一、方案背景
隨著科技的不斷進步，水利工程的數字化轉型已經成為提升城市水資源管理效率和增強防洪能力的關鍵。今天，我們將引導您深入了解我國大中型水閘安全監測管理系統的構建方案，探討如何運用先進技術確保國家水安全，提升水利工程的智能化水平。我國已建成的流量達到5m3/s及以上的水閘超過10萬座，它們在防洪減災、水資源配置、生態環境改善等方面發揮著至關重要的作用。然而，由于歷史遺留問題，許多水閘存在標準偏低、質量較差、配套設施不完善等問題。2024年11月12日，水利部運行管理司發布了《關于編制“十五五”重要堤防安全監測實施方案和大中型水閘安全監測實施方案的通知》（運管函〔2024〕22號），要求各省級水行政主管部門和各流域管理機構認真做好“十五五”期間大中型水閘安全監測實施方案的編制工作。
二、系統介紹
中大型水閘安全監測系統是一套集成了傳感器技術、數據采集與處理、遠程監控與預警等功能的綜合管理系統。該系統旨在實時監測水閘的運行狀態，及時發現潛在的安全隱患，確保水閘的安全穩定運行。
█傳感器網絡：部署在水閘的關鍵部位，如閘門、啟閉機、支鉸等，用于實時監測水閘的變形、應力、振動等參數。
█數據采集與處理系統：負責收集傳感器網絡傳輸的數據，并進行預處理、存儲和分析，提取關鍵信息用于后續的安全評估。
█遠程監控平臺：提供直觀的用戶界面，展示水閘的實時監測數據、歷史數據以及安全評估結果，支持遠程操作和預警功能。
█預警與報警系統：根據預設的安全閾值，對實時監測數據進行實時分析，當數據異常時觸發預警或報警，及時通知相關人員采取措施。
三、監測內容
█環境量監測：主要監測包括水位、過閘流量、降雨量和氣象監測。通過雷達水位計、雷達流量計和翻斗雨量筒等設備，實時獲取氣象信息、水位數據和水流情況，為水閘的科學調度和安全運行提供支持。
█滲壓監測：滲流監測包括揚壓力監測、閘墩滲流監測、繞滲監測等，通過布設測壓管和滲壓計等進行水閘結構的滲流情況監測，確保水閘結構的穩定性。
█應力應變監測：通過布設振弦式表面應變計測量結構物表面的應變量，并同步測量溫度，確保結構物的安全運行。
█變形監測：變形監測采用人工和GNSS自動化觀測結合的方式，通過連續觀測得到各監測點的位移信息，展示在系統監測平臺上，方便現場人員實時掌握結構狀況。
█裂縫和結構縫監測：通過安裝測縫計對閘墩上已有的裂縫進行監測，分析裂縫變化規律，確保水閘結構的穩定和完整。
█閘門、啟閉機狀態監測：實時監測閘門的開度和啟閉機的電壓電流，及時發現運行中的異常情況和安全隱患。
█視頻AI監控：通過高清攝像機和智能識別技術，自動識別異常行為，及時發出預警信號，防止潛在的安全隱患。
█無人化自動巡測：無人機自主巡檢系統，實現對水工建筑物、滑坡體全自動、不間斷的巡檢需求，滿足日常與應急監測需求。
四、系統功能
█實時監測：系統能夠實時監測水閘的各項參數，如水位、流量、閘門開度、應力、位移、滲流以及振動等。通過實時監測，工作人員可以及時了解水閘的運行狀態，為水閘的調度和運行提供依據。
█數據分析：系統能夠對采集到的數據進行深入分析，提取出有用的信息。通過對數據的分析，可以了解水閘的結構健康狀況、運行狀態以及潛在的安全隱患等，為水閘的安全評估和維護提供科學依據。
█預警報警：當監測到異常情況時，系統能夠及時發出預警或報警信號，提醒工作人員采取相應的措施進行處理，避免事故的發生或擴大。
█遠程監控：系統支持遠程監控功能，工作人員可以通過網絡遠程訪問監控中心，實時查看水閘的運行狀態和數據。這有助于提高工作效率和減少人力成本。
█三維可視化：通過構建水閘的三維模型，實現水閘運行狀態、水流情況、水位變化等數據的實時采集、分析和可視化。這樣，管理者可以更加直觀地了解水閘的運行狀態，提高管理效率。
█歷史數據查詢：系統能夠記錄并存儲歷史數據，方便工作人員隨時查詢和比對，了解水閘在過去一段時間內的運行狀態和變化趨勢，為未來的運行和維護提供參考。
