系统 资源卫星监测图象对水库水资源环境进行保护监控。还可以对水的混浊度、PH 值、含氮度等要素进行实时智能监测

5、，对污染源的位置作定性实时监测。实现山美水库水资源环境保护监控管理的智能化和数字化，能实时多点监 控水体污染和影响范围，实时监控大面积泥石流、山体滑坡等山地灾害的影响 范围，森林火灾的影响范围，周边乡镇居民倾倒垃圾、非法围垦、违章建房等 水事违法事件的影响范围进行预警监控。第二部分、水库地理信息数据管理系统水库地理信息数据管理系统数据，主要包括建立山美水库流域地理基础 空间数据库和资源专题数据库。地理基础空间数据库包括山美水库流域地形、 地貌、遥感影像等信息；资源专题数据库包括森林、地质、水体、非法围垦 和倾倒垃圾等信息。1.系统开发环境(l)GIS 服务器:ArcGIS Server 9.3

6、, ArcSDE(2)空间数据库：SQLSever2005(3)应用服务器：IIS(4)空间数据弓I擎：ArcSDE 9. 3 for Oracle 或 ArcSDE 9. 3 for SQLSever(5)操作系统：Windows XP(6)客户端：IE 浏览器，ArcGIS explorer(7)开发语言:.NET平台下C#(8)开发工具：AO, Microsoft Visual Studio 2005(9)硬件环境：服务器端CPU Core2 6600,硬盘250G,内存3G；客户端 支持浏览器的PC机。2.系统建设和应用基础2.1 数据基础水库地理信息数据资源包括基础地理数据、遥感数据

7、和专题数据两种资 源.它们是相辅相成的关系。数据库中除林业二类普查数据外，还需包括以 下数据：1 .基础地理数据基础地理数据是GIS系统的核心数据，是各种空间分析的基本对象。主 要包括为所有地理空间数据提供共同的坐标参考系的大地控制数据，交通数 据，行政境界数据，居民地数据，地名注记数据以及对应的属性数据，林业 现状图等。常用图层主要包括：道路图层、地名图层、高程图层、等高线图 层、河流图层、村委会图层、林业资源图层、小班图层等。2 .多源、多时相遥感数据对遥感数据进行数据处理，生成兼有高分辨率和多光谱信息的遥感影像， 提取林业信息、林业现状数据和制作三维模型。3 .专题地图主要是指各种林业专

8、题图和森林分类信息：林区三维影像模型图、火险 区划图、扑火设施配置体系（瞭望监测网。防火隔离带，防火道路，防火检查 站，物资储备库等）、通信配置体系、电力配置体系、林业资源战略规划、造 林工程、森林道路规划等。4 、DEM数据用于三维可视化以及用户的分析、量算。5 、DOM数据以航空遥感影像为数据源，以实测GPS点和DEM数据为纠正控制点，参 考精度符合要求的地形图或林业用地图，对航空拍摄数据进行几何校正，再 将校正后的数据进行配准、匀光匀色和标准图幅分幅，制作成真彩色的监测 区DOM和标准分幅DOMo数字正射影像图叠加专题信息之后，摆脱了传统专业线划图过于抽象， 非专业人员不易理解的局限，使

9、地表信息更加直观、内容更加丰富多彩，便 于林业部门对森林资源的管理和保护。2 . 2森林防火地理信息系统数据库建设系统数据库可采用Oracle+ArcSDE,也可采用SQLSever+ArcSDE数据库技 术。SQLSever+ArcSDE是目前世界上最成熟、最稳定的空间数据管理技术，也 是省、市级基础地理信息数据库工程建设的主流模式。根据本系统的实际应 用和具体要求，本项目中建议采用SQLSever+ArcSDE。在水库水资源环境保护监控系统中，主要存储两种类型的数据：基础地 理数据和水资源管理题数据。由于数据库中要包括大量的空间数据，所以要 求数据的存储空间足够大，一台服务器已不能很好的满

10、足需求，因此系统应 采用分布式数据库来实现数据的并行管理，以提高数据的存取效率，增强数 据的可靠性和可用性。建议山美水库水资源环境保护监控系统数据库建设采用标准的三层体系 结构，如下图所示：数据库三层体系结构图(1)数据层采用MSSQL关系型数据库系统和ArcSDE空间数据引擎，实现四川省森林 防火基础地理数据的高效存储和管理。(2)逻辑层(中间层)-4 -山美水库水资源环境保护监控系统通过ArcSDE空间数据引擎实现对空间数据的访问，基于ArcGIS Engine 和ArclMS技术构建空间信息综合应用开发平台，实现空间数据应用的业务逻 辑，如空间数据的表现和操作。(3)应用层在ArcGIS

