盾華電子 史新華

農(nóng)業(yè)水價(jià)改革是近年來(lái)水利高質(zhì)量發(fā)展的一個(gè)重要改革性措施，其中，灌區(qū)流量計(jì)量更是實(shí)現(xiàn)這一舉措的重要抓手。通過(guò)精準(zhǔn)的流量監(jiān)測(cè)，能夠?qū)崟r(shí)掌握灌區(qū)用水情況，為合理制定水價(jià)提供可靠依據(jù)。

對(duì)于設(shè)計(jì)師而言，開(kāi)展灌區(qū)流量自動(dòng)化監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)工作，需要考慮諸多因素 ，特別是當(dāng)面對(duì)水利工程野外復(fù)雜多變的環(huán)境時(shí)，更需要審慎對(duì)待，綜合考量。

總體來(lái)說(shuō)，灌區(qū)流量監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)需要進(jìn)行四個(gè)方面的工作，分別是基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)、監(jiān)測(cè)設(shè)備選型、供電設(shè)計(jì)以及通訊設(shè)計(jì)。

本文主要從設(shè)計(jì)人員的角度出發(fā)，以灌區(qū)最常見(jiàn)的明渠渠道作為案例，簡(jiǎn)要論述如何進(jìn)行灌區(qū)流量監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)工作。

01 基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)

作為信息化設(shè)備的重要載體，基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)是十分重要的。

由于前面已經(jīng)講過(guò)如何進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)了，不了解的朋友可以翻閱我的這篇文章進(jìn)行查看：

(三)智慧水利—智慧水利立桿設(shè)計(jì)

目前灌區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)可參考：

立桿：外徑φ165鍍鋅鋼管，壁厚不小于4.5mm，立桿高為4500mm；

基礎(chǔ)：尺寸為800mm×800mm×1200mm，結(jié)構(gòu)為C25砼。

02 監(jiān)測(cè)設(shè)備選型

監(jiān)測(cè)設(shè)備比選一般遵循以下原則。

1. 計(jì)量精度：所選用的量測(cè)設(shè)施必須滿足相關(guān)規(guī)范的精度要求，并能夠提供性能穩(wěn)定、可靠的數(shù)據(jù)，以支持農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革的需要。

2. 操作與維護(hù)：量測(cè)設(shè)備應(yīng)易于安裝，并且其操作和日常維護(hù)工作簡(jiǎn)單方便，力求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和智能化管理，降低人力成本和管理難度。

3. 經(jīng)濟(jì)性：在技術(shù)可行性的基礎(chǔ)上，全面考慮建設(shè)成本和維護(hù)費(fèi)用的經(jīng)濟(jì)性，追求最佳的性價(jià)比。

4. 系統(tǒng)考量：在選擇量測(cè)設(shè)施時(shí)，需要綜合考慮水頭損失、管理水平、建設(shè)投入、運(yùn)行維護(hù)成本及計(jì)量精度等多個(gè)因素，確保方案的安全性、實(shí)用性、簡(jiǎn)便性、耐用性，并控制初期投入。

5. 前瞻性：在滿足上述原則的同時(shí)，結(jié)合國(guó)家對(duì)灌區(qū)現(xiàn)代化建設(shè)的要求，選型時(shí)可適度超前，預(yù)留一定的技術(shù)升級(jí)空間。

目前而言，主流監(jiān)測(cè)設(shè)備主要分為以下幾種：

1.超聲波流量計(jì)

明渠超聲波流量計(jì)采用一種非接觸式的測(cè)量技術(shù)，它通過(guò)首先測(cè)定液位高度，隨后利用先進(jìn)算法將該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成流量信息。這種測(cè)量方法不僅不會(huì)干擾流體的自然流動(dòng)，也不會(huì)引起任何顯著的壓力損失，因此極為適合于在惡劣條件下進(jìn)行流量監(jiān)測(cè)。此流量計(jì)設(shè)計(jì)上具備廣泛的適應(yīng)性，能夠與多種渠道形態(tài)兼容，包括矩形、梯形和U型等結(jié)構(gòu)。雖然這種流量計(jì)在設(shè)計(jì)上考慮了多變的應(yīng)用環(huán)境，其測(cè)量準(zhǔn)確性仍可能受到如氣泡存在、沉積物積累或水位波動(dòng)等因素的影響。

2.雷達(dá)式流量計(jì)

雷達(dá)式流量計(jì)通過(guò)微波技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)水位和流速的探測(cè)，它利用高頻微波測(cè)距技術(shù)，能夠在不同的氣候條件下穩(wěn)定工作，實(shí)現(xiàn)全天候測(cè)量。這種流量計(jì)具有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性，不受溫度、濕度和風(fēng)力的影響，適合在多種環(huán)境中使用。其非接觸式測(cè)量特性使其不會(huì)干擾流體流動(dòng)，減少了水頭損失。與其他流量計(jì)相比，雷達(dá)式流量計(jì)具有成本優(yōu)勢(shì)，安裝和維護(hù)也相對(duì)簡(jiǎn)便。然而，為了確保測(cè)量精度，需要專業(yè)人員進(jìn)行嚴(yán)格的安裝，保證探頭與水面的垂直。此外，雷達(dá)式流量計(jì)不適用于測(cè)量平靜水面或流速極低（小于0.15m/s）的流體。

