水文纜道遠(yuǎn)程在線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用
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摘要：介紹了一種水文纜道遠(yuǎn)程在線控制系統(tǒng)，概述了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路以及基本操作流程。以湖北赤壁崇陽(yáng)水文站為例，簡(jiǎn)述了水文纜道遠(yuǎn)程在線控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布置在該水文站的實(shí)際應(yīng)用情況。實(shí)際測(cè)流結(jié)果表明：運(yùn)用該系統(tǒng)開展水文監(jiān)測(cè)可實(shí)現(xiàn)一個(gè)控制中心同時(shí)控制多個(gè)纜道測(cè)站，并可遠(yuǎn)程控制測(cè)流及數(shù)據(jù)采集，對(duì)保障非工作時(shí)間纜道站房的安全起到了一定作用。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)多處水文情況的實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程采集測(cè)流數(shù)據(jù)并同步至網(wǎng)絡(luò)，優(yōu)化了測(cè)站人力資源配置，有效提高了測(cè)流效率，為水文新儀器新設(shè)備的發(fā)展做出了積極探索。
關(guān)鍵詞：流量監(jiān)測(cè)；水文纜道遠(yuǎn)程在線監(jiān)控系統(tǒng)；B/S架構(gòu)；崇陽(yáng)水文站；湖北
目前，河道流量監(jiān)測(cè)普遍采用纜道鉛魚和流速儀，鉛魚由循環(huán)索懸吊在纜道之間，通過(guò)纜道電動(dòng)絞車驅(qū)動(dòng)鉛魚水平、垂直方向移動(dòng)。通過(guò)鉛魚、流速儀監(jiān)測(cè)獲取的河流水流信息，僅能傳輸?shù)桨哆吙刂剖疫M(jìn)行顯示和存儲(chǔ)。現(xiàn)有水文纜道檢測(cè)系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)流速儀、鉛魚和攝像機(jī)的一體化監(jiān)控和控制，導(dǎo)致傳統(tǒng)水文纜道控制系統(tǒng)的運(yùn)用存在局限性，還使監(jiān)測(cè)效率較低［1］。研發(fā)一種一體化在線控制系統(tǒng)十分必要。
1系統(tǒng)簡(jiǎn)介
水文纜道遠(yuǎn)程在線控制系統(tǒng)主要基于可編程邏輯控制（PLC）的modbus通訊協(xié)議經(jīng)以太網(wǎng)絡(luò)通信，通過(guò)控制纜道變頻器和電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，如正反轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)速調(diào)整，最終實(shí)現(xiàn)鉛魚的前進(jìn)、后退、上升、下降和速度的變化。該系統(tǒng)還可開發(fā)視頻監(jiān)控功能，通過(guò)視頻監(jiān)控服務(wù)器將監(jiān)控畫面及其控制集成于web頁(yè)面中，并且通過(guò)串口RS-232協(xié)議轉(zhuǎn)換為以太口TCP/IP協(xié)議，實(shí)現(xiàn)ADCP數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程一對(duì)二網(wǎng)絡(luò)傳輸。平臺(tái)集成了2種常用品牌的ADCP原始數(shù)據(jù)的解析、展示與。平臺(tái)采用Java語(yǔ)言、Vue框架和B/S架構(gòu)，使用人員通過(guò)訪問平臺(tái)web頁(yè)面就可實(shí)現(xiàn)對(duì)各項(xiàng)功能的操控。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)流速檢測(cè)和圖像采集的一體式遠(yuǎn)程控制，提高了水文纜道的監(jiān)測(cè)效率，并擴(kuò)大了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)用范圍。系統(tǒng)極大提高了測(cè)量人員遠(yuǎn)程測(cè)流的可控性和便捷性，降低了系統(tǒng)后期維護(hù)的工作量和相關(guān)投入，對(duì)于減少測(cè)流人員工作量、突破施測(cè)地域限制起到了積極作用。