11、 Engine和ArclMS的基础上，实现四川省森林防火基础地理数 据库的具体应用。3 .系统建设技术路线3.1 系统建设的主要内容该项目的建设内容主要包括以下几个方面：二类资源图片信息数字化、 编辑、查错等；对地形图进行扫描、裁边、纠正、配准等；对地形图上的主 要道路和河流等信息进行数字化和编码；森林防火基础设施分布情况数字化； 集成遥感数据；系统地图数据集成标准化；人员培训等工作。项目的具体实 施过程可分为以下几个步骤：1、统一规程规范采用国家统一的规程规范，使基础数据的采集、录入、更新、处理在统 一的框架下开展，以保证系统在科学、有序的状态下正常运行。同时，通过 规程规范，提高系统兼容性

12、，保证数据共享、资料共享、成果共享。2、建立森林资源基础数据平台主要包括基础地理信息库、遥感数据库、森林资源基础数据库和管理信 息数据库的建立和完善。在森林资源基础数据平台的建设中，以森林资源基 础数据库的建立为核心，以二类调查区划的小班为基本单位，建立地理信息、 遥感影像信息、资源属性信息的森林资源基础数据平台。同时，逐步将各地 森林资源管理，特别是与林业重点工程有关的森林资源管理(规划设计)数 据纳入森林资源基础数据库中，并通过系统相应的功能设计，在一定管理条 件的约束下，使各类森林资源基础数据做到及时更新，以保障系统为各级管 理部门提供及时、科学、客观的动态信息。使系统运行在丰富的森林资

13、源基 础数据基础之上。3、开发研制软件一 5 一山美水库水资源环境保护监控系统系统软件分为二大部分。一部分是围绕森林资源基础数据平台的建立、 运行、维护、使用、更新、管理及网络化所需的软件；另一部分是森林火灾 预防和应急管理所需的软件。选用先进的软件平台，按应用需求，研制开发 应用软件系统。软件研制开发以空间数据库技术、地理信息技术、网络传输 与数据交换技术为核心，以基础地理信息数据、遥感数据、森林资源调查、 监测等数据为基础，以各类数据的动态更新为保障，以简单易用为目标，开 发建立科学、适用、功能全面、实时变化的信息管理系统软件，为各级林业 主管部门提供信息查询、分析评价、辅助管理、辅助决策

14、等功能。4、建立安全完备的网络系统。充分利用计算机网络技术，在安全、高效、 节约的原则基础上，建立全省的森林资源管理信息网络系统。网络系统着重 实现数据的传输、交换功能，充分利用现有的网络资源，在保证安全性的基 础上，以分布式数据库技术、地理信息系统技术、权限管理技术等为主要手 段，实现数据的传输交换。并在此基础上，建立网络信息发布系统和网络信 息查询系统。3. 2系统建设的技术路线系统建设的目标从应用层次上为二部分。一部分为森林资源基础数据平 台，着重解决相关部门对相关地理信息、资源信息基础数据管理和更新以及 防火设施、防火队伍和防火档案的管理和应用等问题；另一部分为火灾应急 管理信息系统，

15、主要用于森林火灾发生过程中的扑救现场指挥，着重提高林 业防火管理的现代化水平。系统提供对全要素的林相图、地形图、防火专题图等数字地图的信息查 询和管理。通过火点定位、火情查询实现森林火灾的快速定位，林相、地形、 防火信息快速查询及灾后损失评估功能，并能结合全球GPS或国产双星定位 系统，实时接收扑火队伍GPS经纬度数据，监视行进路线，或是圈定火场范 围，及时统计火灾损失。同时提供标绘工具配合扑火队伍的指挥，为领导进 行防火指挥提供辅助决策。4. 3系统功能模块系统功能主要包括以下几个部分:1 .全面的道路信息，随时可查到各种等级的道路；2 .各种防火设施如扑火队伍，防火塔等专题图的分布，各种设

16、施的快捷 查询，为防火指挥决策起到良好的作用。3 .通过了望塔或是经纬度火情报告，精确的确定火点位置，快速的查找 周围的最近的扑火队伍，附近的道路情况和林相信息，可以制定相应的扑火 方案。4 .快速生成任意范围的三维图形，飞行，旋转，高程查询，渲染等多种 手段，使得领导者能够足不出户就能对灾情准确及时指挥。5 .配合GPS卫星定位，可以更加方便的掌握扑火队伍情况。SX-65X30SX-3SX-1G 乂 一25x205X192x105X11sxl.2 sxL3sx-4 5X26 s-xlO、sx-7ex-9 sx21森林火灾卫星监测及应急疏散指挥示意图在系统的建设中，将采取软件集中研建，数据分级

17、负责，建设分步实施 的方式进行：1 .应用遥感技术（RS）、地理信息系统技术（GIS）、全球定位系统（GPS）、 数据库技术（DBMS）和网络技术（WEB）等，在国家基础地理框架和基础地理 信息支持下，以森林资源一类、二类和其他专项普查、调查数据为基础，建 立森林防火与检测平台。为各部门信息化建设提供公共数据平台。2 .选用适宜的软件平台进行二次开发，实现对小班的遥感影像、矢量地 形图、栅格地形图、矢量小班信息的集成管理。3 .采用各种先进实用的软件技术，在森林资源基础数据平台的基础上， 开发森林防火管理与检测系统。-8 -山美水库水资源环境保护监控系统4 .充分应用各类信息，结合林政管理信息

