山美水庫(kù)水資源環(huán)境保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)

1、 山美水庫(kù)水資源環(huán)境保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)山美水庫(kù)水資源環(huán)境保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)方案書泉州毅通信息科技股份有限公司二零一三年五月- 30 -目 錄第一部分、系統(tǒng)概述- 2 -1. 需求背景- 2 -2. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)- 2 -第二部分、水庫(kù)地理信息數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)- 3 -1. 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境- 3 -2. 系統(tǒng)建設(shè)和應(yīng)用基礎(chǔ)- 4 -3系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)路線- 6 -第三部分、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)- 9 -1系統(tǒng)設(shè)計(jì)- 9 -2. 系統(tǒng)目標(biāo)- 10 -3. 總體架構(gòu)- 10 -4. 系統(tǒng)組成- 12 -第四部分、水資源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)- 21 -1. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)- 21 -2. 系統(tǒng)架構(gòu)- 21 -3. 感知層設(shè)計(jì)- 22 -4. 網(wǎng)絡(luò)層

2、設(shè)計(jì)方案- 23 -5. 水文信息采集- 24 -第一部分、系統(tǒng)概述1. 需求背景山美水庫(kù)系晉江流域惟一一座集防洪、供水、灌溉、生態(tài)和發(fā)電等功能為一體的大型水利樞紐工程，其庫(kù)容6.55億立方米、流域面積1023平方公里，是晉江下游三市一縣五區(qū)400多萬(wàn)人口生產(chǎn)生活的主要水源地，為泉州經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供水資源支撐和保障。山美水庫(kù)周邊居民密集，庫(kù)灣多岸線長(zhǎng)，隨著周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，隨意傾倒渣土、直排污水、非法圍墾、違章建房等現(xiàn)象逐漸增多，單靠人工巡查和庫(kù)區(qū)幾個(gè)視頻監(jiān)控點(diǎn)很難及時(shí)發(fā)現(xiàn)水事違法、水質(zhì)污染案件。山美水庫(kù)轄區(qū)內(nèi)有近4000畝森林，范圍大、地形復(fù)雜，靠人工巡查很難及時(shí)發(fā)現(xiàn)森林火災(zāi)?？蓞⒄毡本┑?/p>

3、經(jīng)驗(yàn)，利用北斗導(dǎo)航技術(shù)的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水庫(kù)上游及周邊地區(qū)進(jìn)行全方位監(jiān)測(cè)、監(jiān)控，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水事違法、水質(zhì)污染等事件，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害、森林火災(zāi)提前做好防災(zāi)準(zhǔn)備。對(duì)山美水庫(kù)整個(gè)流域及轄區(qū)內(nèi)近4000畝森林的實(shí)時(shí)有效監(jiān)控，能有清楚的監(jiān)控圖像，能看見(jiàn)傾倒渣土、直排污水、非法圍墾、違章建房等水事違法及水質(zhì)污染事件的過(guò)程；能看見(jiàn)森林火災(zāi)時(shí)的煙霧或起火點(diǎn)的圖像；實(shí)現(xiàn)對(duì)山美水庫(kù)整個(gè)流域及轄區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警全覆蓋。2. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)山美水庫(kù)水資源環(huán)境保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)構(gòu)想取得于地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)、北斗衛(wèi)星影集災(zāi)害遙感預(yù)警通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)等應(yīng)用的諸多便利，構(gòu)筑空間傳感器網(wǎng)絡(luò)，息

4、于一體的傳感器系統(tǒng)等已成為對(duì)地觀測(cè)、空間信息科學(xué)等領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)之一，對(duì)防汛的災(zāi)情分析評(píng)估、水質(zhì)多點(diǎn)智能監(jiān)測(cè)、流域地理空間監(jiān)控等的實(shí)際應(yīng)用。山美水庫(kù)水資源環(huán)境保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)構(gòu)想應(yīng)實(shí)現(xiàn)山美水庫(kù)水資源環(huán)境保護(hù)監(jiān)控管理的智能化和數(shù)字化，并對(duì)水質(zhì)污染事件進(jìn)行多點(diǎn)監(jiān)測(cè)、流域地質(zhì)災(zāi)害實(shí)時(shí)觀測(cè)、森林防火全面監(jiān)視，并對(duì)非法圍墾、違章建房等水事違法事件進(jìn)行全覆蓋預(yù)警等，可以實(shí)時(shí)評(píng)估水體污染和影響范圍，實(shí)時(shí)監(jiān)控大面積泥石流、滑坡等山地災(zāi)害的影響范圍。此外，還可根據(jù)北斗導(dǎo)航監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)資源衛(wèi)星監(jiān)測(cè)圖象對(duì)水庫(kù)水資源環(huán)境進(jìn)行保護(hù)監(jiān)控。還可以對(duì)水的混濁度、PH值、含氮度等要素進(jìn)行實(shí)時(shí)智能監(jiān)測(cè)，對(duì)污染源的位置作定性

5、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。實(shí)現(xiàn)山美水庫(kù)水資源環(huán)境保護(hù)監(jiān)控管理的智能化和數(shù)字化，能實(shí)時(shí)多點(diǎn)監(jiān)控水體污染和影響范圍，實(shí)時(shí)監(jiān)控大面積泥石流、山體滑坡等山地災(zāi)害的影響范圍，森林火災(zāi)的影響范圍，周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民傾倒垃圾、非法圍墾、違章建房等水事違法事件的影響范圍進(jìn)行預(yù)警監(jiān)控。第二部分、水庫(kù)地理信息數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)水庫(kù)地理信息數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)，主要包括建立山美水庫(kù)流域地理基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)庫(kù)和資源專題數(shù)據(jù)庫(kù)。地理基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)庫(kù)包括山美水庫(kù)流域地形、地貌、遙感影像等信息；資源專題數(shù)據(jù)庫(kù)包括森林、地質(zhì)、水體、非法圍墾和傾倒垃圾等信息。1. 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境(1)GIS服務(wù)器：ArcGIS Server 9.3，ArcSDE(2)空間數(shù)據(jù)庫(kù)：S

6、QLSever2005(3)應(yīng)用服務(wù)器：IIS(4)空間數(shù)據(jù)引擎：ArcSDE 9.3 for Oracle或 ArcSDE 9.3 for SQLSever(5)操作系統(tǒng)：Windows XP(6)客戶端：IE瀏覽器，ArcGIS explorer(7)開(kāi)發(fā)語(yǔ)言：NET平臺(tái)下C#(8)開(kāi)發(fā)工具：AO，Microsoft Visual Studio 2005(9)硬件環(huán)境：服務(wù)器端CPU Core2 6600，硬盤250G，內(nèi)存3G；客戶端支持瀏覽器的PC機(jī)。2. 系統(tǒng)建設(shè)和應(yīng)用基礎(chǔ)2.1數(shù)據(jù)基礎(chǔ)水庫(kù)地理信息數(shù)據(jù)資源包括基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)和專題數(shù)據(jù)兩種資源它們是相輔相成的關(guān)系。數(shù)據(jù)庫(kù)中除林

7、業(yè)二類普查數(shù)據(jù)外，還需包括以下數(shù)據(jù)：1. 基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)是GIS系統(tǒng)的核心數(shù)據(jù)，是各種空間分析的基本對(duì)象。主要包括為所有地理空間數(shù)據(jù)提供共同的坐標(biāo)參考系的大地控制數(shù)據(jù)，交通數(shù)據(jù)，行政境界數(shù)據(jù)，居民地?cái)?shù)據(jù)，地名注記數(shù)據(jù)以及對(duì)應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)，林業(yè)現(xiàn)狀圖等。常用圖層主要包括：道路圖層、地名圖層、高程圖層、等高線圖層、河流圖層、村委會(huì)圖層、林業(yè)資源圖層、小班圖層等。2. 多源、多時(shí)相遙感數(shù)據(jù)對(duì)遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，生成兼有高分辨率和多光譜信息的遙感影像，提取林業(yè)信息、林業(yè)現(xiàn)狀數(shù)據(jù)和制作三維模型。3.專題地圖主要是指各種林業(yè)專題圖和森林分類信息：林區(qū)三維影像模型圖、火險(xiǎn)區(qū)劃圖、撲火設(shè)施配置體系(

