物联网实训水资源整体报告.docx

实验报告 实践报告实验、实践名称： 物联网综合实训（一） 实验、实践地点： 计算机学院308实验室 专业班级： 学号： 学生姓名： 指导教师： 小组成员： 年 月 日目录地下水资源监控系统- 1 -1.概述- 1 -2. 系统建设必要性- 1 -2.1现状与问题- 1 -2.2系统建设的意义- 3 -3.系统设计- 4 -3.1地下水资源监控系统结构- 4 -3.2实时监控系统主要技术要求- 6 -3.3硬件设计和软件配置- 6 -4.建设效果展望- 9 -5.项目建设概算- 10 -晋中市地下水资源监控系统1.概述晋中市水资源严重短缺,资源型缺水、工程型缺水和水质型缺水三者并存,属国际公认的极度缺水地区。且晋中市水资源地域分布极其不均,东部山区水资源量占全市的69%,而用水量仅占全市的15%;平川地区水资源量占全市的31%,而用水量却占全市的85%。由于缺水,晋中市已形成了910 km2的超采区,水生态环境不容乐观。为了合理开发、利用、节约和保护水资源，逐步提高水资源可持续利用水平，全面掌握城市用水情况，以便于科学、准确的进行水资源管理、调配和预测，故而开发出地下水资源监控系统，基于地理信息系统，结合物联网应用技术，通过在各水井监测点安装水位、流量、电压、电流等传感器及安全视频监控设施实现对地下水水位、流量及安全视频监控。2. 系统建设必要性2.1现状与问题 2.1.1 现状 地下水资源监控系统，是一种软件与硬件相结合的自动化网络式管理系统。利用通信、网络、数字化技术、遥感、地理信息系统(GIS)、全球定位系统(GPS)、计算机辅助决策支持系统、人工智能、远程控制等先进技术。对流域或地区的水资源及相关的大量信息进行实时釆集、传输及管理；以现代水资源管理理论为基础，以计算机技术为依托对流域或地区的水资源进行实时、优化配置和调度；以远程控制及自动化技术为依托对流域或地区的工程设施进行控制操作。 地下水资源监控系统是在水源或用水单位设备上安装一个水资源测控器，实现对水表流量、水井水位、管网压力及用户水泵的电流、电压的采集，以及对水泵的启停、电动阀的开闭等控制，通过有线或无线通讯方式与水利局水资源管理中心计算机联网，实时对各用水单位进行监管和控制。相关的水表流量、水井水位、管网压力及用户水泵的电流、电压的数据采集等自动存入水资源管理中心计算机数据库。如用水单位人员人为断电、外加水泵，水表自然或人为损坏等情况出现,管理中心计算机会同时显示故障原因并报警，便于及时派人到达现场。特殊情况下，水资源管理中心可根据需要：在不同季节限量采水，控制水泵启停泵；对欠缴水资源费的用户，水资源管理中心工作人员可通过计算机系统对用水单位的电动阀、水泵进行异地远程控制，实现水资源管理与监控的自动化和一体化。2.1.2目前仍然存在问题1.管理职能弱化：全市水资源管理体制不顺严重制约了水资源的合理开发。主要体现在:一是供需脱节。由于分割管理,地区和部门之间争水问题严重,在城市供水上,由于职权分割,在水源开发、用户供水、供水价格上难以统筹协调,引发利益上的矛盾。二是开发利用和保护脱节。水资源保护缺乏责任主体和利益主体,一方面过度开发水资源造成地下水超采严重,另一方面污染物排放得不到有效控制。三是管理效能低下。多头管理不仅增加了管理成本,而且加大了解决各种水问题的难度,政策和措施与其部门利益相悖，加大了协调工作的难度。四是投资分散，难以发挥综合效益，使有限的投入被分散使用，无法达到预期效果。2.用水效益低下：人们节水意识淡薄，水资源利用率和效率低下，农业灌溉技术的不先进导致大水漫灌普遍；在工业用水中，部分企业落后的生产技术，陈旧的设备导致水重复率低；在城镇生活用水中，由于管网超期服役，年久失修等导致水管滴水、漏水严重。2.2系统建设的意义 地下水资源监控系统系统不仅可以将地下水开采量和地下水水位通过远传设备准确的传送到监控平台，随时掌握水源井的运行情况，加强地下水开采的监督管理，提高管理效率，避免偷盗水行为，彻底改变水资源管理中供水、用水、耗水、许可、定额等信息不能有效收集、反馈、整合和有效利用的局面。