18、系统及其它信息系统的运行成 果，采用科学的方法实现对森林资源基础数据高效的实时更新和森利火灾的 准确预测与监控。根据项目需求和实际应用要求，系统应分为以下两个主要功能模块：森 林防火综合地理信息查询、管理与林火预测模块和火灾应急指挥扑救模块和 灾后损失评估模块。第三部分、地质灾害预警系统1 .系统设计突发性滑坡、崩塌、泥石流是我国最严重的地质灾害类型，因其发生时 间短、隐蔽性强、破坏性大，极易造成重大人员伤亡和巨大经济损失。据不 完全统计，近10年来，因滑坡、崩塌、泥石流造成死亡和失踪的人员每年平 均约1000人，造成直接经济损失年均38. 6亿元。5.12汶川特大地震引起的 滑坡、崩塌、泥石

19、流造成大量人员伤亡和失踪。据现场调查统计，地震区地 质灾害类型以滑坡为主，其次为崩塌和泥石流。四川、甘肃和陕西等省地震 区84个县（市、区）发现重大地质灾害点8439处，其中，滑坡4372处，崩塌 2309处，泥石流515处，威胁109万人的生命安全。长期以来，我国建立的群测群防网络基本上覆盖了全国山区丘陵县市， 每年有效避灾上千起。然而，现有监测手段大多采用人工收集方式，技术方 案存在数据收集不及时，信息覆盖面不足的缺点。即使现有的野外自动监测， 也仅限于少数几个独立的示范区，且区内监测设备没有成网，没有形成一个 实时动态监测体系，难以满足滑坡泥石流快速预警和突发应急处置的需求。无线传感器网

20、络技术延伸了传感器的感知触角，实现对目标状态信息的 非接触传递、实时监测、协作处理、本地化决策，以及与互联网和移动通信 网的泛在接入，大大提高了信息采集的实时性、可靠性和灵活性。以传感器 网络技术为基础，结合宽带移动通信技术，选择不同地质环境背景、不同气 候条件的地质灾害监测示范区建设，解决滑坡泥石流监测预警的关键技术， 建立监测预警信息系统，获取实时动态监测数据，建立滑坡泥石流的预测模山美水库水资源环境保护监控系统 型，及时捕捉重大滑坡泥石流的前兆信息，为灾害防治提供技术支撑，保障 国民经济稳定健康发展。2 .系统目标本系统针对山美水库地质灾害防治工作的现实需求，将无线传感器网络、 宽带移动

21、通信技术与滑坡泥石流监测预警技术相结合，开展应用示范和产业 化建设，使我国地质灾害野外监测技术和预警方法取得突破性进展，达到国 际领先水平，为我国地质灾害监测预警网络体系建设和应用推广提供技术支 撑。1 .针对滑坡泥石流监测、预警、应急处置的特点，提供长期监测和应急 通信网络体系结构、自组织网络协议及节点级系统软件；2 .面向滑坡泥石流灾害处置的应用需求，定制开发小型化、低功耗、高 可靠传感器网络节点级关键技术，接入移动通信网络的系列网关设备；3 .提供基于2G/3GE技术的多媒体信息汇聚宽带无线传输技术及研制相 应设备，并为多媒体应急通信指挥系统提供技术支持；4 .提供滑坡泥石流监测新型传感

22、器设备，滑坡泥石流监测预警系统和应 急条件下的无线宽带多媒体监控系统，为灾害的预警和应急处置提供支持。3 .总体架构监测地质灾害的传感器节点构成一个异构的网络。雨量传感器、土壤含 水率传感器、地表裂缝传感器、深部位移传感器产生的数据量小，且数据不 是时刻变化的；而次声传感器、GPS设备与视频传感器产生的数据量大。为了 在满足数据要求的条件下更好的利用带宽资源，拟采用低速率与高速率传感 器节点共存的异构网络体系结构。雨量传感器、土壤含水率传感器、地表裂 缝传感器、深部位移传感器采用低速率网络传输协议；地声传感器、GPS设备 与视频传感器采用高速率宽带网络传输协议。-10 -山美水库水资源环境保护

23、监控系统图4-2长期监测网络体系结构示意图在实际应用中，单个传感器网络的网络规模直接影响网络容量的提升， 故将传感器网络设计为三层的MESH网络。第一层为使用ZigBee协议的低速率探测传感器网络。网络中的各种探测 传感器节点与中继节点通过自组织成网的方式形成最底层的传感器监测网。 协议的自组织性主要体现在，传感器节点故障时的网络快速愈合能力和新的 节点增加部署时的快速组网能力。拟采用带有快速邻居发现与更新的自组织 网络协议，实现预期的目标。第二层为汇聚网关层，使用WiFi进行数据的传输,该层包括ZigBee-WiFi 网关、WiFi中继节点、2G/3G网关与大数据量的音视频传感器节点、GPS