8、嘹望監(jiān)測(cè)網(wǎng)。防火隔離帶，防火道路，防火檢查站，物資儲(chǔ)備庫(kù)等)、通信配置體系、電力配置體系、林業(yè)資源戰(zhàn)略規(guī)劃、造林工程、森林道路規(guī)劃等。4、DEM數(shù)據(jù)用于三維可視化以及用戶的分析、量算。4、DOM數(shù)據(jù)以航空遙感影像為數(shù)據(jù)源，以實(shí)測(cè)GPS點(diǎn)和DEM數(shù)據(jù)為糾正控制點(diǎn)，參考精度符合要求的地形圖或林業(yè)用地圖，對(duì)航空拍攝數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何校正，再將校正后的數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)、勻光勻色和標(biāo)準(zhǔn)圖幅分幅，制作成真彩色的監(jiān)測(cè)區(qū)DOM和標(biāo)準(zhǔn)分幅DOM。數(shù)字正射影像圖疊加專題信息之后，擺脫了傳統(tǒng)專業(yè)線劃圖過(guò)于抽象，非專業(yè)人員不易理解的局限，使地表信息更加直觀、內(nèi)容更加豐富多彩，便于林業(yè)部門對(duì)森林資源的管理和保護(hù)。2.2森林防火地

9、理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)可采用Oracle+ArcSDE，也可采用SQLSever+ArcSDE數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)。SQLSever+ArcSDE是目前世界上最成熟、最穩(wěn)定的空間數(shù)據(jù)管理技術(shù)，也是省、市級(jí)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)工程建設(shè)的主流模式。根據(jù)本系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用和具體要求，本項(xiàng)目中建議采用SQLSever+ArcSDE。在水庫(kù)水資源環(huán)境保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)中，主要存儲(chǔ)兩種類型的數(shù)據(jù)：基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)和水資源管理題數(shù)據(jù)。由于數(shù)據(jù)庫(kù)中要包括大量的空間數(shù)據(jù)，所以要求數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)空間足夠大，一臺(tái)服務(wù)器已不能很好的滿足需求，因此系統(tǒng)應(yīng)采用分布式數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行管理，以提高數(shù)據(jù)的存取效率，增強(qiáng)數(shù)據(jù)的可靠性和可用性。

10、建議山美水庫(kù)水資源環(huán)境保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)采用標(biāo)準(zhǔn)的三層體系結(jié)構(gòu)，如下圖所示：數(shù)據(jù)查詢分析空間數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)入庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)ArcIMSArcGIS EngineArcSDE9.XOracalDLG，DOM，DEM數(shù)據(jù)層中間層應(yīng)用層 數(shù)據(jù)庫(kù)三層體系結(jié)構(gòu)圖 (1)數(shù)據(jù)層采用MSSQL關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)和ArcSDE空間數(shù)據(jù)引擎，實(shí)現(xiàn)四川省森林防火基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)的高效存儲(chǔ)和管理。(2)邏輯層(中間層)通過(guò)ArcSDE空間數(shù)據(jù)引擎實(shí)現(xiàn)對(duì)空間數(shù)據(jù)的訪問(wèn)，基于ArcG1S Engine和ArclMS技術(shù)構(gòu)建空間信息綜合應(yīng)用開(kāi)發(fā)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)應(yīng)用的業(yè)務(wù)邏輯，如空間數(shù)據(jù)的表現(xiàn)和操作。(3)應(yīng)用層在ArcG1S

11、 Engine和ArclMS的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)四川省森林防火基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫(kù)的具體應(yīng)用。3系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)路線3.1系統(tǒng)建設(shè)的主要內(nèi)容該項(xiàng)目的建設(shè)內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面：二類資源圖片信息數(shù)字化、編輯、查錯(cuò)等；對(duì)地形圖進(jìn)行掃描、裁邊、糾正、配準(zhǔn)等；對(duì)地形圖上的主要道路和河流等信息進(jìn)行數(shù)字化和編碼；森林防火基礎(chǔ)設(shè)施分布情況數(shù)字化；集成遙感數(shù)據(jù)；系統(tǒng)地圖數(shù)據(jù)集成標(biāo)準(zhǔn)化；人員培訓(xùn)等工作。項(xiàng)目的具體實(shí)施過(guò)程可分為以下幾個(gè)步驟：1、統(tǒng)一規(guī)程規(guī)范采用國(guó)家統(tǒng)一的規(guī)程規(guī)范，使基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集、錄入、更新、處理在統(tǒng)一的框架下開(kāi)展，以保證系統(tǒng)在科學(xué)、有序的狀態(tài)下正常運(yùn)行。同時(shí)，通過(guò)規(guī)程規(guī)范，提高系統(tǒng)兼容性，保證數(shù)據(jù)共享、資料

12、共享、成果共享。2、建立森林資源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(tái)主要包括基礎(chǔ)地理信息庫(kù)、遙感數(shù)據(jù)庫(kù)、森林資源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)和管理信息數(shù)據(jù)庫(kù)的建立和完善。在森林資源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(tái)的建設(shè)中，以森林資源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立為核心，以二類調(diào)查區(qū)劃的小班為基本單位，建立地理信息、遙感影像信息、資源屬性信息的森林資源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(tái)。同時(shí)，逐步將各地森林資源管理，特別是與林業(yè)重點(diǎn)工程有關(guān)的森林資源管理（規(guī)劃設(shè)計(jì)）數(shù)據(jù)納入森林資源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)中，并通過(guò)系統(tǒng)相應(yīng)的功能設(shè)計(jì)，在一定管理?xiàng)l件的約束下，使各類森林資源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)做到及時(shí)更新，以保障系統(tǒng)為各級(jí)管理部門提供及時(shí)、科學(xué)、客觀的動(dòng)態(tài)信息。使系統(tǒng)運(yùn)行在豐富的森林資源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)之上。 3、開(kāi)發(fā)研制

13、軟件系統(tǒng)軟件分為二大部分。一部分是圍繞森林資源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(tái)的建立、運(yùn)行、維護(hù)、使用、更新、管理及網(wǎng)絡(luò)化所需的軟件；另一部分是森林火災(zāi)預(yù)防和應(yīng)急管理所需的軟件。選用先進(jìn)的軟件平臺(tái)，按應(yīng)用需求，研制開(kāi)發(fā)應(yīng)用軟件系統(tǒng)。軟件研制開(kāi)發(fā)以空間數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、地理信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)傳輸與數(shù)據(jù)交換技術(shù)為核心，以基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)、森林資源調(diào)查、監(jiān)測(cè)等數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以各類數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)更新為保障，以簡(jiǎn)單易用為目標(biāo)，開(kāi)發(fā)建立科學(xué)、適用、功能全面、實(shí)時(shí)變化的信息管理系統(tǒng)軟件，為各級(jí)林業(yè)主管部門提供信息查詢、分析評(píng)價(jià)、輔助管理、輔助決策等功能。 4、建立安全完備的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。充分利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，在安全、高效、節(jié)約的原則基

14、礎(chǔ)上，建立全省的森林資源管理信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)著重實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸、交換功能，充分利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)資源，在保證安全性的基礎(chǔ)上，以分布式數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、地理信息系統(tǒng)技術(shù)、權(quán)限管理技術(shù)等為主要手段，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸交換。并在此基礎(chǔ)上，建立網(wǎng)絡(luò)信息發(fā)布系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)信息查詢系統(tǒng)。3.2系統(tǒng)建設(shè)的技術(shù)路線系統(tǒng)建設(shè)的目標(biāo)從應(yīng)用層次上為二部分。一部分為森林資源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(tái)，著重解決相關(guān)部門對(duì)相關(guān)地理信息、資源信息基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理和更新以及防火設(shè)施、防火隊(duì)伍和防火檔案的管理和應(yīng)用等問(wèn)題；另一部分為火災(zāi)應(yīng)急管理信息系統(tǒng)，主要用于森林火災(zāi)發(fā)生過(guò)程中的撲救現(xiàn)場(chǎng)指揮，著重提高林業(yè)防火管理的現(xiàn)代化水平。系統(tǒng)提供對(duì)全要素的林相圖、地

