[发明专利]水利工程影响下基于物联网的流域水文水质监控系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于水文水资源监控和水环境保护领域，尤其涉及一种基于物联网技术的针对水利工程影响下的流域水文和水质监测及保护方法和系统。

背景技术

我国大江大河往往大型水利工程群密布，人为干扰强烈，以至水文与水质时空分布差异很大，水环境问题十分复杂。例如，大型水库建成后，库区内支流易发生富营养化与水华，而坝下河段出现珍稀鱼类生境退化，通江湖泊湿地退化，以及河口盐水入侵等问题；上述水环境问题出现的时间与地点虽然不尽相同，但其本质原因均是大型水利水电工程建设和运行导致流域水文情势发生变化，进而引发区域性水动力特征与水质时空分布变化与显著差异。由此可见，在水利工程影响下维系流域健康的首要任务是在流域内重点区域（主河道、支流、通江湖泊、水库、河口区）全过程跟踪监测水文（水位、流量、流速、泥沙、降雨、蒸发等）和水质（水温、浊度、酸碱度、电导度、溶解氧、生化需氧量、化学需氧量、营养盐、叶绿素、微量毒素等）参数，及时、准确、全面地反映流域水资源与水环境现状，并对其发展趋势做出科学评估和预测，为流域水安全规划、管理、防治提供科学依据。

我国虽已对太湖、巢湖、滇池等开展了大量的湖泊水文水质监测工作，但针对水利工程影响强烈、空间尺度更大、支流众多、地理环境更为复杂的流域监测与保护，技术水平比较有限：（1）尚无统一的流域监测和保护的方法与体系，在针对水利工程影响下流域一体化水文水质监控时，在数据汇交、新技术应用、动态监测等方面存在明显不足；（2）传统监测技术基本依赖于固定站点人工监测和数据处理，监测指标和断面偏少，监测频率低，数据较为稀疏，缺乏现场自动测报能力，机动监测能力不足，难以第一时间获得全面的水环境质量状况；（3）监测信息有效转化能力弱，在数据共享、数据挖掘、信息融合等方面，远不能满足流域水环境一体化保护的需要。

上述可知，对水利工程影响下的大尺度流域水资源与水环境的一体化有效监管，必须突破传统的水文和水质监测技术，实现远程信息自动采集、多点数据交互传输、数据信息充分挖掘等功能。虽然我国在部分水系尝试性地建立了一些水质自动监测站，但只是在传统静态监控结构之下的局部技术改善，并没有根本改变流域数据上报延迟和多源信息融合困难的问题。近年来在交通、安全、工业、水产养殖等领域发展起来物联网技术是改变上述缺陷的有效途径；该技术借助无线网络技术将微型感应芯片、射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备融合在一起，实现物与物之间的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。

有文献（张云，蔡彬彬.基于物联网架构的水文监测系统研究.水资源与水工程学报，2012，23:173-175）提出了一种基于物联网技术的水文监测系统的设计方案，采用ZigBee和GPRS技术实施水文远程监测，但仅针对很小范围内的水位、流量两个指标；另有文献（蒋云钟，冶运涛，王浩.智慧流域及其应用前景.系统工程理论与实践，2011，31:1174-1181）提出“智慧流域”之一概念，建议在流域范围内融合物联网技术、云计算、数值模拟平台等，为防洪减灾和水资源管理提供助力，但该文献是对物联网等新技术在流域监管方面的宏观定性展望和建议。总体而言，已有成果存在两方面的明显不足：（1）尽管已有部分专家学者初步展望了物联网技术与水文水质监测的结合，但均是将水文水质监测活动与物联网的直观叠加，未能给出实际技术路线和解决方案；（2）物联网监管已经应用在一些与水产相关的流域，但均是非常小范围的孤立应用，例如在水产养殖系统或者水源地监测中的案例，尺度均非常小（米级），所涉及参数也十分有限，远不能胜任大流域尺度的水文水质复杂监测工作。

总之，我国迫切需要开发出适用于水利工程影响下的跨区域、多技术手段融合、实时在线的流域水文水质监测及保护的远程管控系统，实现统一指挥、统一调度、统一管理。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，本发明专利所要解决的技术问题是，克服目前已有的河流水文水质监控系统的缺点，弥补河流水文水质信息监控技术方法的不足，提供一种水利工程影响下基于物联网的流域水文水质监控系统及方法，可以对水利工程影响下的流域复杂水文水质进行实时、可靠及完整的流域水资源及水质状态监控和保护。

本发明解决以上技术问题的技术方案是：

水利工程影响下基于物联网的流域水文水质监控系统，由相互通信连接的流域水文水质监测系统、流域水文水质信息管理系统以及流域水文水质数据分析与决策支持系统组成；

㈠所述流域水文水质监测系统由水文水质信息采集与通信子系统和视频信息采集子系统组成，用于水文水质的信息采集及通信传输；

所述水文水质信息采集与通信子系统包括：