24、传感 器节点和地声传感器节点。探测传感网络中的数据可以通过任一个 ZigBee-WiFi网关接入汇聚网关层，通过在汇聚网络中中继到达某一 2G/3G 网关，2G/3G网关具有WiFi到2G/3G的网关功能，能够将使用WiFi汇聚到的 数据通过2G/3G网络发送到监测中心。为了满足大数据量的传感器设备如音 视频传感器等的数据速率要求，也将他们放入到汇聚网关层，他们可以以单 跳或多跳的方式将数据传送至2G/3G网络中。第三层为2G/3G网络与地质灾害监测中心站。为了更好的利用移动通信 基础设施，本系统拟使用2G/3G网络与远程地质灾害监测中心站进行数据交 换。2G/3G网络具有覆盖范围广、数据传输

25、率高的特点。使用2G/3G网络可以 基本满足当前的监测传感器与多媒体数据的传输需求，并可以大大降低研发 和部署成本。对于地质灾害监测的汇集传输是一个很好的选择。4 .系统组成系统拟搭建在室内，首先需要模拟野外的土壤环境，由于常见的地质灾 害多由降雨而引发，因此还需要进行降雨的模拟。因此系统由以下及部分组 成：模拟土壤环境、人工降雨系统、地质灾害监测传感器、传感器网组件、 后台软件系统。现分别进行说明。4.1 .地质灾害监测传感器地质灾害监测传感器包含了对常见的滑坡、泥石流等地质灾害的全方位 的监测，主要包括：雨量传感器、土壤含水率传感器、地表裂缝传感器、深 部位移传感器、孔隙水压力计以及次声监

26、测单元等传感器。下面分别进行说 明。4.2 孔隙水压力传感器孔隙水压力传感器组件是孔隙水压力观测的传感器，包含传感器本体、 激振模块、测频模块，适用于测压管中水压、水位的测定、回填或原位孔隙 水压力的测定、扬压力的测定、水位或容器中流体压力的测定，抗干扰能力 强、长期稳定、密封可靠。性能参数：(1)量程：(0-) 0.2. OMPa 可选；(2)分辨率：0. 15%F. S (其余量程)；(3)不重复度：0. 5%F. S；(4)综合误差：1%F.S;(5)工作温度：0-705 . 3 土壤温湿度水分传感器土壤温湿度水分传感器组件是将温度和湿度测量元件集于一体观测的传 感器，每套产品包含数只传

27、感器本体和一个高精度A/D采集卡，采用TDR (时 域反射)原理，适用于土壤容积环境的测量，采用环保材料，全密封设计， 经久耐用。性能参数：(1)湿度：测量参数：土壤容积含水量单 位：% (m3/m3)量 程：。100% (m3/m3)精 度：050% (m3/m3)范围内为±2% (m3/m3)测量区域：90%的影响在以中央探针为中心直径3cm、高6cm的圆柱体内稳定时间：通电后约1秒响应时间：响应在1秒内进入稳态过程工作电压：12V DC工作电流：50 mA输出信号：420mA标准电流环密封材料：ABS工程塑料探针材料：不锈钢遥测距离：小于200米整体尺寸：直径：50mm)全长：

28、200mm,探针长度：70mm(2)温 度：量 程：一2 08 0 C精 度：±0.2t4. 4固定式测斜仪固定式测斜仪(俗称测斜探头)是用于路基、边坡等的地下深部形变、 位移测量的实时监测仪器。固定式测斜探头组安装在专用测斜管内(同移动 式测斜仪)，横跨有变形(相对位移)的区域。其测量原理是：地层/结构物 移动变形引起测斜管变形，测量探头通过敏感自身的斜度(倾角)的变化来 解算出测斜管在预定方位上的形变量，多个测量探头组合安装可以获得沿测 斜管的挠度变形剖面图。性能参数：(1)标准量程：±50° (垂直)；(2)分辨率：优于 8 角秒(±0. 02mm

29、/500mll1)；(3)测量精度(符合度)：优于±0.1%F.S；(4)重复性(不重复度)：优于±0.05%F.S；(5)耐水压：IMPa (100m水深无泄漏)；(6)适用测斜管内径：056-072mm；(7)工作温度范围：-20'C50C。4. 5裂缝位移计裂缝位移计是为适应滑坡地表裂缝监测开发的大量程裂缝位移计，基于 拉绳式位移传感器开发，具有量程大、低功耗、可埋设安装等特点。性能参数:(1)有效量程：0mm 1000mm；(2)分辨力：0.5mm；(3)测量精度：优于05%FS；(4)工作温度范围：-20C50C；4. 6 土压力传感器组件土压力计组件是使

30、测量土压力的传感器，以钢弦作为传感元件，以连续 激振的工作方式进行测量，适用于房屋基础、挡土结构、水坝、隧道等的长 期观测，包含传感器本体、激振模块、测频模块，抗干扰能力强、长期稳定、 密封可靠。性能参数：(1) 量程：(0-) 0. 1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.8, 1.0, 1.5, 2.0, 3.0, 5.0, 10. OMPa 可选；(2)分辨率:0. 2%F. S (0.1, 0. 2MPa) ; 0.15%F. S (其余量程)；(3)不重复度：0. 5%F. S；(4)综合误差：1%F.S;(5)工作温度：0-70'Co4.7次声监测单元泥