3.箱式明渠流量計(jì)

盾華電子的該測(cè)量系統(tǒng)具備實(shí)時(shí)水位監(jiān)測(cè)、平均流速測(cè)定以及累計(jì)流量計(jì)算等功能。它擁有廣泛的測(cè)量范圍，能夠準(zhǔn)確測(cè)定流速在0.01至10米每秒之間。其測(cè)量結(jié)果不受漂浮物、泥沙含量、水位波動(dòng)、沉積物堆積及溫度變化的影響，有效確保了高精度的測(cè)量性能。此外，該系統(tǒng)對(duì)水流造成的水頭損失極小。然而，它要求渠道斷面必須是標(biāo)準(zhǔn)矩形，且設(shè)備的成本與斷面尺寸成正比，造價(jià)較高，經(jīng)濟(jì)性相對(duì)較差。

4.非滿管流量計(jì)

該測(cè)量系統(tǒng)是一種利用流速-面積法，連續(xù)測(cè)量開(kāi)放式管線(如半管流污水管道和沒(méi)有溢流堰的大流量管道)中流體流量的一種流量自動(dòng)測(cè)量?jī)x表。它能測(cè)量并顯示出瞬時(shí)流量、流速，累積流量等數(shù)據(jù)。特別適用于市政雨水、廢水、污水的排放和灌溉用水管道等計(jì)量場(chǎng)所的需要。此外，該系統(tǒng)對(duì)水流造成的水頭損失極小。它可用于測(cè)量非滿管管道流量，且設(shè)備的成本與斷面尺寸成正比，造價(jià)中等，經(jīng)濟(jì)性相對(duì)一般。

綜合比較結(jié)果如下：

上述四種計(jì)量設(shè)施均能滿足流量計(jì)量要求，設(shè)計(jì)師可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)渠道斷面形式并考慮設(shè)備的耐久性、準(zhǔn)確性、可靠性、適應(yīng)性以及經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行綜合比較最終確定流量計(jì)量設(shè)施的選型。

03盾華電子供電設(shè)計(jì)

目前供電方式主要分為兩種：太陽(yáng)能供電或市電。

先說(shuō)市電供電，一般監(jiān)測(cè)站點(diǎn)附近有村莊或電線桿可考慮這種供電方式，將電纜從配電箱中引到監(jiān)測(cè)站點(diǎn)就可以了，形式較為簡(jiǎn)單。

再說(shuō)太陽(yáng)能供電，顧名思義就是利用太陽(yáng)能對(duì)設(shè)備進(jìn)行供電，因?yàn)楣鄥^(qū)計(jì)量設(shè)施大多分別在偏遠(yuǎn)的野外，周圍可拉電線的地方不多，且流量計(jì)量設(shè)施日常供電量并不高，因此這也是灌區(qū)計(jì)量設(shè)施的主要供電方式。

太陽(yáng)能供電需要根據(jù)計(jì)算結(jié)果選擇適合的太陽(yáng)能板和蓄電池。

假定一個(gè)監(jiān)測(cè)設(shè)備的日均功率是10W，以當(dāng)?shù)氐貐^(qū)的日均有效日照時(shí)長(zhǎng)（4小時(shí)）、太陽(yáng)能控制器的轉(zhuǎn)換率（0.9）蓄電池的放電深度（0.87），以及連續(xù)陰雨天的天數(shù)（5天）來(lái)計(jì)算所需的太陽(yáng)能板總功率和蓄電池容量。

太陽(yáng)能板功率：=設(shè)備總功率*24/日照時(shí)長(zhǎng)/控制器轉(zhuǎn)換率；

w=10*24/4/0.9=66.67w。

蓄電池：=設(shè)備功率*24/12*連續(xù)陰雨天供電天數(shù)/電池放電深度；

計(jì)算每天的能量需求：

總功率=10w。

每天的能量需求=總功率×每天小時(shí)數(shù)=10W×24h=240瓦時(shí)（Wh）。

計(jì)算5天的總能量需求：

5天能量需求=每天的能量需求×5=240Wh×5=1200瓦時(shí)（Wh）。

蓄電池放電系數(shù)為0.87；

實(shí)際蓄電池容量=總能量需求÷放電續(xù)數(shù)=1200Wh÷0.87≈1379瓦時(shí)（Wh）。

安培時(shí)（Ah）=電壓（V）/瓦時(shí)（Wh）

安培時(shí)=1379Wh/12V≈115Ah

因此，儲(chǔ)備留有15%的供電冗余，可配置100W的太陽(yáng)能板和140AH的蓄電池。

04 通訊設(shè)計(jì)

