Система за картографиране и контрол на водните ресурси

ПРЕЗЕНТАЦИЯ

ПРОЕКТ 

СИСТЕМА ЗА КАРТОГРАФИРАНЕ И КОНТРОЛ НА ВОДНИТЕ РЕСУРСИ

Автори:

Ръководител: инж. Румяна Славчева
Ученици:   Александър Петков Матаров, Димитър Димитров Плачков

Последните години в следствие на неблагоприятни климатични условия и субективизъм при вземане на управленчески решения при управление на водното богатство на Република България се получиха трайно негативни последствия на територията на държавата, както следва : човешки жертви, значителни материални щети на сградния фонд и обработваемите земеделски площи. Бяха съсипани хиляди човешки съдби. 

Ultimate Responsive Image Slider Plugin Powered By Weblizar

Това ни подтикна да направим опит да създадем „Система за картографиране и контрол на водните ресурси“ с която да бъдат избегнати  всички тези ужасни последици за населението.

Източници на питейна вода

  • Минерални и геотермални извори

1

  • Технологии за пречистване на вода със влошени биохимически показатели

1

  • Източници на питейна вода от морето

1

  • Резервоари на база извори

1

  • Подземни сондажи

1

  • Основен водоизточник на питейна вода – язовири

1

  • Източници на вода за промишлени и земеделски цели – язовири, реки, подземни кладенци, преработена морска вода

Основни проблеми при наличните водоизточници

  • Намаляване на ефективния обем, обезлесяване, обилни валежи и др
  • С развитието на един водоизточник като основен проблем се явява намаляване на неговия ефективен обем в следствие на механическо замърсяване в резултат на промяна на екологическата обстановка като:
  •  Замърсяване  – биологическо и химическо в следствие на човешка намеса ;
  •  Климатични промени – периоди на засушаване и периоди на силни валежи;
  •  Насилствена промяна на екосистемата от човешкият фактор

1

Прогноза за необходимото количество вода, което ще бъде консумирано от съответното населено място –  Осъществява се на база на статистика.

2

Основни технически решения /Приложение 1/

%d0%bf%d1%80%d0%b8%d0%bb%d0%be%d0%b6%d0%b5%d0%bd%d0%b8%d0%b5-1

Функционално-технологична система /Приложение 2/

1

Системата за управление на технологичния процес представлява комплекс от технически средства за контрол и регулиране на технологичните процеси при различни режими с определени технико-икономически показатели. Тя определя структурата на взаимодействие на оператора с обекта чрез разполагаемите технически средства. Ефективността на системата за управление зависи главно от два фактора – индивидуалните качества на човека и техническите показатели на обекта.

Системата за автоматизиран контрол и управление създава следните възможности:

  • свързване на водопреносните съоръжения, възли и уредби в единен и непрекъснат технологичен процес;
  • централизирано управление с незначителен брой  персонал;
  • безопасност на управление на водопреносните съоръжения и уредби   при неблагоприятна околна среда;
  • бързодействие и достатъчна надежност при управление на големи и сложни  съоръжения и уредби.

Системата за управление и контрол има две основни функции – информационна и командна, които се реализират чрез следните функционално-технологични подсистеми:

Информационна подсистема

Извършва събиране, обработка, съхраняване, предаване и представяне на необходимата техническа и икономическа информация за работата на водните обекти. Извършва контрол на технологичните процеси и съоръжения чрез многобройни и всеобхватни измервания.

Видове контрол

а/ паспортизация

  • пряк визуален контрол и атестация на състоянието на язовира и водопреносните дерета и канали. Уточняване на коефицент к1…кN за функционалността им. Постъпват в централен команден център в писмен вид под формата на доклад и подлежат на актуализиране.
  • информационна обвързаност с местните структури на НИХМ(Национален институт по хидрология и метеорология) и НАСА за прогназните количества  валежи и метерологична обстановка.
  • б/ електрически контрол
  • следене величините на нивото и количеството на постъпващитите и изпускани води в язовира.
  • компютърен анализ на постъпилата информация в база данни.
  • автоматично сигнализиране на местната власт и населението за критично състояние и опасност от наводнение.

 Командна подсистема

Командната подсистема задейства електрическите задвижвания на  техническите съоръжения – помпени станции и саваци, които са териториално разпръснати във водопреносната система

Видове кoмандвани съоръжения:

  • комутационни електрически апарати, чрез които се управляват основните съоръжения  и  машинните агрегати;
  • регулиращи устройства – система от сензори  за подържане на нивото на водите в нормално състояние.