15、形圖、防火專題圖等數(shù)字地圖的信息查詢和管理。通過(guò)火點(diǎn)定位、火情查詢實(shí)現(xiàn)森林火災(zāi)的快速定位，林相、地形、防火信息快速查詢及災(zāi)后損失評(píng)估功能，并能結(jié)合全球GPS或國(guó)產(chǎn)雙星定位系統(tǒng)，實(shí)時(shí)接收撲火隊(duì)伍GPS經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，監(jiān)視行進(jìn)路線，或是圈定火場(chǎng)范圍，及時(shí)統(tǒng)計(jì)火災(zāi)損失。同時(shí)提供標(biāo)繪工具配合撲火隊(duì)伍的指揮，為領(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行防火指揮提供輔助決策。3.3系統(tǒng)功能模塊系統(tǒng)功能主要包括以下幾個(gè)部分：1.全面的道路信息，隨時(shí)可查到各種等級(jí)的道路；2.各種防火設(shè)施如撲火隊(duì)伍，防火塔等專題圖的分布，各種設(shè)施的快捷查詢，為防火指揮決策起到良好的作用。3.通過(guò)了望塔或是經(jīng)緯度火情報(bào)告，精確的確定火點(diǎn)位置，快速的查找周圍的最近的撲

16、火隊(duì)伍，附近的道路情況和林相信息，可以制定相應(yīng)的撲火方案。4.快速生成任意范圍的三維圖形，飛行，旋轉(zhuǎn)，高程查詢，渲染等多種手段， 使得領(lǐng)導(dǎo)者能夠足不出戶就能對(duì)災(zāi)情準(zhǔn)確及時(shí)指揮。5.配合GPS衛(wèi)星定位，可以更加方便的掌握撲火隊(duì)伍情況。 森林火災(zāi)衛(wèi)星監(jiān)測(cè)及應(yīng)急疏散指揮示意圖在系統(tǒng)的建設(shè)中，將采取軟件集中研建，數(shù)據(jù)分級(jí)負(fù)責(zé)，建設(shè)分步實(shí)施的方式進(jìn)行：1應(yīng)用遙感技術(shù)（RS）、地理信息系統(tǒng)技術(shù)（GIS）、全球定位系統(tǒng)（GPS）、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)（DBMS）和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（WEB）等，在國(guó)家基礎(chǔ)地理框架和基礎(chǔ)地理信息支持下，以森林資源一類、二類和其他專項(xiàng)普查、調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，建立森林防火與檢測(cè)平臺(tái)。為各部門信息化建設(shè)

17、提供公共數(shù)據(jù)平臺(tái)。2選用適宜的軟件平臺(tái)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)對(duì)小班的遙感影像、矢量地形圖、柵格地形圖、矢量小班信息的集成管理。3采用各種先進(jìn)實(shí)用的軟件技術(shù)，在森林資源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(tái)的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)森林防火管理與檢測(cè)系統(tǒng)。4充分應(yīng)用各類信息，結(jié)合林政管理信息系統(tǒng)及其它信息系統(tǒng)的運(yùn)行成果，采用科學(xué)的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)森林資源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)高效的實(shí)時(shí)更新和森利火災(zāi)的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)與監(jiān)控。根據(jù)項(xiàng)目需求和實(shí)際應(yīng)用要求，系統(tǒng)應(yīng)分為以下兩個(gè)主要功能模塊：森林防火綜合地理信息查詢、管理與林火預(yù)測(cè)模塊和火災(zāi)應(yīng)急指揮撲救模塊和災(zāi)后損失評(píng)估模塊。第三部分、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng) 1系統(tǒng)設(shè)計(jì)突發(fā)性滑坡、崩塌、泥石流是我國(guó)最嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害類型，因其發(fā)生

18、時(shí)間短、隱蔽性強(qiáng)、破壞性大，極易造成重大人員傷亡和巨大經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，近10年來(lái)，因滑坡、崩塌、泥石流造成死亡和失蹤的人員每年平均約1000人，造成直接經(jīng)濟(jì)損失年均38.6億元。5.12汶川特大地震引起的滑坡、崩塌、泥石流造成大量人員傷亡和失蹤。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，地震區(qū)地質(zhì)災(zāi)害類型以滑坡為主，其次為崩塌和泥石流。四川、甘肅和陜西等省地震區(qū)84個(gè)縣(市、區(qū))發(fā)現(xiàn)重大地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)8439處，其中，滑坡4372處，崩塌2309處，泥石流515處，威脅109萬(wàn)人的生命安全。長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)建立的群測(cè)群防網(wǎng)絡(luò)基本上覆蓋了全國(guó)山區(qū)丘陵縣市，每年有效避災(zāi)上千起。然而，現(xiàn)有監(jiān)測(cè)手段大多采用人工收集方式，技術(shù)

19、方案存在數(shù)據(jù)收集不及時(shí)，信息覆蓋面不足的缺點(diǎn)。即使現(xiàn)有的野外自動(dòng)監(jiān)測(cè)，也僅限于少數(shù)幾個(gè)獨(dú)立的示范區(qū)，且區(qū)內(nèi)監(jiān)測(cè)設(shè)備沒(méi)有成網(wǎng)，沒(méi)有形成一個(gè)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)體系，難以滿足滑坡泥石流快速預(yù)警和突發(fā)應(yīng)急處置的需求。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)延伸了傳感器的感知觸角，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)狀態(tài)信息的非接觸傳遞、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、協(xié)作處理、本地化決策，以及與互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信網(wǎng)的泛在接入，大大提高了信息采集的實(shí)時(shí)性、可靠性和靈活性。以傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合寬帶移動(dòng)通信技術(shù)，選擇不同地質(zhì)環(huán)境背景、不同氣候條件的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)示范區(qū)建設(shè)，解決滑坡泥石流監(jiān)測(cè)預(yù)警的關(guān)鍵技術(shù)，建立監(jiān)測(cè)預(yù)警信息系統(tǒng)，獲取實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，建立滑坡泥石流的預(yù)測(cè)模型，及

20、時(shí)捕捉重大滑坡泥石流的前兆信息，為災(zāi)害防治提供技術(shù)支撐，保障國(guó)民經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定健康發(fā)展。2. 系統(tǒng)目標(biāo)本系統(tǒng)針對(duì)山美水庫(kù)地質(zhì)災(zāi)害防治工作的現(xiàn)實(shí)需求，將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、寬帶移動(dòng)通信技術(shù)與滑坡泥石流監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)相結(jié)合，開(kāi)展應(yīng)用示范和產(chǎn)業(yè)化建設(shè)，使我國(guó)地質(zhì)災(zāi)害野外監(jiān)測(cè)技術(shù)和預(yù)警方法取得突破性進(jìn)展，達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，為我國(guó)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警網(wǎng)絡(luò)體系建設(shè)和應(yīng)用推廣提供技術(shù)支撐。1. 針對(duì)滑坡泥石流監(jiān)測(cè)、預(yù)警、應(yīng)急處置的特點(diǎn)，提供長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)和應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、自組織網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及節(jié)點(diǎn)級(jí)系統(tǒng)軟件；2. 面向滑坡泥石流災(zāi)害處置的應(yīng)用需求，定制開(kāi)發(fā)小型化、低功耗、高可靠傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)級(jí)關(guān)鍵技術(shù)，接入移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的系列網(wǎng)關(guān)

