输变电工程水土保持在线监测系统关键技术研究

输变电工程水土保持在线监测系统关键技术研究

耿相国

中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司 云南昆明 650051

摘要：在时代不断进步的背景下，电力行业发展更加迅猛，同时也给各项工作带来更多挑战。水土环境监测是提高输变电工程质量的重要手段，通过采集工程实施中水土保持相关信息，以此监督工程实施期间水土结构遭受冲击情况，从而避免工程水土环境遭受影响，埋下安全隐患。为了实现工程水土环境实时监测，选取STM32系列单片机作为核心处理器，提出在线监测系统设计方案。测试结果表明，本系统各项水土环境指标监测精准度均在98%以上，可以作为工程水土保持管理工具。

关键词：输变电工程；水土环境监测；在线监测系统；水土保持

引言

近些年来，中国水土保持自动监测系统的建设和应用技术有了巨大的进步，所建系统采集的数据，为水土保持预防和监督的决策提供了依据和参考，但整体的智能化水平还比较低，其中信息采集、传输手段和技术比较落后，信息时效性差，不能满足对数据实时、快速、准确的监测要求。文章提出了一种基于ZigBee网络和GPRS远程通信架构的水土保持在线监测系统设计方案，采用无线通信技术进行组网，对水土保持监测中的重要技术指标进行远程实时在线监测。经多个行业广泛测试表明，系统运行较为可靠，应在水土保持在线监测系统建设上具有一定的探索前景。

1电力建设项目水土流失特性

以输变电工程为例，不同工程的情况不同，水土流失普遍特性如下：站区和塔基区的水土流失量很大，流失量占比很大。其中，站区水土流失量略高，主要是因为基础开挖和临时堆土等造成，施工作业的扰动很大，土层表面的破坏程度大。受到立地条件变化的影响，土体结构出现破坏，降低了土壤整体的抗侵蚀能力，土壤流失量很大。基于此，开展施工作业前，应该剥离表土，将土壤集中堆放在临时施工作业区域内，采取相应的防护措施，比如临时拦挡等。施工作业中做好边坡位置的处理，设置护坡，并且在坡脚位置建设挡墙；坡顶位置建设截水沟；斜坡位置建设排水工程。完成施工作业后，开展土地整治和覆土处理，铺设在草皮绿化或者复垦。

2基于传感器技术的在线监测系统设计

2.1系统总体结构

2.1.1系统构成

输变电工程水土保持在线监测关键技术主要包括传感器集成、采集与控制模块、数据分析终端３部分。其中，传感器集成主要是集成雨量、温度、湿度、风速、风向、土壤含水量等传感器，将原始量转变为电信号并传输；采集与控制模块采用ＤＳＰＩＣ系列工业级单片机作为主控芯片，用于定时采集、存储传来的信号；数据分析终端是ＰＣ机设计程序，用于数据收集分析、处理、数字化显示、存储和形成报告等。系统总体设计框。输变电工程水土保持在线监测系统是现代测试技术和现代通讯技术相结合的产物，其工作原理是对水土流失各影响因子进行定时采样和按序存储，经ＵＳＢ本地导出或无线远程到监测中心，利用专用分析软件对所采集的信息进行归纳、统计和分析，最终得到监测地的水土流失状况。

2.1.2指标选取

根据输变电工程的特点，参照各类水土保持相关标准和国网陕西省电力公司水土保持监测要求等，提出了水土流失影响因子技术指标。

2.2系统硬件设计

2.2.1传感器选型

设计方案根据传感器测量精准度指标信息，结合成本控制要求，合理选取监测系统传感器型号。该单片机具有较强的抗干扰能力，运行速度较快，功耗较低，内部含有DMA控制器、定时器、看门狗、多通信接口、Flash存储器、SRAM存储器等外内外设，满足在线监测系统开发需求，工作电压范围为2.0-3.6V。