同时，依托该系统，可实现城市规划区水资源的优化配置，实时调度，科学决策，保障水资源的可持续利用，以水资源的可持续利用支撑区域社会、经济、环境的协调和可持续发展。针对上述情况水利局拟对辖区内水量信息监测点实行远程监测，水利局地下水资源监控系统主要由水资源监控中心、通信平台、测控终端、计量测量设备四部分组成。监控中心：地下水资源监控系统通信平台：中国移动GPRS网络；中国移动GSM网络（SMS短信备用通道）。测控终端：水资源远程测控终端。计量测量设备：智能水表、电磁流量计、水位计。系统建设目标如下：1） 系统在水利局设市级中心,构成水资源实时监控系统。系统具有完善的水资源信息管理平台，可以满足取水计量，收费管理、办公自动化，资源的配置决策现代化等功能，可以实现数据安全存储、数据上报共享、WEB发布等功能。2） 该系统可以将各监测点用水量、水位等信息传到监测中心，在可视化地理信息系统平台上显示，满足水资源费征收管理和控制地下水位的需要。3） 鉴于各监测点分布相对分散、距离较远，故系统采用无线GPRS网络通讯，将各测点数据上传至市级中心；对于GPRS信号不强的地方还可以采用SMS短消息方式传输数据。3.系统设计3.1地下水资源监控系统结构本系统覆盖整个晋中市区，采用GPRS无线网络进行数据传输，由3级构成，包括市、（区）县级监控分中心和大量的监测点，实时监控系统结构如图1。电磁流量计图1 县级地下水资源监控系统拓扑图市、（区）县通过内部专网相互浏览对方的公布信息，通过内部专网传递数据。取水单位通过 INTERNET 公网可以浏览其上级管理水资源管理部门公布的信息，使用用户名和密码可以查询自己的备案信息。 （区）县水资源管理部门通过中国移动通信公司的 GPRS-VPN 专网实现对用水单位的监控。 监测站点为系统的原始点，分为3类：（1） 地下水位观测站点。 采用投入式液位传感器进行计量，及时掌握地下水的变化动态。（2） 用水量监测站点。通过安装在用水输水管线关键点上的水表对用水量进行不间断计量监测，准确、及时计量用水户的用水量。（3）降雨量观测站点。 采用翻斗式自记雨量计计量，可从市防办共享。3.2实时监控系统主要技术要求（1）对用水量、水位、降雨量等指标的实时自动检测；自动定时记录；通讯自动保持在线，断线自动挂接；自动对呼叫应答并接收中心控制指令；自动完成数据检索与数据传送；出错自动报警和预警功能。 （2）有合适的设备环境温度适应性。监测站设备工作环境温度为-4050,相对湿度RH90，采取防盗防破坏措施。（3） 采样间隔。 水位、流量的采样间隔不大于1.5h（也能根据用户需要设定）； 雨量，在雨季的采样间隔不大于5min。各种传感器的精度：水量测量精度1%2%m；地下水位测量精度0.05%； 雨量监测精度：0.1mm。 （4）远程通讯仪采用GPRS无线通讯方式。 3.3硬件设计和软件配置3.3.1 主要设备（1）服务器：（区）县级服务器CPU：P 3.0G以上，双CPU；内存10G以上；硬盘，500G以上，千兆网卡。（2）电源设备： 山特UPS。（3）磁盘阵列： 每个控制器 1GB缓存；每个控制器有2个4GB Fibre Channel端口；最大支持64个主机。（4）电磁流量计：用于自备井用水量计量，采用单片机嵌入式技术实现数字励磁。电磁 流量计在满足现场显示的同时，还可测量般导电液体的流体外，还可测量液固两相流，高粘度液流及盐类、强酸、强碱液体的体积流量。 其性能特点：仪表结构简单、可靠，无可动部件，工作寿命长；智能化设计，有显示介质流向和仪表故障自诊断功能。 无机械故障，响应快速，稳定性好。测量精度不受被测介质的温度、粘度、压力等物理参数的影响。 采用 EEPROM 存储器，测量、运算数据存储保证安全可靠。