21、設(shè)備；3. 提供基于2G/3GE技術(shù)的多媒體信息匯聚寬帶無(wú)線傳輸技術(shù)及研制相應(yīng)設(shè)備，并為多媒體應(yīng)急通信指揮系統(tǒng)提供技術(shù)支持；4. 提供滑坡泥石流監(jiān)測(cè)新型傳感器設(shè)備，滑坡泥石流監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)和應(yīng)急條件下的無(wú)線寬帶多媒體監(jiān)控系統(tǒng)，為災(zāi)害的預(yù)警和應(yīng)急處置提供支持。3. 總體架構(gòu)監(jiān)測(cè)地質(zhì)災(zāi)害的傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)。雨量傳感器、土壤含水率傳感器、地表裂縫傳感器、深部位移傳感器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量小，且數(shù)據(jù)不是時(shí)刻變化的；而次聲傳感器、GPS設(shè)備與視頻傳感器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量大。為了在滿足數(shù)據(jù)要求的條件下更好的利用帶寬資源，擬采用低速率與高速率傳感器節(jié)點(diǎn)共存的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。雨量傳感器、土壤含水率傳感器、地表裂

22、縫傳感器、深部位移傳感器采用低速率網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議；地聲傳感器、GPS設(shè)備與視頻傳感器采用高速率寬帶網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議。圖 4-2長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)示意圖在實(shí)際應(yīng)用中，單個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模直接影響網(wǎng)絡(luò)容量的提升，故將傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)為三層的MESH 網(wǎng)絡(luò)。第一層為使用ZigBee協(xié)議的低速率探測(cè)傳感器網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)中的各種探測(cè)傳感器節(jié)點(diǎn)與中繼節(jié)點(diǎn)通過(guò)自組織成網(wǎng)的方式形成最底層的傳感器監(jiān)測(cè)網(wǎng)。協(xié)議的自組織性主要體現(xiàn)在，傳感器節(jié)點(diǎn)故障時(shí)的網(wǎng)絡(luò)快速愈合能力和新的節(jié)點(diǎn)增加部署時(shí)的快速組網(wǎng)能力。擬采用帶有快速鄰居發(fā)現(xiàn)與更新的自組織網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，實(shí)現(xiàn)預(yù)期的目標(biāo)。第二層為匯聚網(wǎng)關(guān)層，使用WiFi進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，該層包括Z

23、igBee-WiFi網(wǎng)關(guān)、WiFi中繼節(jié)點(diǎn)、2G/3G網(wǎng)關(guān)與大數(shù)據(jù)量的音視頻傳感器節(jié)點(diǎn)、GPS傳感器節(jié)點(diǎn)和地聲傳感器節(jié)點(diǎn)。探測(cè)傳感網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)可以通過(guò)任一個(gè)ZigBee-WiFi網(wǎng)關(guān)接入?yún)R聚網(wǎng)關(guān)層，通過(guò)在匯聚網(wǎng)絡(luò)中中繼到達(dá)某一2G/3G網(wǎng)關(guān)，2G/3G網(wǎng)關(guān)具有WiFi到2G/3G的網(wǎng)關(guān)功能，能夠?qū)⑹褂肳iFi匯聚到的數(shù)據(jù)通過(guò)2G/3G網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到監(jiān)測(cè)中心。為了滿足大數(shù)據(jù)量的傳感器設(shè)備如音視頻傳感器等的數(shù)據(jù)速率要求，也將他們放入到匯聚網(wǎng)關(guān)層，他們可以以單跳或多跳的方式將數(shù)據(jù)傳送至2G/3G網(wǎng)絡(luò)中。第三層為2G/3G網(wǎng)絡(luò)與地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)中心站。為了更好的利用移動(dòng)通信基礎(chǔ)設(shè)施，本系統(tǒng)擬使用2G/3G網(wǎng)絡(luò)

24、與遠(yuǎn)程地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)中心站進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。2G/3G網(wǎng)絡(luò)具有覆蓋范圍廣、數(shù)據(jù)傳輸率高的特點(diǎn)。使用2G/3G網(wǎng)絡(luò)可以基本滿足當(dāng)前的監(jiān)測(cè)傳感器與多媒體數(shù)據(jù)的傳輸需求，并可以大大降低研發(fā)和部署成本。對(duì)于地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)的匯集傳輸是一個(gè)很好的選擇。4. 系統(tǒng)組成系統(tǒng)擬搭建在室內(nèi)，首先需要模擬野外的土壤環(huán)境，由于常見(jiàn)的地質(zhì)災(zāi)害多由降雨而引發(fā)，因此還需要進(jìn)行降雨的模擬。因此系統(tǒng)由以下及部分組成：模擬土壤環(huán)境、人工降雨系統(tǒng)、地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)傳感器、傳感器網(wǎng)組件、后臺(tái)軟件系統(tǒng)?，F(xiàn)分別進(jìn)行說(shuō)明。4.1. 地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)傳感器地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)傳感器包含了對(duì)常見(jiàn)的滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的全方位的監(jiān)測(cè)，主要包括：雨量傳感器、土壤含水率

25、傳感器、地表裂縫傳感器、深部位移傳感器、孔隙水壓力計(jì)以及次聲監(jiān)測(cè)單元等傳感器。下面分別進(jìn)行說(shuō)明。4.2 孔隙水壓力傳感器孔隙水壓力傳感器組件是孔隙水壓力觀測(cè)的傳感器，包含傳感器本體、激振模塊、測(cè)頻模塊，適用于測(cè)壓管中水壓、水位的測(cè)定、回填或原位孔隙水壓力的測(cè)定、揚(yáng)壓力的測(cè)定、水位或容器中流體壓力的測(cè)定，抗干擾能力強(qiáng)、長(zhǎng)期穩(wěn)定、密封可靠。性能參數(shù)：（1） 量程：（0-）0.12.0MPa可選；（2） 分辨率： <0.15%F.S（其余量程）；（3） 不重復(fù)度：<0.5%F.S；（4） 綜合誤差：<1%F.S;（5） 工作溫度：0-70。4.3土壤溫濕度水分傳感器土壤溫濕度水分傳

26、感器組件是將溫度和濕度測(cè)量元件集于一體觀測(cè)的傳感器，每套產(chǎn)品包含數(shù)只傳感器本體和一個(gè)高精度A/D采集卡，采用TDR（時(shí)域反射）原理，適用于土壤容積環(huán)境的測(cè)量，采用環(huán)保材料，全密封設(shè)計(jì)，經(jīng)久耐用。性能參數(shù)：(1) 濕度：測(cè)量參數(shù)：土壤容積含水量單 位：%（m3/m3）量 程：0100%（m3/m3）精 度：050%（m3/m3）范圍內(nèi)為±2%（m3/m3） 測(cè)量區(qū)域：90%的影響在以中央探針為中心直徑3cm、高6cm的圓柱體內(nèi) 穩(wěn)定時(shí)間：通電后約1秒響應(yīng)時(shí)間：響應(yīng)在1秒內(nèi)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)過(guò)程工作電壓：12V DC工作電流：50 mA輸出信號(hào)：420mA標(biāo)準(zhǔn)電流環(huán)密封材料：ABS工程塑料探針材料

27、：不銹鋼遙測(cè)距離：小于200米整體尺寸：直徑：50mm，全長(zhǎng)：200mm， 探針長(zhǎng)度：70mm(2) 溫 度： 量 程：28精 度：±0.24.4 固定式測(cè)斜儀固定式測(cè)斜儀（俗稱測(cè)斜探頭）是用于路基、邊坡等的地下深部形變、位移測(cè)量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)儀器。固定式測(cè)斜探頭組安裝在專用測(cè)斜管內(nèi)（同移動(dòng)式測(cè)斜儀），橫跨有變形（相對(duì)位移）的區(qū)域。其測(cè)量原理是：地層/結(jié)構(gòu)物移動(dòng)變形引起測(cè)斜管變形，測(cè)量探頭通過(guò)敏感自身的斜度（傾角）的變化來(lái)解算出測(cè)斜管在預(yù)定方位上的形變量，多個(gè)測(cè)量探頭組合安裝可以獲得沿測(cè)斜管的撓度變形剖面圖。性能參數(shù)：（1） 標(biāo)準(zhǔn)量程：±50°（垂直）；（2） 分辨率