2.2.2外部存储器

选取M25P128芯片作为外部存储器控制器件，作为单片机外部信息存储单元，用来存储工程现场水土环境数据信息。

2.2.3GPRSDTU模块

该模块是信息采集终端数据信息传输设备，通过RS-485接口连接到单片机上建立通信连接，串口波特率范围300-115200bps，工作电压范围5～18V，电流范围50-200mA，可以在﹣40-80℃环境下正常作业。考虑到本系统数据采集周期较长，所以设置模块作业频率为9600bps。

2.2.4系统供电模块

由于本系统需要长期在外部环境下连续作业，所以对供电要求较高。为了满足此供电需求，本系统设计方案选取了节能环保供电方法，选取太阳能电池板作为电能获取装置，将多余电量存储至蓄电池中，利用蓄电池充放电控制器调节蓄电池作业模式，从而为系统连续供电。其中，蓄电池存储电量可以在雨天为系统连续供电5d。

2.3系统软件设计

2.3.1采集与控制模块

程序以Ｃ语言为基础，利用ＭＰＬＡＢ开发软件编写。因为数据采集、数据存储的子程序动作次数不同，所以读取时间（ＲＴＣ）设定也不同。但每次动作采集数据流程相同。其中，雨量采集设定每分钟１次，温度、湿度、风速、风向、土壤水分等采集设定每半小时１次。采集的数据缓存至单片机中，每小时将数据打包存储至数据存储芯片。下位机在接收到正确的读数指令后，开始在内存数据中寻找按照指令携带的月、日信息的指定数据，按照通讯协议中规定的数据格式返回给上位机。

2.3.2数据分析终端

系统数据分析终端主要是读取数据，将经过CRC校验的数据作为监测结果。分析过程：通过对数据分析模块进行初始化处理，而后读取各类传感器数据，判断传感器数据是否读取完毕，如果读取完毕，则采取CRC校验，剔除错误数据，从而提高数据采集精准率，如果还存在没有读取的数据，则继续读取数据。经过CRC校验后的数据将存储至数据包中，生成工程水土环境监测数据表。

2.3.3系统测试分析

测试项目利用环境监测系统采集数据，观察监测中心计算机操作界面数据显示情况，与现场实地勘察获取数据进行对比分析。如果各类监测数据精准度超过97%，则认为本系统开发方案满足工程水土环境监测需求，监测结果可以作为水土保持管理参考依据。

3电力建设项目水土保持策略的总结归纳

3.1就地平整型弃土防护措施

从电力建设项目运营实际来说，就地平整型弃土防护措施如下：（1）拦渣墙。若地形坡度较大，那么采取建设浆砌石挡渣墙的方案，实施弃渣的阻挡。目前来说，重力式挡墙的建设较多。使用块石和水泥砂浆且住以及勾缝，建设高性质的墙体。（2）浆砌石截水沟。选择坡脚位置和塔基位置等，建设浆砌石截水沟，减少雨水的冲刷，保证弃渣的阻挡效果。

3.2植物措施

从水土流失防治的角度来说，弃土场的防护，采取的植物措施如下：（1）建设防护林带。若想减少大风天气的影响，避免引发弃土场扬尘，多建设速生防护林带。建设的绿化带，布置在弃土场的上风向位置，设计为紧密型结构，通过降低风速，减轻风的吹蚀力，下风向的护林带，设计为疏透型结构，保证通风效果，进而减少扬尘。（2）灰渣顶面绿化。每条块达到工程设计的标高之后覆土，通过播撒草种的方式制作防护层，减少

裸露地表，减少水土流失。

结语

综上所述，电力建设项目水土保持工作是否到位，直接影响着电力建设的效益，因此要做好严格的把控。文中结合具体工程进行分析，提出了相应的防护措施。通过采取工程措施和植物措施，减少水土流失的发生，保障水土维持的效果，减少环境破坏的发生。

参考文献

[1]姬俊虎，韩凤翔，周乐群.水土保持践行新时期治水新思路的技术探索.中国水土保持，2019（06）.

[2]赵俊侠，任婧宇，杨亚娟，惠波.生产建设项目水土保持“天地一体化”监管存在问题及建议.中国水土保持，2019（06）.

[3]王小刚．浅谈开发建设项目水土保持监测工作的重要意义．建筑工程技术与设计，2019(18)．