仪表精度为管道式 0.5 级，可测量介质为电导率大于 5us/cm 的各种液体和液固两相流体，工作压力为1.0MPa/1.6MPa/2.5MPa/4.0MPa(高压可订制) ，可适用环境温度为-4050 。（5）水位计： 用于测量水井水位的高度，将测量的数据通过信号线传送给水资源控制器。 水位压力传感器中内置扩散硅敏感元件，利用压力电阻效应，将承受的液压转换成电信号，再由电压电流转换器，把电信号变换成 4-20mA 标准远传信号。 测量精度可达 0.5% 。（6）数据远程监测仪：用于水资源的监测并通过GPRS数传模块进行数据传输。（7）自动红外触发照相机：相机在未探测到动物（人体）时处于节能状态，耗电仅300微安，可以长时间处于警戒状态，一旦有动物（人体）进入探测区域时，其摄像拍照功能将立即启动（启动时间为0.8-1.2秒钟）拍摄照片或视频。每款机器均自带红外线照明，特殊的CMOS感光芯片可在全黑夜间使用红外拍摄获得清晰的黑白图像或视频，而光线足够时拍摄彩色照片或摄像。周密的防水防尘防锈蚀保护，可适用于野外场合。（8）水资源测控设备：是水资源实时监控系统中安装在遥测站中的核心设备。流量计（水表）安装在水泵出水口，信号线接到测控设备上；测控设备相当于一个智能开关安装在水泵启动柜的进线上，它预存水费，采集水表数据，出一吨水就扣除一吨水费，预存水费扣完了，它就自动切断水泵启动柜电源。水位信号线也接到测控设备上。 3.3.2 软件环境（1） 采用IAR集成开发环境烧写所选传感器并测试。（2） 采用Java编写串口通信程序。（3） 应用程序开发，即采用Java编写图形用户界面。（4） 采用地理信息系统（GIS,包括WEBGIS)为表现平台,以电子地图为基本图形,根据需要,实现以电子地图为基础的查询、检索、分析功能。（5） 注重网络安全，设有安全防护工具 （防火墙 、防病毒软件 、加密系统等）和检测手段（身份认证、入侵检测、漏洞扫描等系统）。（6） 数据库采用SQL Server2005。 4.建设效果展望本次地下水资源监控系统初步建成后，水利部门可操作的相关具体功能如下:(1) 基础设置:初始化各种数据与设置信息.即初始化系统各个设备的操作、允许用户更新软件登录信息、初始化采样间隔、初始化网页显示设置、分权限等级访问页面及系统等. (2) 实时远程监控监测:远程监控泵房的整体运行状况，如实时水流量、压力、水费水表数据、电压、电流、水位等数据,根据水资源测控设备存储的水费远程控制具体位置水泵启停、闸阀开闭以及现场红外照相机定时抓拍并回传的实时照片以随时定位获取监控点现场实时照片并及时告警来确保国家的财产安全损失降到最低等。(3) 日常业务与信息查询:实现水利部门售水及记录,各分区交款及记录,经由设置好的时间间隔巡检以便及时报修.(4) 数据库基础处理:创建水利部门数据库存储用水单位、水井信息、用水量记录、水价记录、各地区水量水位降雨量记录、以及各种数据加工、分析、形成曲线图表、报表、变化趋势等.根据以上几点水利相关工作人员就可以纵观全局、统筹规划、合理安排、科学决策。5.项目建设概算若依据传统的信息化方案处理，本次地下水资源监控系统的中心建设任务主要是私有数据平台的搭建，同时需要投入部分精力定期维护，从而才能够保证系统稳定有序地运行，成本较高。因而本次建设建议采用云平台服务解决方案，若采用本建议，经过评估，整套系统的建设概算为242.31万（其中软件平台服务费15.12万，包含5年的运行服务费和移动APP开发费；水资源监控点建设费227.19万，包含120个点）。具体细目如表1所示。表1 地下水资源监控系统建设概算序号项目单位数量单价（元）合计（元）备注服务费1软件平台服务费年525000125000含运行维护费2移动APP开发费套115000150003税金8%140000112004小计151200水资源监控点5水资源测控终端台12052006240006SIM卡张3年120800960007蓄电池块120680816008防锈室外监控箱个12070