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安巖物聯(lián)水庫防洪預警預報系統(tǒng)(水雨情自動測報系統(tǒng))

1 設(shè)計背景

我國是一個水旱災害十分頻繁的國家，除水害、興水利歷來是治國安邦的大事，關(guān)系國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的大局,關(guān)系人民生命財產(chǎn)安全。國家對水資源及水環(huán)境問題高度重視，現(xiàn)已將“水資源可持續(xù)利用是我國經(jīng)濟社會發(fā)展的戰(zhàn)略問題”予以高度重視。水資源的可持續(xù)利用，是經(jīng)濟和社會可持續(xù)發(fā)展極為重要的保證。水文信息是水利的重要基礎(chǔ)工作，是防汛抗旱的耳目和參謀。

基于以上背景，我公司按照《水文自動測報系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》標準，結(jié)合本公司現(xiàn)有監(jiān)測產(chǎn)品設(shè)備，設(shè)計制定了水情系統(tǒng)解決方案。

2 系統(tǒng)構(gòu)架

水雨情自動測報系統(tǒng)由無線遙測水位站、無線遙測雨量站、無線遙測風速風向站、無線傳輸模塊以及數(shù)據(jù)通訊、采集、管理軟件所組成。其中無線遙測雨量站除了具有監(jiān)測降雨量還新增加了環(huán)境的監(jiān)測(環(huán)境溫度、大氣壓力、空氣濕度)。整體結(jié)構(gòu)如下圖(圖一)所示，圖中通訊方式已GPRS/CDMA 無線傳輸為例，具體情況依實際需求而定。該系統(tǒng)集水雨情數(shù)據(jù)自動采集、數(shù)據(jù)通訊、數(shù)據(jù)處理、水雨情編報、信息管理、系統(tǒng)運行管理為一體的行業(yè)信息化業(yè)務應用系統(tǒng)。為實施水文水情雨情信息自動化建設(shè)提供科學、經(jīng)濟實用的解決方案。

水雨情自動測報系統(tǒng)示意圖(圖一)

3 系統(tǒng)主要特點

3.1 統(tǒng)一的通訊體系，既可完成水文數(shù)據(jù)的自動收集，又能完成水情、雨情、環(huán)境監(jiān)測的實時測報任務，實現(xiàn)信息共享。

3.2 具有查詢上報和自動報汛模式，自動報汛策略豐富，快速獲取數(shù)據(jù)。支持定時自報、變幅自報、招測工作制式?？稍O(shè)定多個通訊鏈路，組合設(shè)定多種自報策略，自動選擇通訊鏈路完成數(shù)據(jù)通訊任務。

3.3 支持多種通訊設(shè)備和多種通訊方式并用，組網(wǎng)靈活，支持多種通訊設(shè)備組成數(shù)字通訊網(wǎng)絡(luò)。可向多個中心自動報送數(shù)據(jù)。支持多種通訊方式并用?？蛇B接的數(shù)字通信設(shè)備包括：便攜式計算機、調(diào)制解調(diào)器（Modem）、超短波數(shù)字通信設(shè)備、GSM/GPRS 數(shù)字通信設(shè)備、衛(wèi)星數(shù)字通信設(shè)備。其中，以GSM 的數(shù)字通道（WAP）、GPRS 無線數(shù)字通訊公網(wǎng)為通訊平臺。優(yōu)點是組網(wǎng)簡單快捷，通訊快速可靠，性能穩(wěn)定。無須用戶對通訊網(wǎng)絡(luò)進行維護。能快速、高質(zhì)量地完成自動測報的數(shù)據(jù)通訊任務。建網(wǎng)性價比遠優(yōu)于用其它無線數(shù)字通訊設(shè)備建網(wǎng)的通訊系統(tǒng)，系統(tǒng)運行費用低廉。