2.1設(shè)計(jì)思路
該系統(tǒng)包括視頻采集單元、流速檢測(cè)單元、控制中心及通訊單元。（1）視頻采集單元。包括在測(cè)站安裝多個(gè)攝像頭以及與攝像頭連接的NVR硬盤錄像機(jī)。（2）流速檢測(cè)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(zhuǎn)換接口。（3）控制中心。包括視頻服務(wù)器和云端服務(wù)器模塊以及交換機(jī)和VPN模塊。VPN模塊與交換機(jī)連接，交換機(jī)連接視頻服務(wù)器和云端服務(wù)器模塊，還通過(guò)轉(zhuǎn)換接口連接計(jì)算機(jī)終端；云端服務(wù)器模塊采用B/S架構(gòu)，能同時(shí)對(duì)多個(gè)現(xiàn)地PAC控制器進(jìn)行控制。（4）通訊單元。連接視頻采集單元和視頻服務(wù)器，同時(shí)連接流速檢測(cè)單元和云端服務(wù)器模塊；視頻服務(wù)器連接云端服務(wù)器模塊。該單元還包括依次連接的交換機(jī)、VPN模塊及移動(dòng)通訊模塊。移動(dòng)通訊模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送至公共網(wǎng)絡(luò)，鉛魚通過(guò)電動(dòng)絞車驅(qū)動(dòng)，ADCP流速儀所連接的轉(zhuǎn)換接口和NVR硬盤錄像機(jī)分別與交換機(jī)連接。測(cè)站內(nèi)還設(shè)有PAC控制器和與之連接的觸摸屏。PAC控制器同時(shí)連接通訊單元的交換機(jī)和電動(dòng)絞車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。
2.2系統(tǒng)操作流程
ADCP流速儀檢測(cè)獲取的相關(guān)水文數(shù)據(jù)依次通過(guò)轉(zhuǎn)換接口、VPN模塊、移動(dòng)通信模塊上傳至公共網(wǎng)絡(luò)?？刂浦行牡挠?jì)算機(jī)終端（安裝有ADCP軟件）經(jīng)由VPN模塊和交換機(jī)訪問公共網(wǎng)絡(luò)，讀取檢測(cè)數(shù)據(jù)后，再傳輸至云端服務(wù)器模塊存儲(chǔ)，供手機(jī)端和其他計(jì)算機(jī)終端進(jìn)行訪問。測(cè)站的多個(gè)攝像頭通過(guò)NVR硬盤錄像機(jī)接入VPN模塊，再通過(guò)5G傳回控制中心的視頻服務(wù)器?？刂浦行牡囊曨l服務(wù)器通過(guò)與云端服務(wù)器模塊聯(lián)通，使云端服務(wù)器模塊能通過(guò)控制視頻服務(wù)器遠(yuǎn)程控制攝像頭。監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置界面見圖1?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)站內(nèi)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(guò)RJ45接口連接VPN模塊，并經(jīng)過(guò)移動(dòng)通訊模塊與云端服務(wù)器模塊進(jìn)行通信，以便通過(guò)云端服務(wù)器模塊控制纜道鉛魚的各項(xiàng)動(dòng)作。
3系統(tǒng)應(yīng)用
3.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)
以長(zhǎng)江水利委員會(huì)水文局長(zhǎng)江中游水文水資源勘測(cè)局赤壁分局崇陽(yáng)水文站為例，將該系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案應(yīng)用于崇陽(yáng)水文站的實(shí)際水文測(cè)量中。圖2為系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)示意。（1）流速檢測(cè)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(zhuǎn)換接口（USR-N510）。（2）視頻采集單元。包括多個(gè)攝像機(jī)（DH-IPC-HDBW4631（6）R-AS（S））以及與攝像頭連接的NVR硬盤錄像機(jī)（DH-NVR2104HS-HDS3）。（3）通訊單元。包括依次連接的交換機(jī)（華為S5700）、VPN模塊（VPN-1100）及移動(dòng)通訊模塊（USR-G806）。移動(dòng)通訊模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送至公共網(wǎng)絡(luò)，鉛魚通過(guò)電動(dòng)絞車驅(qū)動(dòng)，ADCP流速儀所連接的轉(zhuǎn)換接口和NVR硬盤錄像機(jī)分別與交換機(jī)連接。