█賬號管理與數據安全：系統具備賬號分別授權管理功能，根據工作人員的職責授予不同級別的管理權限。數據之間的傳輸采用加密機制，確保數據安全。
五、主要相關設備
█遙測終端機集傳統水文遙測終端機功能、2G/3G/4G全網通/NB-IoT短報文無線長距離傳輸功能、LoRa無線短距離傳輸功能于一體，實現水文/水資源/地災監測/氣象等數據的采集、存儲、傳輸、顯示、控制、報警及傳輸等綜合功能，同時支持GNSS定位功能。該產品采用高性能的工業級32位通信處理器和工業級無線模塊，以嵌入式實時操作系統為軟件支撐平臺，同時提供翻斗式雨量計接口、RS232、RS485、SDI、有線網口、420mA及05V模擬量輸入、開關量輸入、繼電器輸出和開關量輸出接口，可滿足各種不同應用的需求。該產品可廣泛應用于各種水利信息化建設領域，如水文、水資源、水環境、水污染、山洪災害、水庫安全、大壩安全的遠程測控領域。
█雷達水位計基于精確時間測量的電磁波測距技術 。傳感器發射電磁波照射水面并接收其回波，由此獲得水面至電磁波發射點的距離、距離變化率（徑向速度）、方位、高度等信息。雷達水位計，是工業測距雷達在水位測量領域的創新應用，實現了水位計向高精度（毫米級），大量程(70米)，高可靠，安裝簡便，免維護的技術跨越。雷達水位計通過標準信號接口，與計算機、PLC等連接，也可以與相應的顯示、記錄、控制裝置（如RTU）連接，構成水位監測系統。
█雷達流量計主要應用于灌區的明渠的量水，用作遠程測量或檢測的數據終端，通常選用在標準的斷面進行測量。本流量計采用高精度的雷達測量水位以及流速，采用自有灌渠模型進行量水的計算，并考慮明渠周圍環境影響進行修正。應用范圍：渠道或河流的流量計量，適合各種水質:城市污水、工業廢水、灌溉用水、飲用水、海水。
█振弦式滲壓計是一款全不銹鋼結構設計全密封投入式智能化測量儀表。該產品選用高性能的處理芯及高精度的智能化變送器處理電路，采用精密數字化溫度補償技術及非線性修正技術，是一款高精度滲壓測量產品。防水電纜與外殼密封連接，通氣管在電纜內，可長期投入使用。一體化的結構和標準化的輸出信號，可滿足各種復雜的應用需求。該產品可廣泛應用于水利、環保、水務等信息化建設領域，如灌區、水文、水資源、水環境、水污染、山洪災害、水庫、大壩安全的遠程測控領域。
█GNSS接收機是一種將來自全球導航衛星系統的信號接收、解算以及定位導航處理的設備。它能夠接收全球范圍內多顆衛星發射的信號,通過對這些信號進行解算和處理,提供高精度的位置、速度、時間等信息。GNSS接收機廣泛應用于航空航天、地理測量、資源勘探、地質災害監測、智能交通等領域。
█北斗數傳終端是針對北斗通信和4G通信應用推出的一款支持北斗RDSS/RNSS和4G通信功能的一體化終端。M20C-V31北斗數傳終端內部集成了北斗多頻天線、射頻、基帶以及主控等功能單元，可實現RDSS定位、短報文通信和RNSS導航定位等功能。同時M20C-V31型北斗數傳終端內置4G模塊，支持通過4G傳輸數據。除此之外，本產品內置RTU芯片，因此具有RTU的功能，如支持定時采集、上報數據；支持程序版本升級，且配置不丟失，完美兼容舊版本配置。
六、系統價值
中大型水閘安全監測系統的重要性體現在確保水閘的安全運行、優化水資源的配置、增強防洪減災的能力以及促進水利工程管理的現代化。該系統的實施對于提升水利工程的安全性和效益具有深遠的意義。通過實時監控水閘的結構狀態、水文數據以及環境變化，能夠及時識別潛在的風險和問題，并采取相應的預防措施，確保水閘的穩定性和耐久性。進一步地，利用數據分析和模型預測，可以更加科學地進行水資源調度，合理地分配水資源，減少資源浪費，提升水資源的利用效率。在防洪領域，監測系統能夠提供精確的水位、流量等關鍵信息，為防洪決策提供堅實的數據支持，有效降低洪水災害造成的損失。最終，這一系統將推動水利工程管理朝著智能化、信息化的方向發展，提升整個水利行業的管理水平和應對緊急情況的能力。