28、：優(yōu)于8角秒（±0.02mm/500mm）；（3） 測(cè)量精度（符合度）：優(yōu)于±0.1%F.S；（4） 重復(fù)性（不重復(fù)度）：優(yōu)于±0.05%F.S；（5） 耐水壓: 1MPa（100m水深無(wú)泄漏）；（6） 適用測(cè)斜管內(nèi)徑：5672mm；（7） 工作溫度范圍：20 50。4.5裂縫位移計(jì)裂縫位移計(jì)是為適應(yīng)滑坡地表裂縫監(jiān)測(cè)開(kāi)發(fā)的大量程裂縫位移計(jì)，基于拉繩式位移傳感器開(kāi)發(fā)，具有量程大、低功耗、可埋設(shè)安裝等特點(diǎn)。性能參數(shù)：（1） 有效量程：0mm1000mm；（2） 分辨力：0.5mm；（3） 測(cè)量精度：優(yōu)于0.5%FS；（4） 工作溫度范圍：-20 50；4.6土壓力傳感

29、器組件土壓力計(jì)組件是使測(cè)量土壓力的傳感器，以鋼弦作為傳感元件，以連續(xù)激振的工作方式進(jìn)行測(cè)量，適用于房屋基礎(chǔ)、擋土結(jié)構(gòu)、水壩、隧道等的長(zhǎng)期觀測(cè)，包含傳感器本體、激振模塊、測(cè)頻模塊，抗干擾能力強(qiáng)、長(zhǎng)期穩(wěn)定、密封可靠。性能參數(shù)：（1） 量程：（0-）0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，0.6，0.8，1.0，1.5，2.0，3.0，5.0，10.0MPa可選；（2） 分辨率：<0.2%F.S（0.1，0.2MPa）; <0.15%F.S（其余量程）；（3） 不重復(fù)度：<0.5%F.S；（4） 綜合誤差：<1%F.S;（5） 工作溫度：0-70。4.7次聲監(jiān)測(cè)單元泥石流在形

30、成和運(yùn)動(dòng)過(guò)程的聲發(fā)射信號(hào)中有次聲成份，這種次聲成份為有確定的時(shí)域和頻域特性的信號(hào)，幾乎不衰減且約等于聲速，以空氣為介質(zhì)傳遞。次聲監(jiān)測(cè)單元能在泥石流到達(dá)前率先捕捉到它的次聲信號(hào)，可以提前報(bào)警。次聲監(jiān)測(cè)單元是一個(gè)獨(dú)立的監(jiān)測(cè)單元，連續(xù)通電工作，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)附近的次聲信號(hào)，每隔3-5分鐘上報(bào)一次數(shù)據(jù)，不具備遠(yuǎn)程設(shè)置的功能，需事先在下位機(jī)設(shè)置好IP地址、端口號(hào)。監(jiān)控中心收到數(shù)據(jù)后，進(jìn)行分析處理，達(dá)到按經(jīng)驗(yàn)設(shè)定好的報(bào)警閾值時(shí)，自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信息，并通過(guò)短信通知相關(guān)人員。性能參數(shù)：（1） 傳感器靈敏度約50mV/Pa；（2） 數(shù)據(jù)采樣頻率50Hz100Hz；（3） 存儲(chǔ)卡容量：512M，可存儲(chǔ)90小時(shí)數(shù)據(jù)；（4）

31、 功耗：<4W；（5） 額定電壓：AC220V/50Hz/DC±12V；（6） 工作電壓AC176-264V，40-60Hz，DC10V-15V。4.8土壤PH傳感器土壤PH傳感器主要用于長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)土壤PH值的變化，采集的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線的方式傳輸?shù)娇刂贫?，以利于時(shí)時(shí)了解土質(zhì)的變化情況及實(shí)施保護(hù)措施。性能參數(shù)：（1）測(cè)量范圍；0-14PH（2）溫度范圍；0-80°（3）零電位PH值；7±0.25PH（4）斜率；95%（5）相應(yīng)時(shí)間；10秒（6）精度；±0.02PH（7）輸出；±1999mV，25°時(shí)一個(gè)PH單位對(duì)應(yīng)于59.16mV4.

32、9視頻攝像頭攝像頭采用?？档臋C(jī)械驅(qū)動(dòng)的云臺(tái)攝像頭，可以通過(guò)控制程序調(diào)節(jié)攝像頭拍攝的角度和距離，最終將視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)街缚刂行摹Ｖ缚刂行牡囊曨l服務(wù)器實(shí)時(shí)存儲(chǔ)每個(gè)攝像頭采集到的數(shù)據(jù)，以供如后分析。視屏模塊方案采用國(guó)內(nèi)安防產(chǎn)品提供商?？低暤?寸網(wǎng)絡(luò)高速智能球機(jī)。主要特性有：（1）系統(tǒng)功能: 采用1/4"索尼高性能CCD, 圖像清晰 精密電機(jī)驅(qū)動(dòng), 反應(yīng)靈敏, 運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn), 精度偏差少于0.1度, 在任何速度下圖像無(wú)抖動(dòng) 支持RS-485控制下對(duì)HIKVISION、Pelco-P/D協(xié)議的自動(dòng)識(shí)別 支持三維智能定位功能, 配合DVR和客戶端軟件可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)擊跟蹤和放大 支持多語(yǔ)言菜單及操作提示功能

33、, 用戶界面友好 支持?jǐn)?shù)據(jù)斷電不丟失 支持?jǐn)嚯姞顟B(tài)記憶功能, 上電后自動(dòng)回到斷電前的云臺(tái)和鏡頭狀態(tài) 支持光纖模塊接入 支持內(nèi)置溫度感應(yīng)器, 可顯示機(jī)內(nèi)溫度 支持防雷、防浪涌、防突波功能 室外球達(dá)到IP66防護(hù)等級(jí) 支持3D數(shù)字降噪 支持定時(shí)任務(wù)預(yù)置點(diǎn)/花樣掃描/巡航掃描/水平掃描/垂直掃描/隨機(jī)掃描/幀掃描/全景掃描等功能（2） 機(jī)芯功能: 支持自動(dòng)光圈、自動(dòng)聚焦、自動(dòng)白平衡、背光補(bǔ)償和低照度(彩色/黑白)自動(dòng)/手動(dòng)轉(zhuǎn)換功能, 寬動(dòng)態(tài)功能可選 支持隱私屏蔽（3）云臺(tái)功能: 水平方向360°連續(xù)旋轉(zhuǎn), 垂直方向-5°-185°, 無(wú)監(jiān)視盲區(qū) 水平預(yù)置點(diǎn)速度最高可達(dá)1

34、50°/s, 垂直預(yù)置點(diǎn)速度最高可達(dá)100°/s 水平鍵控速度為0.1°150°/s, 垂直鍵控速度為0.1°100°/s 支持256個(gè)預(yù)置位, 并具有預(yù)置點(diǎn)視頻凍結(jié)功能 支持8條巡航掃描, 每條可添加32個(gè)預(yù)置點(diǎn) 支持4條花樣掃描, 每條路徑記錄時(shí)間大于10分鐘 支持比例變倍功能, 旋轉(zhuǎn)速度可以根據(jù)鏡頭變倍倍數(shù)自動(dòng)調(diào)整 支持守望功能, 預(yù)置點(diǎn)/花樣掃描/巡航掃描/水平掃描/垂直掃描/隨機(jī)掃描/幀掃描/全景掃描可在空閑狀態(tài)停留指定時(shí)間后自動(dòng)調(diào)用(包括上電后進(jìn)入的空閑狀態(tài)) 支持報(bào)警功能, 內(nèi)置2路報(bào)警輸入（7路可選）和2路報(bào)警輸出,