通訊單元連接視頻采集單元和視頻服務(wù)器，由于流速檢測(cè)單元連接云端服務(wù)器模塊，視頻服務(wù)器還同時(shí)連接云端服務(wù)器模塊。（4）控制中心。包括視頻服務(wù)器（DH-DSS-C8100/5000）和云端服務(wù)器模塊以及交換機(jī)和VPN模塊。VPN模塊與交換機(jī)連接，交換機(jī)連接視頻服務(wù)器和云端服務(wù)器模塊?？刂浦行牡慕粨Q機(jī)上還有轉(zhuǎn)換接口連接計(jì)算機(jī)終端。測(cè)站內(nèi)還設(shè)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(shí)連接通訊單元的交換機(jī)和電動(dòng)絞車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。云端服務(wù)器模塊采用B/S架構(gòu)，可同時(shí)對(duì)多個(gè)現(xiàn)地PAC控制器進(jìn)行控制。
3.2實(shí)際操作流程
ADCP流速儀獲取的水文信息依次通過(guò)轉(zhuǎn)換接口、VPN模塊、移動(dòng)通信模塊上傳至公共網(wǎng)絡(luò)?？刂浦行牡囊惶子?jì)算機(jī)終端（安裝有ADCP軟件）經(jīng)由VPN模塊和交換機(jī)訪問公共網(wǎng)絡(luò)，讀取檢測(cè)數(shù)據(jù)后，再傳輸至云端服務(wù)器模塊存儲(chǔ)，供手機(jī)端和其他計(jì)算機(jī)終端進(jìn)行訪問。按照2.2節(jié)的系統(tǒng)操作流程，通過(guò)與鉛魚連接的絞車及絞車驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（絞車驅(qū)動(dòng)電機(jī)）實(shí)現(xiàn)對(duì)鉛魚動(dòng)作的控制，控制界面見圖3。云端服務(wù)器模塊采用B/S架構(gòu)，可集成遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)、放大、縮小，變焦、對(duì)焦等各項(xiàng)功能和纜道鉛魚的前進(jìn)、后退、上升、下降以及變頻器調(diào)速等動(dòng)作。同時(shí)，云端服務(wù)器對(duì)多個(gè)現(xiàn)地PAC控制器進(jìn)行控制，能夠存儲(chǔ)和分析接收的數(shù)據(jù)。因此，只需打開網(wǎng)頁(yè)就可操控整個(gè)纜道以及現(xiàn)場(chǎng)攝像頭的動(dòng)作，并通過(guò)控制中心將經(jīng)處理的ADCP數(shù)據(jù)分析解析后，展示并于網(wǎng)絡(luò)，用戶無(wú)需下載客戶端即可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)頁(yè)瀏覽。
4結(jié)語(yǔ)
該系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案基于智慧水文、互聯(lián)網(wǎng)+水文的思路，對(duì)水文新儀器新設(shè)備的發(fā)展做出了積極探索。方案的推廣應(yīng)用將對(duì)水文測(cè)量發(fā)展起到一定的推動(dòng)作用。除B/S架構(gòu)外，Html5技術(shù)的運(yùn)用是未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)之一，該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)移動(dòng)端和桌面端的自適應(yīng)同步展示，以達(dá)到一個(gè)跨平臺(tái)跨系統(tǒng)同時(shí)實(shí)現(xiàn)多個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景的目標(biāo)。纜道遠(yuǎn)程在線控制系統(tǒng)可將Html5技術(shù)的應(yīng)用作為其向移動(dòng)端和桌面端同步自適應(yīng)的B/S架構(gòu)發(fā)展方向。
參考文獻(xiàn)：
［1］胡艷嬌，黃琦，田長(zhǎng)濤.水文纜道測(cè)流系統(tǒng)應(yīng)用分析［J］.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2019（22）：165-166.
作者：盛鐘銘 陳超 單位： 長(zhǎng)江水利委員會(huì)水文局 長(zhǎng)江中游水文水資源勘測(cè)局