31、石流在形成和运动过程的声发射信号中有次声成份，这种次声成份为 有确定的时域和频域特性的信号，几乎不衰减且约等于声速，以空气为介质 传递。次声监测单元能在泥石流到达前率先捕捉到它的次声信号，可以提前 报警。次声监测单元是一个独立的监测单元，连续通电工作，实时监测附近 的次声信号，每隔3-5分钟上报一次数据，不具备远程设置的功能，需事先 在下位机设置好IP地址、端口号。监控中心收到数据后，进行分析处理，达 到按经验设定好的报警阈值时，自动发出报警信息，并通过短信通知相关人 员。性能参数：(1)传感器灵敏度约50mV/Pa；(2)数据采样频率50Hz-100Hz；(3)存储卡容量：512M,可存储9

32、0小时数据；(4)功耗：4W；(5) 额定电压：AC220V/50Hz/DC±12V；(6) 工作电压 AC176-264V, 40-60Hz, DC10V-15V。4. 8 土壤PH传感器土壤PH传感器主要用于长期监测土壤PH值的变化，采集的数据通过无 线的方式传输到控制端，以利于时时了解土质的变化情况及实施保护措施。性能参数：(1)测量范围；0-14PH(2)温度范围；0-80°(3)零电位 PH 值；7±0. 25PH(4)斜率；295%(5)相应时间；W10秒(6)精度；±0.02PH(7)输出；±1999mV, 25°时一个

33、PH单位对应于59. 16mV5. 9视频摄像头摄像头采用海康的机械驱动的云台摄像头，可以通过控制程序调节摄像 头拍摄的角度和距离，最终将视频数据传输到指控中心。指控中心的视频服 务器实时存储每个摄像头采集到的数据，以供如后分析。视屏模块方案采用国内安防产品提供商海康威视的4寸网络高速智能球 机。主要特性有：(1)系统功能： 采用i/r索尼高性能ccd,图像清晰 精密电机驱动，反应灵敏，运转平稳，精度偏差少于o.i度，在任何 速度下图像无抖动 支持RS-485控制下对HIKVISION、Pelco-P/D协议的自动识别 支持三维智能定位功能，配合DVR和客户端软件可实现点击跟踪和放 大 支持多

34、语言菜单及操作提示功能，用户界面友好 支持数据断电不丢失 支持断电状态记忆功能，上电后自动回到断电前的云台和镜头状态支持光纤模块接入 支持内置温度感应器，可显示机内温度 支持防雷、防浪涌、防突波功能 室外球达到IP66防护等级 支持3D数字降噪 支持定时任务预置点/花样扫描/巡航扫描/水平扫描/垂直扫描/随机 扫描/帧扫描/全景扫描等功能(2)机芯功能： 支持自动光圈、自动聚焦、自动白平衡、背光补偿和低照度(彩色/黑 白)自动/手动转换功能，宽动态功能可选 支持隐私屏蔽(3)云台功能： 水平方向360°连续旋转，垂直方向-5° -185° ,无监视盲区 水平预置点

35、速度最高可达150° /s,垂直预置点速度最高可达100° /s 水平键控速度为0.1°150。/s,垂直键控速度为0.1°100° /s 支持256个预置位，并具有预置点视频冻结功能 支持8条巡航扫描，每条可添加32个预置点 支持4条花样扫描，每条路径记录时间大于10分钟 支持比例变倍功能，旋转速度可以根据镜头变倍倍数自动调整 支持守望功能，预置点/花样扫描/巡航扫描/水平扫描/垂直扫描/随 机扫描/帧扫描/全景扫描可在空闲状态停留指定时间后自动调用(包括上电 后进入的空闲状态) 支持报警功能，内置2路报警输入(7路可选)和2路报警输出，支

36、持报警联动，可在报警后触发调用预置点/巡航扫描/花样扫描/SD卡录像/触 发开关量输出/客户端电子地图(4)网络功能： 采用H. 264视频压缩算法和TI高性价比的最新达芬奇处理芯片和平 台，性能可靠稳定 支持以太网控制，同时支持模拟接入 可通过IE浏览器和客户端软件观看图像并实现控制 支持SDHC卡和标准的SD卡存储 支持三级用户权限管理 支持双码流技术 支持多种网络协议，TCP/IP、HTTP、DHCP、DNS、RTP/RTCP、PPPoE(FTP、 SMTP、NTP、SNMP 可添加)支持1路音频输入和1路音频输出(5)应用场景可广泛应用于需要大范围监控的场所，如:河流、森林、公路、铁路

37、、机 场、港口、岗哨、广场、公园、景区、街道、车站、大型场馆、小区外围等 场所。(6)外形尺寸(单位:皿)4. 10传感网组件传感网组件由Zigbee低功耗节点I0T-N0DE2530和WiFi中高速率节点兼 网关I0T-ARM9组成，具体介绍如下：1）、Zigbee 低功耗节点 IOT-NODE2530I0T-N0DE2530开发套件是一款功能强大的2. 4G无线传感网络(WSN)开 发套件，它提供了功能齐全的WSN节点I0T-N0DE2530、全面支持ZigBee 2007 Pro的无线通信协议栈和WSN可视化软件。套件还提供了通用TICC系列芯片 编程器和相关使用说明。I0T-N0DE2