35、支持報(bào)警聯(lián)動(dòng), 可在報(bào)警后觸發(fā)調(diào)用預(yù)置點(diǎn)/巡航掃描/花樣掃描/SD卡錄像/觸發(fā)開(kāi)關(guān)量輸出/客戶端電子地圖（4）網(wǎng)絡(luò)功能: 采用H.264視頻壓縮算法和TI高性價(jià)比的最新達(dá)芬奇處理芯片和平臺(tái), 性能可靠穩(wěn)定 支持以太網(wǎng)控制, 同時(shí)支持模擬接入 可通過(guò)IE瀏覽器和客戶端軟件觀看圖像并實(shí)現(xiàn)控制 支持SDHC卡和標(biāo)準(zhǔn)的SD卡存儲(chǔ) 支持三級(jí)用戶權(quán)限管理 支持雙碼流技術(shù) 支持多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議, TCP/IP、HTTP、DHCP、DNS、RTP/RTCP、PPPoE(FTP、SMTP、NTP、SNMP可添加) 支持1路音頻輸入和1路音頻輸出（5） 應(yīng)用場(chǎng)景可廣泛應(yīng)用于需要大范圍監(jiān)控的場(chǎng)所, 如:河流、森林、公路

36、、鐵路、機(jī)場(chǎng)、港口、崗哨、廣場(chǎng)、公園、景區(qū)、街道、車站、大型場(chǎng)館、小區(qū)外圍等場(chǎng)所。（6） 外形尺寸(單位:mm)4.10 傳感網(wǎng)組件傳感網(wǎng)組件由Zigbee低功耗節(jié)點(diǎn)IOT-NODE2530和WiFi中高速率節(jié)點(diǎn)兼網(wǎng)關(guān)IOT-ARM9組成，具體介紹如下：1）、Zigbee低功耗節(jié)點(diǎn)IOT-NODE2530IOT-NODE2530開(kāi)發(fā)套件是一款功能強(qiáng)大的2.4G無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)（WSN）開(kāi)發(fā)套件，它提供了功能齊全的WSN節(jié)點(diǎn)IOT-NODE2530、全面支持ZigBee 2007 Pro的無(wú)線通信協(xié)議棧和WSN可視化軟件。套件還提供了通用TICC系列芯片編程器和相關(guān)使用說(shuō)明。IOT-NODE2530

37、節(jié)點(diǎn)基于TI SOC芯片CC2530，該芯片射頻部分采用TI公司第二代IEEE 802.15.4射頻芯片CC2520，容量達(dá)256KB的低功耗FLASH存儲(chǔ)器。整個(gè)系統(tǒng)采用了標(biāo)準(zhǔn)尺寸的接口插針，可以實(shí)現(xiàn)按照不同的應(yīng)用需求進(jìn)行擴(kuò)展。性能參數(shù)：（1） CC2530F256：增強(qiáng)型8位的8051 處理器（2） 芯片閃存：256kB Flash、8kB 內(nèi)部SRAM（3） 工作電壓：2.0V3.6V（4） 工作頻率：2.4GHz（5） 低功耗：具有四種低功耗工作模式，最低功耗模式下工作時(shí)僅0.4A的流耗，外部中斷能喚醒系統(tǒng)（6） 傳輸速率：250Kbps（7） 可編程的輸出功率高達(dá)4.5dBm（8）

38、節(jié)點(diǎn)開(kāi)關(guān)： 1個(gè)電源選擇開(kāi)關(guān)；（9） 供電方式： 2節(jié)5號(hào)電池供電，USB供電以及外接電源供電；（10） 接口：1個(gè)RS232接口；10針JTAG插座；外擴(kuò)I/O口；1個(gè)兩節(jié)電池盒；1個(gè)SMA天線座；2）、WiFi中高速率節(jié)點(diǎn)IOT-ARM9IOT-ARM9開(kāi)發(fā)套件是一個(gè)基于NXP LPC3250 ARM9微處理器的無(wú)線軟硬件平臺(tái)，采用模塊化的設(shè)計(jì)理念開(kāi)發(fā)，注重穩(wěn)定性與可靠性。它極大地簡(jiǎn)化了用戶的開(kāi)發(fā)過(guò)程，降低了開(kāi)發(fā)成本和設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)。開(kāi)發(fā)平臺(tái)除了集成SPI WiFi（符合802.11b/g標(biāo)準(zhǔn)）和CC1000之外，還支持外擴(kuò)USB商用攝像頭、商用USB WiFi網(wǎng)卡、WCDMA 3G模塊，方便用

39、戶進(jìn)行各種無(wú)線通信開(kāi)發(fā)。此外，平臺(tái)還配備了7個(gè)TTL IO口、1個(gè)USB 2.0接口、1個(gè)SD卡座、1個(gè)LCD接口、2個(gè)UART接口與1個(gè)JTAG連接器，可以方便地實(shí)現(xiàn)硬件擴(kuò)展。性能參數(shù)：（1） 處理器：NXP LPC3250微處理器，工作主頻可高達(dá)266MHz（2） 開(kāi)發(fā)平臺(tái)集成64MB SDRAM、256MB Nand Flash、2MB Nor Flash、2MB SPI Flash（3） 支持NandFlash、NorFlash，支持網(wǎng)絡(luò)、USB和SD接口下載燒寫內(nèi)核和文件系統(tǒng)（4） TFT-6862 3.5寸液晶屏，像素為320X240（5） 集成CC1000通信芯片及433M天線（

40、6） 集成SPIWiFi通信模塊，可選USBWiFi和WCDMA 3G通信模塊（7） 32.768KHz RTC實(shí)時(shí)時(shí)鐘（8） 通過(guò)USB連接PC攝像頭和以太網(wǎng)口連接高清云臺(tái)攝像頭（可選）（9） 1個(gè)USB OTG 2.0接口，mini-B 連接器，ESD保護(hù)，1個(gè)SD卡座，2個(gè)UART接口（10） 1個(gè)電源指示燈，1個(gè)可編程指示燈，1個(gè)無(wú)線網(wǎng)卡模塊通信指示燈，4個(gè)用戶級(jí)LED燈（11） 工作溫度: -20+70（12） 工作濕度: 090%，無(wú)冷凝第四部分、水資源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)1. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)水利信息化綜合體系中，應(yīng)用系統(tǒng)以水資源管理、農(nóng)村水利信息管理等水利部提出的八大重點(diǎn)工程為核心，服務(wù)于各種水利

41、業(yè)務(wù)管理；信息化基礎(chǔ)設(shè)施不僅包括水利應(yīng)用系統(tǒng)賴以存在的網(wǎng)絡(luò)硬件平臺(tái)，還包括水利基礎(chǔ)信息采集點(diǎn)、水利通信骨干網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)。我國(guó)水利信息化還基本處于基礎(chǔ)設(shè)施完善和業(yè)務(wù)應(yīng)用初步建設(shè)的階段，為加快水利行業(yè)信息化的進(jìn)程，需要更廣泛、有效地運(yùn)用高新科技，結(jié)合水利行業(yè)的業(yè)務(wù)特點(diǎn)，尤是近期如火如荼的物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)。水利物聯(lián)網(wǎng)解決方案立足水利行業(yè)信息化的發(fā)展。通過(guò)提供灌區(qū)信息化管理系統(tǒng)、水資源管理系統(tǒng)、水利通信與自動(dòng)化系統(tǒng)等，對(duì)水文、水質(zhì)、閘門等實(shí)時(shí)信息的采集、傳輸、處理加工和應(yīng)用，切實(shí)提高水利行業(yè)管理的綜合能力和管理水平，實(shí)現(xiàn)向動(dòng)態(tài)管理、精細(xì)管理、定量管理和科學(xué)管理的轉(zhuǎn)變。2. 系統(tǒng)架構(gòu)水利物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)采用流