           Видове управление в командния пункт:

  • ръчно  – изваршва се от оператор,
  •  автоматичното – извършва се  от дистанционно управление на специализираните автоматични устройства. 

Регулираща подсистемa

Регулиращата подсистема е предназначена за непрекъснато поддържане на оптимални условия за протичане на технологичния процес.

Основни функции на регулиращата подсистема:

  • подържане на определени технически и икономически параметри  на необходимите нива  с оптимални стойности.
  • изменение на регулируемите величини в съответсвие с други величини  и по определени закони след анализ на база данни.

Функциите на регулиращата подсистема се осъществяват чрез автоматични електронни регулатори, които се разделят на 3 групи:

  • режимни – чрез тях се постига нормално протичане на технологичните процеси;
  • пускови – служат за пускане на агрегатите с определени параметри;
  • резервни съоръжения – с тях се регулира аварийното състояние на основните уредби и съоръжения.

 Сигнална подсистемa

Сигналната подсистема представя информация за нормалното и аварийно  състояние на техническите съоръжения и на технологичните процеси. Тя е изходна база за командната подсистема

Основни функции на сигналната подсистема:

  • автоматично подаване на общи звукови сигнали чрез електрически сирени и звънци, които да привличат вниманието на местните власти, обслужващият персонал и населението при поява на риск от наводнение;
  • показване на причините за настъпилите изменения от нормалното състояние на средата чрез индивидуални оптични сигнали, които биват светлинни и апаратни.

            Индивидуалните сигнали се различават по цветове, които имат кодово        предназначение:

  • зелен цвят – предизвиква успокоение и указва  нормална обстановка;
  • жълт цвят – изпраща съобщения за намаляване на водата във водоема под критичната стойност /изисква минаване в икономичен режим/;
  • червен цвят – действа при увеличаване на нивото на водите и фиксира риск от наводнение;

 Вторични схеми

Вторичните схеми определят електрическите връзки между техническите средства на системите за управление.

Квалификация

а) в зависимост от функционалното предназначение:

  • за измерване;
  • за командване;
  • за сигнализация;
  • за автоматизация.

б) според източниците на захранване:

  • електроразпределителна мрежа;
  • автономно захранване/генератори,соларни панели,ветрогенератори/
  • захранване от GSM оператор;
  • за постоянно напрежение – акумулаторни батерии;
  • за изправено напрежение – силови изправителни устройства и захранващи блокове
  • за променливо напрежение – трансформатори за собствени нужди.

в) по общо предназначение:

    • принципни;
    • монтажни;
    • пълни.                                                                                    

Основни принципи за структуриране на вторичните схеми

Системата за управление играе основна роля за надежната, безопасната и икономичната работа на системата за ранно предупреждение. Затова се изисква висока експлоатационна надежност, която се постига при спазване на следните принципи за изграждане:

Използване на надежни независими източници за електрозахранването на системите за управление;

  • Избиране на надежни централизирани електрически схеми с дълбоко секциониране на захранващата мрежа при осигуряване на работно и резервно електроснабдяване на всяка секция;
  • Максимална автономност на функционалните подсистеми, при което неизправностите в една подсистема не нарушават работата на останалата част от системата за управление;
  • Пълно разделяне на вторичните схеми за управление на отделните монтажни единици, при което повредите в управлението на една монтажна единица не смущават нормалната работата на другите основни съоръжения;
  • Непрекъснат контрол за изправността на вторичните схеми, който обхваща главно командните вериги за включване и изключване на комутационните апарати;
  • Максимална яснота на построяване на схемите за бързо ориентиране и лесно откриване на неизправностите и грешната работа в нормални и аварийни режими;
  • Възможност за дистанционна проверка на състоянието на вторичните схеми по функционално предназначение в рамките на отделните монтажни единици;
  • Предвиждане на  съоръжения за максимална локализация на неизправностите и подаване на информация чрез сигнална система;
  • Недопускане на фалшиви вериги, които водят до неправилна работа на системата за управление.

                                       Управляващи сигнали

 Управляващите сигнали са функционално-технологична основа за действие на системата за управление.

Всеки подаван сигнал преминава през следните три етапа:

  • формиране от източник
  •  предаване чрез електрическа верига
  • междинни устройства и приемане от приемник

Видове източници за формиране на управляващи сигнали

  • ръчни- към тях спадат командни пултове,ключове, бутони и др.
  • автоматизирани – при обработка база данни и състоянието на сензорите във възловите места на водосбора.