38、530节点基于TI SOC芯片CC2530,该芯 片射频部分采用TI公司第二代IEEE 802. 15. 4射频芯片CC2520,容量达256KB 的低功耗FLASH存储器。整个系统采用了标准尺寸的接口插针，可以实现按 照不同的应用需求进行扩展。性能参数：(1) CC2530F256：增强型8位的8051处理器(2) 芯片闪存：256kB Flash、8kB 内部 SRAM(3)工作电压：2.0V3.6V(4)工作频率：2.4GHz(5)低功耗：具有四种低功耗工作模式，最低功耗模式下工作时仅0. 4 U A的流耗，外部中断能唤醒系统(6)传输速率：250Kbps(7)可编程的输出功率高达4.5

39、dBm(8)节点开关：1个电源选择开关；(9)供电方式：2节5号电池供电，USB供电以及外接电源供电；-19 -山美水库水资源环境保护监控系统(10)接口： 1个RS232接口； 10针JTAG插座；外扩I/O 口； 1个两节 电池盒；1个SMA天线座；2)、WiFi中高速率节点IOT-ARM9I0T-ARM9开发套件是一个基于NXP LPC3250 ARM9微处理器的无线软硬件 平台，采用模块化的设计理念开发，注重稳定性与可靠性。它极大地简化了 用户的开发过程，降低了开发成本和设计风险。开发平台除了集成SPI WiFi (符合802. llb/g标准)和CC1000之外，还支持外扩USB商用

40、摄像头、商用USB WiFi网卡、WCDMA 3G模块，方便用户进行各种无线通信开发。此外，平 台还配备了 7个TTL 10 口、1个USB 2.0接口、1个SD卡座、1个LCD接口、 2个UART接口与1个JTAG连接器，可以方便地实现硬件扩展。性能参数：(1)处理器：NXP LPC3250微处理器，工作主频可高达266MHz(3) 开发平台集成 64MB SDRAM、256MB Nand Flash. 2MB Nor Flash、 2MB SPI Flash(3)支持NandFlash、NorFlash,支持网络、USB和SD接口下载烧写 内核和文件系统(4) TFT-6862 3. 5

41、寸液晶屏，像素为 320X240(5)集成CC1000通信芯片及433M天线(6)集成SPIWiFi通信模块，可选USBWiFi和WCDMA 3G通信模块-20 -山美水库水资源环境保护监控系统(7) 32. 768KHz RTC 实时时钟(8)通过USB连接PC摄像头和以太网口连接高清云台摄像头(可选)(9) 1个USB0TG2.0接口，mini-B连接器，ESD保护，1个SD卡座, 2个UART接口(10) 1个电源指示灯，1个可编程指示灯，1个无线网卡模块通信指示 灯，4个用户级LED灯(11)工作温度：-20+70(12)工作湿度：090%,无冷凝-31 -第四部分、水资源监测系统1

42、.系统设计水利信息化综合体系中，应用系统以水资源管理、农村水利信息管理 等水利部提出的八大重点工程为核心，服务于各种水利业务管理；信息化基 础设施不仅包括水利应用系统赖以存在的网络硬件平台，还包括水利基础信 息采集点、水利通信骨干网络的建设。我国水利信息化还基本处于基础设施 完善和业务应用初步建设的阶段，为加快水利行业信息化的进程，需要更广 泛、有效地运用高新科技，结合水利行业的业务特点，尤是近期如火如荼的 物联网相关技术。水利物联网解决方案立足水利行业信息化的发展。通过提供灌区信息 化管理系统、水资源管理系统、水利通信与自动化系统等，对水文、水质、 闸门等实时信息的采集、传输、处理加工和应用

43、，切实提高水利行业管理的 综合能力和管理水平，实现向动态管理、精细管理、定量管理和科学管理的 转变。2 .系统架构水利物联网管理系统采用流量监测设备、水质检测设备和视频监测设备 等,对水流量、水质、视频信息等进行实时采集，以标准工业电信号上报 综合信息化采集器，接入到中国移动TD-SCDMA网络或者中国联通的3G网络。 综合信息采集器采用多路A/D复用传感器采集通道，可外接多路模拟量、 数字量传感器探头，提供水质检测仪协议转换和数据量转换，提供视频模拟 信号转换数据信号（H.264）,最终将视频信号、水质监测信号和水量监测信 号合并上传。为保证设备可靠运行，需要提供完善的室外环境适应设计，如