目前通訊方式主要有：4G傳輸、光纖傳輸?shù)取?/p>

由于灌區(qū)流量監(jiān)測(cè)設(shè)備數(shù)據(jù)量級(jí)一般為KB，傳輸量較小，因此在實(shí)際應(yīng)用中通常以4G傳輸作為主要手段。

通常來(lái)講，我們?cè)诹U上會(huì)布置一個(gè)設(shè)備箱，這個(gè)設(shè)備箱中除了放置一些防雷浪涌設(shè)備外，最主要的是放置數(shù)據(jù)遙測(cè)終端（RTU）。

這個(gè)遙測(cè)終端設(shè)備就是我們用來(lái)傳輸灌區(qū)流量監(jiān)測(cè)設(shè)備的工具，其內(nèi)部含有流量卡，有點(diǎn)類似我們的手機(jī)，當(dāng)有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)需要進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸時(shí)則消耗流量。

結(jié)語(yǔ)

盾華電子灌區(qū)流量監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)是灌區(qū)信息化設(shè)計(jì)中最基礎(chǔ)的一項(xiàng)工作，但如何合理高效地進(jìn)行布置監(jiān)測(cè)站點(diǎn)需要我們?cè)趯?shí)際工作中認(rèn)真總結(jié)，設(shè)計(jì)出一套符合水利業(yè)務(wù)的設(shè)計(jì)方案，助力農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革精準(zhǔn)計(jì)量。

盾華電子是南京郵電大學(xué)構(gòu)建“研究院+基礎(chǔ)設(shè)施+產(chǎn)業(yè)聚積”的產(chǎn)學(xué)研載體的核心入駐企業(yè)。秉承“科技賦能、創(chuàng)造價(jià)值”的經(jīng)營(yíng)理念，聚焦于物聯(lián)網(wǎng)軟硬件產(chǎn)品、智慧照明、智慧燈桿、商業(yè)顯示、和智慧園區(qū)等領(lǐng)域，致力于通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)智慧平臺(tái)為智慧城市建設(shè)提供完善的系統(tǒng)解決方案。公司以軍工品質(zhì)嚴(yán)格要求自己，引領(lǐng)行業(yè)高技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)占比95%，產(chǎn)品覆蓋智慧城市、智慧路燈、智慧公交、城市生命線智慧水務(wù)、智能交通等物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域。其智能路燈被選為 2022年冬奧會(huì)指定款式，支持定制化場(chǎng)景設(shè)計(jì)；

依托5G通信和云計(jì)算技術(shù)，提供智慧路燈及智慧城市整體解決方案，支持遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、環(huán)境感知、數(shù)據(jù)管理等功能。2024-2025年“十大智慧路燈品牌”得主，技術(shù)涵蓋Zigbee、NB-IoT、LoRa等無(wú)線通信，提供從硬件到云平臺(tái)的全套解決方案。物聯(lián)網(wǎng)智慧城市智慧路燈解決產(chǎn)品和解決方案提供商，功能包括環(huán)境監(jiān)測(cè)、WiFi熱點(diǎn)、充電樁，環(huán)境監(jiān)測(cè)等，尤其在5G基站布局方面表現(xiàn)突出，

核心優(yōu)勢(shì)：專注物聯(lián)網(wǎng)智慧路燈系統(tǒng)軟硬件產(chǎn)品、LED顯示終端與智慧燈桿設(shè)計(jì)，市場(chǎng)占有率高，擁有超1500個(gè)落地案例，覆蓋全國(guó)及海外市場(chǎng)。產(chǎn)品功能包括信息發(fā)布、環(huán)境監(jiān)測(cè)、5G基站搭載等；

典型案例：參與多地智慧城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，如智慧交通和安防系統(tǒng)集成核心優(yōu)勢(shì):參與多項(xiàng)智慧路燈國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制定，自主研發(fā)智慧路燈系統(tǒng)從2D到3D智慧城市多模態(tài)軟件應(yīng)用管理平臺(tái)平臺(tái)，支持邊緣計(jì)算與大數(shù)據(jù)分析。智慧水務(wù)，產(chǎn)品集成 5G基站、人臉識(shí)別、充電樁等模塊，適配智慧城市精細(xì)化管理的需求，案例涉及機(jī)場(chǎng)、高鐵、高速收費(fèi)站等場(chǎng)景

代表案例:深圳前海紫荊園與坪山中心公園的 5G智慧燈桿項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與多場(chǎng)景協(xié)同控制，天津?yàn)I海新區(qū)智慧路燈項(xiàng)目；中關(guān)村虛擬產(chǎn)業(yè)園；鹽城濱海新區(qū)智慧路燈項(xiàng)目；通州城市副中心城市交通樞紐，燕山5g智慧路燈，冬奧會(huì)首都體育館，延慶冬奧村，北京京東園區(qū)等項(xiàng)目；

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