42、量監(jiān)測(cè)設(shè)備、水質(zhì)檢測(cè)設(shè)備和視頻監(jiān)測(cè)設(shè)備等，對(duì)水流量、水質(zhì)、視頻信息等進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，以標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)電信號(hào)上報(bào)綜合信息化采集器，接入到中國(guó)移動(dòng)TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)或者中國(guó)聯(lián)通的3G網(wǎng)絡(luò)。綜合信息采集器采用多路A/D復(fù)用傳感器采集通道，可外接多路模擬量、數(shù)字量傳感器探頭，提供水質(zhì)檢測(cè)儀協(xié)議轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)量轉(zhuǎn)換，提供視頻模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)信號(hào)（H.264），最終將視頻信號(hào)、水質(zhì)監(jiān)測(cè)信號(hào)和水量監(jiān)測(cè)信號(hào)合并上傳。為保證設(shè)備可靠運(yùn)行，需要提供完善的室外環(huán)境適應(yīng)設(shè)計(jì)，如攝像機(jī)及水質(zhì)檢測(cè)儀需安裝于野外環(huán)境中，其余設(shè)備均安裝于室外設(shè)備箱體內(nèi)。箱體設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮防潮、防雨、防雷擊、高低溫工作環(huán)境等因素。在供電系統(tǒng)成熟區(qū)域，電

43、源采集可直接從動(dòng)力配電室引出，只需布設(shè)電源線纜進(jìn)行接入；在不具備供電系統(tǒng)的區(qū)域，采用太陽(yáng)能板供電，這樣使用壽命長(zhǎng)、性能穩(wěn)定、維護(hù)費(fèi)用較低。（水利物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)方案架構(gòu)圖）本系統(tǒng)由感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層組成。其中，感知層包括：水文傳感器（水溫、流量、流速、PH值等）、管道傳感器（水壓、流量等）、水利設(shè)備標(biāo)識(shí)（RFID標(biāo)簽、一維碼標(biāo)簽等）、視頻攝像頭、采集節(jié)點(diǎn)等。網(wǎng)絡(luò)層包括：節(jié)點(diǎn)間的ZigBee網(wǎng)絡(luò)、wifi網(wǎng)絡(luò)、3G網(wǎng)絡(luò)、GPRS網(wǎng)絡(luò)等。應(yīng)用層包括：設(shè)備管理系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、WEB服務(wù)系統(tǒng)等。水利物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室側(cè)重于將復(fù)雜的系統(tǒng)，通過(guò)簡(jiǎn)單的設(shè)備和原理展現(xiàn)出來(lái)，有利益學(xué)生對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的認(rèn)識(shí)，并且提供了

44、廣泛的接口，方便進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)和進(jìn)行深入研究。在學(xué)生培養(yǎng)方面，實(shí)現(xiàn)了從簡(jiǎn)到繁的漸進(jìn)學(xué)習(xí)；在開(kāi)發(fā)方面，實(shí)現(xiàn)了可調(diào)可控，易于開(kāi)發(fā)的友好環(huán)境；在產(chǎn)業(yè)應(yīng)用方面，通過(guò)對(duì)模塊化的操作，便于在工業(yè)應(yīng)用中集成；在科研方面，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)設(shè)備，可憑借平臺(tái)申請(qǐng)相關(guān)項(xiàng)目，并且在平臺(tái)上進(jìn)一步進(jìn)行科學(xué)研究。3. 感知層設(shè)計(jì)感知層節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)著信息采集，信息采集節(jié)點(diǎn)采用多路A/D復(fù)用傳感器采集通道，可外接多路模擬量、數(shù)字量傳感器探頭，提供水質(zhì)檢測(cè)儀協(xié)議轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)量轉(zhuǎn)換。將數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線或者有線方式傳輸出去。視頻模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)信號(hào)（H.264），最終將視頻信號(hào)、水質(zhì)監(jiān)測(cè)信號(hào)和水量監(jiān)測(cè)信號(hào)合并上傳。信息采集節(jié)點(diǎn)由三個(gè)主要模

45、塊組成：低功耗芯片組模塊，傳感器接口模塊和電源模塊。其中，低功耗芯片組模塊包括了處理器、射頻模塊以及低功耗管理模塊，低功耗的一體化設(shè)計(jì)成可以對(duì)芯片進(jìn)行修改以適應(yīng)低功耗要求。通過(guò)設(shè)置低功耗管理模塊，可以對(duì)處理器和射頻模塊的功耗進(jìn)行統(tǒng)一的管理，進(jìn)而使得對(duì)功耗的管理更具有靈活性。通過(guò)設(shè)置傳感器接口模塊，增加了節(jié)點(diǎn)設(shè)備的靈活性。通過(guò)配置不同的傳感器接口模塊，可以使節(jié)點(diǎn)設(shè)備匹配不同類型的傳感器，從而以非常小的代價(jià)提供非常高的靈活性。另外，通過(guò)設(shè)計(jì)接口模塊，可以使節(jié)點(diǎn)連接多種類型的傳感器。電源模塊為低功耗芯片組模塊和傳感器接口模塊提供電能支持。電源模塊由電源采集模塊、電源控制模塊以及電源存儲(chǔ)模塊組成。由于

46、設(shè)備工作在野外，無(wú)法獲得穩(wěn)定的有線電源，因此考慮采用太陽(yáng)能，而電源采集模塊負(fù)責(zé)能量的采集。由于太陽(yáng)能受時(shí)間和天氣等外界因素的影響比較大，因此設(shè)置電源存儲(chǔ)模塊，將采集的能量存儲(chǔ)起來(lái)，供無(wú)法獲得太陽(yáng)能的時(shí)候使用。電源控制模塊負(fù)責(zé)整個(gè)電源模塊的管理。信息采集節(jié)點(diǎn)設(shè)備組成4. 網(wǎng)絡(luò)層設(shè)計(jì)方案由于傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的通信能力較弱，相隔一定距離的傳感器節(jié)點(diǎn)之間不能實(shí)現(xiàn)直接通信，而為了能夠?qū)鞲械臄?shù)據(jù)及時(shí)有效的發(fā)送出去，整個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)必須要能夠連接成一個(gè)能互連互通的網(wǎng)絡(luò)，因此，傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)必不可少。傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)在傳感器網(wǎng)絡(luò)中的作用相當(dāng)于橋梁，可以將彼此間相互獨(dú)立的信息區(qū)域連接起來(lái)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)必須面臨復(fù)雜

47、的環(huán)境，必須通過(guò)各種不同的高低速率的無(wú)線協(xié)議的合作才能準(zhǔn)確的獲取監(jiān)測(cè)地區(qū)的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。因此，網(wǎng)關(guān)設(shè)備必須能夠處理各種不同協(xié)議之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。5. 水文信息采集水利信息化是國(guó)家信息化建設(shè)的重要組成部分，它是指充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)，深入開(kāi)發(fā)和廣泛利用水利信息資源，實(shí)現(xiàn)水利信息采集、傳輸、處理和服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)化與智能化，全面提長(zhǎng)水利事業(yè)各項(xiàng)活動(dòng)的效率和效能的歷史過(guò)程。水文信息包括了所有描述水體天然和人為影響等各類要素，是水利信息中最重要、最活躍的部分，是水利信息資源的主體之一。5.1 傳感器傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出

48、，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。在水利物聯(lián)網(wǎng)中，傳感器多種多樣，可采集水文、水質(zhì)等信息，以及水利的其他物理信息，例如：水位、水壓、流速、流量、PH值等。1）、水位傳感器水位傳感器提供高精度的水位測(cè)量，應(yīng)用范圍廣，包括一些惡劣的環(huán)境。自帶動(dòng)態(tài)溫度補(bǔ)償系統(tǒng)，在很寬的溫度范圍仍具有較高的測(cè)量精度。它適用于數(shù)據(jù)記錄器、遙測(cè)、監(jiān)測(cè)設(shè)備。由一個(gè)固態(tài)沉入式壓力變換器組成，壓力變換器封裝在一個(gè)20mm直徑的不銹鋼外殼內(nèi)。配有模制防風(fēng)雨電纜和2芯線4-20mA信號(hào)輸出，用于連接到監(jiān)測(cè)裝置。壓力范圍：0-1，5，10，20，40，75，152米(可選)