44、摄像机及水质检测仪需安装于野外环境中，其余设备均安装于室外设备箱体 内。箱体设计应充分考虑防潮、防雨、防雷击、高低温工作环境等因素。在供电系统成熟区域，电源采集可直接从动力配电室引出，只需布设电源线缆 进行接入；在不具备供电系统的区域，采用太阳能板供电，这样使用寿命长、 性能稳定、维护费用较低。（水利物联网管理系统方案架构图）本系统由感知层、网络层、应用层组成。其中，感知层包括：水文传 感器（水温、流量、流速、PH值等）、管道传感器（水压、流量等）、水利 设备标识（RFID标签、一维码标签等）、视频摄像头、采集节点等。网络层 包括：节点间的ZigBee网络、wifi网络、3G网络、GPRS网络

45、等。应用层包 括：设备管理系统、监控系统、WEB服务系统等。水利物联网实验室侧重于将复杂的系统，通过简单的设备和原理展现出 来，有利益学生对物联网技术的认识，并且提供了广泛的接口，方便进行二 次开发和进行深入研究。在学生培养方面，实现了从简到繁的渐进学习；在 开发方面，实现了可调可控，易于开发的友好环境；在产业应用方面，通过 对模块化的操作，便于在工业应用中集成；在科研方面，通过物联网实验室 的基础设备，可凭借平台申请相关项目，并且在平台上进一步进行科学研究。3 .感知层设计感知层节点负责着信息采集，信息采集节点采用多路A/D复用传感器 采集通道，可外接多路模拟量、数字量传感器探头，提供水质检

46、测仪协议转 换和数据量转换。将数据通过无线或者有线方式传输出去。视频模拟信号转 换数据信号（H. 264）,最终将视频信号、水质监测信号和水量监测信号合并 上传。信息采集节点由三个主要模块组成：低功耗芯片组模块，传感器接口模 块和电源模块。其中，低功耗芯片组模块包括了处理器、射频模块以及低功耗管理模块, 低功耗的一体化设计成可以对芯片进行修改以适应低功耗要求。通过设置低 功耗管理模块，可以对处理器和射频模块的功耗进行统一的管理，进而使得 对功耗的管理更具有灵活性。通过设置传感器接口模块，增加了节点设备的灵活性。通过配置不同的 传感器接口模块，可以使节点设备匹配不同类型的传感器，从而以非常小的

47、代价提供非常高的灵活性。另外，通过设计接口模块，可以使节点连接多种 类型的传感器。电源模块为低功耗芯片组模块和传感器接口模块提供电能支持。电源模 块由电源采集模块、电源控制模块以及电源存储模块组成。由于设备工作在 野外，无法获得稳定的有线电源，因此考虑采用太阳能，而电源采集模块负 责能量的采集。由于太阳能受时间和天气等外界因素的影响比较大，因此设 置电源存储模块，将采集的能量存储起来，供无法获得太阳能的时候使用。 电源控制模块负责整个电源模块的管理。信息采集节点设备组成4 .网络层设计方案由于传感器网络节点的通信能力较弱，相隔一定距离的传感器节点之间 不能实现直接通信，而为了能够将传感的数据及

48、时有效的发送出去，整个传 感器网络必须要能够连接成一个能互连互通的网络，因此，传感器网络网关 必不可少。传感器网络网关在传感器网络中的作用相当于桥梁，可以将彼此 间相互独立的信息区域连接起来。无线传感器网络必须面临复杂的环境，必 须通过各种不同的高低速率的无线协议的合作才能准确的获取监测地区的准 确数据。因此，网关设备必须能够处理各种不同协议之间的数据转发。5 .水文信息采集水利信息化是国家信息化建设的重要组成部分，它是指充分利用现代信 息技术，深入开发和广泛利用水利信息资源，实现水利信息采集、传输、处 理和服务的网络化与智能化，全面提长水利事业各项活动的效率和效能的历 史过程。水文信息包括了

49、所有描述水体天然和人为影响等各类要素，是水利 信息中最重要、最活跃的部分，是水利信息资源的主体之一。5.1 传感器传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息, 并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信 号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、 处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自 动检测和自动控制的首要环节。在水利物联网中，传感器多种多样，可采集水文、水质等信息，以及水 利的其他物理信息，例如：水位、水压、流速、流量、PH值等。1）、水位传感器水位传感器提供高精度的水位测量，应用范围广，包括一些恶劣的环境。 自带动态温度补偿系统，在很宽的温度范围仍具有较高的测量精度。它适

50、用 于数据记录器、遥测、监测设备。由一个固态沉入式压力变换器组成，压力 变换器封装在一个20mm直径的不锈钢外壳内。配有模制防风雨电缆和2芯线 4-20mA信号输出，用于连接到监测装置。压力范围：0-1, 5, 10, 20, 40, 75, 152 米（可选）精度：±0.1%满量程（恒温）输出：4-20mA或0. 5-2.5VDC（取样电阻125欧姆）电源电压：8-36VDC工作温度：-40+852）、水压传感器水压传感器采用扩散硅进口芯片，电路采用信号隔离放大，截频干扰设 计（抗干扰能力强，防雷击）过压保护，限流保护，抗冲击，防腐等。316 不锈钢全封焊，结构小巧、紧凑，有良好的