 Междинните устройства

 Служат за предаване на управляващи сигнали според отделните функционално-технологочески условия за действие на подсистемите за управление.

Приемници

Електрически задвижвания на комутационните и регулиращите съоръжения, измервателните и сигналните апарати и др.
 Те заработват от управляващите сигнали и извършват  действия с комутационните апарати.                                                                                    

Класификация на управляващите сигнали

а) според броя на източниците и приемниците на даден сигнал:
еднообектни – на всеки сигнал отговаря по един източник и приемник;
многообектни – един сигнал се формира от един източник за няколко приемника и обратното – даден сигнал се подава от няколко източника за един приемник;

б) според метода на снемане:
с ръчно снемане;
с автоматично снемане;

в) в зависимост от наличието на междинни приемници:
преки;
косвени;

г) според времето на предаване:
без времезакъснение;
с времезакъснение;

д) съгласно времетраенето на действие върху приемника:
кратковременни;
продължителни;
ограничено продължителни;
 пулсиращи;

е) според начина на подаване на многообектните сигнали:
едновременни;
последователни.

Демонстрационен модел /видео/

2

Вход

а/ сензори за ниво на входни води, комуникатори с автономно захранване със слънчев панел

б/ система за предпазване от механическо  замърсяване при буйни валежи (пясък сипица,чакъл и каменни блокове)

1

в/ система за биологическо пречистване на водата ( водарасли и треви (marsh)

2

Язовир

а/ сензори за ниво, комуникатори с многовариантно захранване

Комуникатор 1: /Приложение 6/

%d0%bf%d1%80%d0%b8%d0%bb%d0%be%d0%b6%d0%b5%d0%bd%d0%b8%d0%b5-7 

За територията на Република България – работи с български телеком  и осигурява  ранно предупреждениe  на населението и компетентните органи  за наводнения и засушаване  посредством система  за групов SMS. Връзка с интернет посредством WAP (Wireless Application Protocol).

Data SIM е специална SIM карта, която ви предоставя възможност за пренос на данни и обмен на SMS без гласови услуги. С тази карта вие можете да осъществявате трансфер на данни при изключително изгодни условия, както и да изпращате SMS на по-ниска цена. 

С Data SIM можете да ползвате услугите Мобилен Интернет и WAP и по този начин да имате достъп до Интернет докато сте в движение.
С Data SIM картата изпращате SMS на по-ниска цена.

С Data SIM картата, в зависимост от вашите нужди, телефон (модем) и покритие, вие можете да ползвате както стандартния GSM пренос на данни със скорост 9,6 kbit/s и 3 пъти по-бързия GPRS със средна скоророст 25 kbit/s. така и UMTS / HSDPA мрежата от 3-то поколение на Глобул със скорости съответно 384 kbit/s и 1,8 Мbit/s

Комуникатор 2: /приложение 7/

%d0%bf%d1%80%d0%b8%d0%bb%d0%be%d0%b6%d0%b5%d0%bd%d0%b8%d0%b5-6

На фирма Ардуино свързан с  испански телеком  разрешаващ сателитна връзка.  Работи в световен мащаб  и  е свързан с Интернет чрез WAP (Wireless Application Protocol)  с  Digital Humanitarian Network.

DH Network / http://digitalhumanitarians.com/   е световна интернет мрежа която:
свързва най-квалифицираните специалисти, работещи по глобалните проблеми на човечеството по света;
установява местоположението на природните бедствия;събира данни за инфраструктурата в съответни страни и региони в световен мащаб;
взема решения за адекватна реакция при възникналите проблеми;
поддържа база данни чрез използване на Интернет, GSM и сателитни информационни канали.