49、精度：±0.1% 滿量程（恒溫）輸出：4-20mA 或 0.5-2.5VDC(取樣電阻125歐姆)電源電壓：8-36VDC工作溫度：-40+852）、水壓傳感器水壓傳感器采用擴(kuò)散硅進(jìn)口芯片，電路采用信號(hào)隔離放大，截頻干擾設(shè)計(jì)（抗干擾能力強(qiáng)，防雷擊）過(guò)壓保護(hù)，限流保護(hù)，抗沖擊，防腐等。316不銹鋼全封焊，結(jié)構(gòu)小巧、緊湊，有良好的防潮能力和優(yōu)異的介質(zhì)兼容性。壓力傳感器是在單晶硅片上擴(kuò)散上一個(gè)惠斯通電橋，電壓阻效應(yīng)是橋壁電阻值發(fā)生變化，產(chǎn)生一個(gè)差動(dòng)電壓信號(hào)。此信號(hào)經(jīng)專用放大器，再經(jīng)電壓電流變換，將量程相對(duì)應(yīng)的信號(hào)轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)420mA/05VDC/010VDC信號(hào)。 量 程： -0.100.

50、001100MPa（中間量程任選）綜合精度： 0.2%FS壓力類型： 負(fù)壓、絕壓、表壓、密封壓（絕壓加140）（可選測(cè)量介質(zhì)： 氣體 液體輸出信號(hào)： 420mA 供電電壓： 1236VDC 介質(zhì)溫度： -4085環(huán)境溫度： 常溫-4085零點(diǎn)溫漂移：±0.01%FS/量程溫度漂移：±0.01%FS/補(bǔ)償溫度： 070安全過(guò)載： 150%FS極限過(guò)載： 200%FS防護(hù)等級(jí)： IP65采樣頻率： 2ms3)、水溫傳感器水溫傳感器是一個(gè)堅(jiān)固耐用的水樣溫度測(cè)量器件。探頭與7.6米船舶級(jí)電纜塑壓連接，采用2線制，電子部件全部由船舶級(jí)環(huán)氧樹脂封裝。輸出：4-20mA 測(cè)量范圍：-50

51、+50精度：±0.1工作電壓：10-36VDC工作溫度：-50+1004）、PH傳感器pH傳感器堅(jiān)固耐用、值得信賴。配備7.6米的船舶級(jí)電纜，電纜長(zhǎng)度可根據(jù)需要調(diào)整。pH傳感器輸出是3線配置的4-20mA，使用船舶級(jí)環(huán)氧樹脂將電子部件完全封裝在不銹鋼外殼里。pH值傳感器還使用了可拆卸的防護(hù)罩、可更換的pH電極，易于維護(hù)。輸出：4-20mA測(cè)量范圍：0-14 pH精度：2% 滿量程工作電壓：10-36 VDC工作溫度：-5+555）、電導(dǎo)率傳感器電導(dǎo)率傳感器使用4級(jí)電極測(cè)量技術(shù)，提供大量程的電導(dǎo)率和溫度的準(zhǔn)確讀數(shù)。由于離子溶液的電導(dǎo)率隨溫度升高而增加，因此內(nèi)置溫度傳感器，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)25，

52、提供2%/的自動(dòng)溫度補(bǔ)償。內(nèi)置接口模塊把數(shù)字電導(dǎo)率和溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為2股獨(dú)立的4-20mA信號(hào)，分別連接數(shù)據(jù)記錄器和可編程邏輯控制器（PLC）設(shè)備。 測(cè)量范圍：0-200µS/cm，200-2000µS/cm，2-20mS/cm，20-200mS/cm，200-2000mS/cm（可選）分辨率：0.1µS/cm，1µS/cm，0.01mS/cm，0.1mS/cm，1 mS/cm（分別對(duì)應(yīng)上述測(cè)量范圍）精度：讀數(shù)的±0.5% 溫度范圍：-5+70溫度精度：0.2輸出：4-20mA雙信號(hào)（電導(dǎo)率和溫度傳感器）最大壓力：35 psi（25米水深）最小浸入

53、深度：36mm工作電壓：10-36 VDC工作溫度：-5+706）、溶解氧傳感器溶解氧傳感器堅(jiān)固耐用、值得信賴。連接到7.6m的船舶級(jí)電纜。溶解氧傳感器輸出為3線配置，4-20mA，使用船舶級(jí)環(huán)氧樹脂將電子部件完全封裝。輸出：4-20mA測(cè)量范圍：0-100%飽和度，0-8mg/L(溫度補(bǔ)償至25)精度：±0.5% 滿量程最大壓力：40 psi電壓：10-36VDC輸出電流：15.5mA+傳感器電流工作溫度：-40+557）、OPR傳感器ORP傳感器堅(jiān)固可靠，配有7.6米的船舶級(jí)電纜。傳感器信號(hào)輸出為三線配置，4-20mA。其電子部件全部封裝在船舶級(jí)環(huán)氧樹脂（在線版本尺寸為PVC管，

54、兩端帶螺紋，還有蓋帽）。輸出功率：4-20mA范圍：-500+500 mV精度：2% 滿量程最大壓力：40psi輸出電流：0.2 mA+傳感器電流8）、濁度傳感器濁度傳感器是一款高精確度的入水式儀器，可用于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境或過(guò)程監(jiān)測(cè)。應(yīng)用范圍包括：水質(zhì)檢測(cè)及監(jiān)管、河道監(jiān)測(cè)、水流測(cè)量、水庫(kù)水質(zhì)檢測(cè)、地下水檢測(cè)、廢水處理及工業(yè)排污控制。范圍：0-50NTU和0-1000NTU（可選）精度：±1% 滿量程輸出：4-20mA方法：90°散射法，帶校正功能工作電壓：10-36 VDC輸出電流：30mA+傳感器輸出預(yù)熱時(shí)間：5秒操作溫度：-10+50最大壓力：30 psi5.2 采集控制節(jié)點(diǎn)采

55、集節(jié)點(diǎn)就是將傳感器感知到環(huán)境的模擬信號(hào)，通過(guò)ADC轉(zhuǎn)換為點(diǎn)信息，初步的進(jìn)行數(shù)值化處理、存儲(chǔ)等，之后，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。IOT-NODE2530開(kāi)發(fā)套件是一款功能強(qiáng)大的物聯(lián)網(wǎng)和無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)套件，它提供了功能齊全的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)IOT-NODE2530全面支持ZigBee 2007 Pro的無(wú)線通信協(xié)議和WSN可視化軟件。套件還提供了通用TI出品的CC系列芯片編程器和相關(guān)使用說(shuō)明。完備的硬件、軟件及技術(shù)支持使得用戶可以輕松地將該套件廣泛應(yīng)用于工業(yè)、科研和教學(xué)等領(lǐng)域。 IOT-NODE2530節(jié)點(diǎn)基于TI SOC芯片CC2530，片內(nèi)FLASH的容量達(dá)256KB。整個(gè)系統(tǒng)采用了通用接口插針，可以按照應(yīng)用需求進(jìn)行擴(kuò)展。硬件配置及相關(guān)參數(shù)：1.IOT-NODE2530節(jié)點(diǎn)CC2530F256：增強(qiáng)型8位的8051 處理器板載內(nèi)存：256KB片內(nèi)Flash、8KB片內(nèi)SRAM工作電壓：2.0V3.6V射頻頻率：2.4GHz低功耗：具有四種低功耗工作模式，最低功耗模式下工作時(shí)僅0.4A的流耗，外部中斷可喚醒系統(tǒng)傳輸速率：250Kbps可編程的輸