51、防潮能力和优异的介质兼容性。 压力传感器是在单晶硅片上扩散上一个惠斯通电桥，电压阻效应是桥壁电阻 值发生变化，产生一个差动电压信号。此信号经专用放大器，再经电压电流 变换，将量程相对应的信号转化成标准420mA/05VDC/（nOVDC信号。量程：-0. 100. OOriOOMPa （中间量程任选）综合精度：0. 2%FS压力类型：负压、绝压、表压、密封压（绝压加140）（可选测量介质：气体液体输出信号：420mA供电电压：1236VDC介质温度：-4085 C环境温度：常温-4085C零点温漂移：±0.01%FS/C量程温度漂移：土0.01%FS/C补偿温度：070c安全过载：1

52、50%FS极限过载：200%FS防护等级：IP65采样频率：w 2nls3）、水温传感器水温传感器是一个坚固耐用的水样温度测量器件。探 头与7.6米船舶级电缆塑压连接，采用2线制，电子部件 全部由船舶级环氧树脂封装。输出：4-20mA测量范围：-50+50 C精度：±0.1C工作电压：10-36VDC工作温度：-50+100C4）、PH传感器pH传感器坚固耐用、值得信赖。配备7. 6米的船舶级电缆，电缆长度可 根据需要调整。pH传感器输出是3线配置的4-20mA,使用船舶级环氧树脂将 电子部件完全封装在不锈钢外壳里。pH值传感器还使用了可拆卸的防护罩、 可更换的pH电极，易于维护。输

53、出：4-20mA测量范围：0-14 pH精度：2%满量程工作电压：10-36 VDC工作温度：-5-+55 5）、电导率传感器电导率传感器使用4级电极测量技术，提供大量程的电导率和温度的准 确读数。由于离子溶液的电导率随温度升高而增加，因此内置温度传感器， 相对标准25C,提供2%/C的自动温度补偿。内置接口模块把数字电导率和 温度数据转为2股独立的4-20mA信号，分别连接数据记录器和可编程逻辑控 制器（PLC）设备。测量范围：。-200PS/cm, 200-2000MS/cm, 2-20mS/cm, 20-200mS/cm, 200-2000mS/cm （可选）分辨率：0. IMS/cm,

54、 IMS/cm, 0. OlmS/cm, 0. lmS/cm, 1 mS/cm （分别对 应上述测量范围）精度：读数的土0.5%A温度范围：-5+70CII温度精度：0.2C' J输出：4-20mA双信号（电导率和温度传感器）|最大压力：35 psi （25米水深）最小浸入深度：36mmU工作电压：10-36 VDC工作温度：-5+706）、溶解氧传感器溶解氧传感器坚固耐用、值得信赖。连接到7. 6m的船舶级电缆。溶解氧 传感器输出为3线配置，4-20mA,使用船舶级环氧树脂将电子部件完全封装。输出：4-20mA测量范围：0-100%饱和度，0-8mg/L（温度补偿至25C）精度：&#

55、177;0.5%满量程最大压力：40 psi电压：10-36VDC输出电流：15.5mA+传感器电流工作温度：-40+55 7）、OPR传感器ORP传感器坚固可靠，配有7. 6米的船舶级电缆。传感器信号输出为三线 配置，4-20mA。其电子部件全部封装在船舶级环氧树脂（在线版本尺寸为PVC 管，两端带螺纹，还有盖帽）。输出功率：4-20mA范围：-500+500 mV精度：2%满量程最大压力：40psi输出电流：0.2mA+传感器电流8）、浊度传感器浊度传感器是一款高精确度的入水式仪器，可用于现场环境或过程监测。水流测量、水库水质检测、地应用范围包括：水质检测及监管、河道监测、 下水检测、废水

56、处理及工业排污控制。范围：0-50NTU 和 0-1000NTU （可选）精度：±1%满量程输出：4-20mA方法：900散射法，带校正功能工作电压：10-36 VDC输出电流：30mA+传感器输出预热时间：5秒操作温度：-10+50最大压力：30 psi 5. 2采集控制节点采集节点就是将传感器感知到环境的模拟信号，通过ADC转换为点信息, 初步的进行数值化处理、存储等，之后，通过网络将数据发送出去。I0T-N0DE2530开发套件是一款功能强大的物联网和无线传感网络开发套 件，它提供了功能齐全的传感器网络节点IOT-NODE253O全面支持ZigBee 2007 Pro的无线通信

57、协议和WSN可视化软件。套件还提供了通用TI出品的CC系列 芯片编程器和相关使用说明。完备的硬件、软件及技术支持使得用户可以轻 松地将该套件广泛应用于工业、科研和教学等领域。I0T-N0DE2530节点基于TI SOC芯片CC2530,片内FLASH的容量达256KB。整个系统采用了通用接口插针，可以按照应用需求进 行扩展。硬件配置及相关参数：1.10T-N0DE2530 节点CC2530F256：增强型8位的8051处理器板载内存：256KB片内Flash、8KB片内SRAM工作电压：2.0V3.6V射频频率：2.4GHz低功耗：具有四种低功耗工作模式，最低功耗模 式下工作时仅0.4RA的流耗，外部中断可唤醒系统传输速率：250K