Код на комуникатора

ARDUINO GSM SHIELD CODE                            Приложение 1 

#include <GSM.h>
#define PINNUMBER „“
const int buttonPin1 = 4;
const int buttonPin2 = 5;
const int buttonPin3 = 6;
const int ledPin1 = 13;
const int ledPin2 = 12;
int buttonState = 0;
// initialize the library instance
GSM gsmAccess; // include a ‘true’ parameter for debug enabled
GSM_SMS smsone;
// char array of the telephone number to send SMS
const char* number1 = „+359894473401“;
// char array of the message
char txtMsg1[30] = „Critical High“;
char txtMsg2[30] = „Medium“;
char txtMsg3[30] = „Critical Low“;
// connection state
boolean notConnected = true;
void setup()
{
pinMode(ledPin1, OUTPUT);
pinMode(ledPin2, OUTPUT);
pinMode(buttonPin1, INPUT_PULLUP);
pinMode(buttonPin2, INPUT_PULLUP);
pinMode(buttonPin3, INPUT_PULLUP);
// initialize serial communications
Serial.begin(9600);
Serial.println(„SMS Messages Sender“);
// Start GSM shield
// If your SIM has PIN, pass it as a parameter of begin() in quotes
while (notConnected)
{
if (gsmAccess.begin(PINNUMBER) == GSM_READY)
notConnected = false;
else{
Serial.println(„Not connected“);
delay(1000);
}
}
Serial.println(„GSM initialized“);
}
void loop(){
buttonState = digitalRead(buttonPin1);
{
sendSMS1();
}
buttonState = digitalRead(buttonPin2);
{
sendSMS2();
}
buttonState = digitalRead(buttonPin3);
{
sendSMS3();
}
}
void sendSMS1()
{
digitalWrite(ledPin1, HIGH);//pin13
digitalWrite(ledPin2, LOW); //pin12
if (buttonState == HIGH) {
buttonState = 1;
};
if (buttonState == 1) {
digitalWrite(ledPin2, HIGH);
delay(1000);
Serial.print(„Message to mobile number: „);
Serial.println(number1);
    // sms text
    Serial.println(„SENDING“);
Serial.println();
Serial.println(„Message:“);
Serial.println(txtMsg1);
// send the first message
    smsone.beginSMS(number1);
smsone.print(txtMsg1);
smsone.endSMS();
Serial.println(„\nFirst Message Sent\n“);
digitalWrite(ledPin2, LOW);
}
}
void sendSMS2()
{
digitalWrite(ledPin1, HIGH);
digitalWrite(ledPin2, LOW);
if (buttonState == HIGH) {
buttonState = 1;
};
if (buttonState == 1) {
digitalWrite(ledPin2, HIGH);
delay(1000);
Serial.print(„Message to mobile number: „);
Serial.println(number1);
    // sms text
    Serial.println(„SENDING“);
Serial.println();
Serial.println(„Message:“);
Serial.println(txtMsg2);
// send the first message
    smsone.beginSMS(number1);
smsone.print(txtMsg2);
smsone.endSMS();
Serial.println(„\nFirst Message Sent\n“);
digitalWrite(ledPin2, LOW);
}
}
void sendSMS3()
{
digitalWrite(ledPin1, HIGH);
digitalWrite(ledPin2, LOW);
if (buttonState == HIGH) {
buttonState = 1;
};
if (buttonState == 1) {
digitalWrite(ledPin2, HIGH);
delay(1000);
Serial.print(„Message to mobile number: „);
Serial.println(number1);
// sms text
    Serial.println(„SENDING“);
Serial.println();
Serial.println(„Message:“);
Serial.println(txtMsg3);
    // send the first message
    smsone.beginSMS(number1);
smsone.print(txtMsg3);
smsone.endSMS();
Serial.println(„\nFirst Message Sent\n“);
digitalWrite(ledPin2, LOW);
}}

б/ система за биологично пречистване на водата

в/ управляваща станция за команда на съоръженията за контрол на нивото на водата

г/ система за сигнализация на местната власт и населението

    • червен сигнал – опастност от преливане
    • зелен сигнал – нормално ниво
    • жълт сигнал – сигнализира населението да мине на режим на икономия на вода – ниско ниво на наличните количества

Изход

а/ сензори за ниво на изходни води, комуникатори с автономно захранване със слънчев панел

б/ система за предпазване от механическо  замърсяване при буйни валежи (пясък сипица,чакъл и каменни блокове)

в/ система за биологическо пречистване на водата ( водарасли и треви (marsh)

г/ при червена сигнализация от комуникатора – високи изходни води(източва се по-голямо количество вода, отколкото може да пренесе речното корито) 

База данни  

Получава данни от обхода на водосбора и водоема,  сензорите във водоемите и водосбора и прогнозни данни от НИМХ ,НАСА,  обработва ги и сигнализира за възможни проблеми. Тя води статистика за предходни периоди. /Приложение 5 и 6/

1

2

 

Очаквани резултати

Системата разрешава на модулен принцип да се осъществи паспортизация на водния ресурс и въвеждане на ясни икономически критерии за създаване на устойчива система при различни неблагоприятни атмосферни условия: засушаване , наводнения, замърсяване.