3.4 具有越線報警、存儲空間不足告警、數(shù)據(jù)通訊失敗告警、設(shè)備連接故障告警等多種告警功能。可按設(shè)定的水位(警戒水位、變幅自報)、雨量(雨強、時段降雨量、報警降雨量)越線報警值，當其中任何一個超出設(shè)定值時，發(fā)出警告信號和統(tǒng)計信息。當監(jiān)測儀存儲空間不足時，發(fā)出告警信息、提示下載數(shù)據(jù)。當監(jiān)測站向中心自動報汛通訊連接不成功時，發(fā)出數(shù)據(jù)通訊失敗告警信息。當傳感器與監(jiān)測儀連接異常時，發(fā)出設(shè)備連接故障告警信息。

3.5 遠程監(jiān)測、控制和管理

可遠程設(shè)置和修改監(jiān)測站的工作參數(shù)、控制參數(shù)、報汛策略。便于用戶根據(jù)工作需求改變報汛策略、工作參數(shù)和控制參數(shù)。能遠程實時監(jiān)測各站點的工作參數(shù)、控制參數(shù)、報汛策略(如時間、報汛策略、詳細數(shù)據(jù)、通訊方式、通訊日志、設(shè)備連接、報警信息等)，隨時掌握工作狀態(tài)。同時對系統(tǒng)中各個監(jiān)測站的工作參數(shù)、控制參數(shù)、通訊策略和報汛策略進入數(shù)據(jù)庫，進行全過程管理。

3.6 系統(tǒng)設(shè)備管理和運行管理

實現(xiàn)整個系統(tǒng)的所有設(shè)備的自動管理，包括監(jiān)測中心管理，監(jiān)測站管理，設(shè)備管理，通訊管理、參數(shù)管理、監(jiān)測站時鐘管理、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)庫管理、服務器管理等。

3.7 數(shù)據(jù)統(tǒng)計處理

可對雨量數(shù)據(jù)(總雨量、當前雨量、單位時間最大雨量)、實時水位數(shù)據(jù)、實時風速風向數(shù)據(jù)、環(huán)境氣溫數(shù)據(jù)、環(huán)境氣壓數(shù)據(jù)、空氣濕度數(shù)據(jù)統(tǒng)計處理。

3.8 性價比高，功能完善，大幅度降低水情監(jiān)測的建設(shè)和運行成本，提高工作效率，提高信息化水平。

無須專人值守、車馬勞頓，即可在監(jiān)測中心(水情分中心、環(huán)境監(jiān)測站)通過有線或無線數(shù)字通訊遠程獲取實時、準確的監(jiān)測數(shù)據(jù)，進行匯總，生成實時水情數(shù)據(jù)庫，自動完成報文生成和整編數(shù)據(jù)生成等業(yè)務處理，自動完成系統(tǒng)信息的管理和系統(tǒng)運行的管理，通過采集數(shù)據(jù)，提供輔助決策支持。

4 主要設(shè)備

4.1 無線遙測風速風向站

無線遙測風速風向站是一種通用型的風速風向測量數(shù)據(jù)采集設(shè)備系統(tǒng)，可用于水電﹑鐵路﹑公路﹑礦山﹑國防及建筑工程等領(lǐng)域，滿足測量水平風參量的需要。

無線遙測風速風向站安裝方便、連接便捷，即連即用。具有測量數(shù)據(jù)自動采集、無線傳輸、測量數(shù)據(jù)存貯、測量數(shù)據(jù)管理、測量成果輸出、測量數(shù)據(jù)越上限報警等功能。儀器測量精度高，穩(wěn)定可靠，無線遙測風速風向站采用蓄電池供電，太陽能自控充電，適用于野外作業(yè)。

無線遙測風速風向站配置風速風向儀1 臺、太陽能板1 塊、電器防雨保護箱1 只(內(nèi)置蓄電池1 塊、太陽能充電控制器1 個、 GPRS 或CDMA 無線傳輸終端1部、采集器及485 模塊1 個)、不銹鋼安裝支架1 套。無線遙測風速風向站結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，傳感器不需要進行任何設(shè)置，即連即用。如下圖(圖二)所示：

無線遙測風速風向站示意圖(圖二)

4.2 無線遙測水位站

無線遙測水位站適用于在無電源無線傳輸工況下測量水庫、河流、湖泊、壩體測壓管等的水位，是監(jiān)測水位變化的有效監(jiān)測設(shè)備。水位站采用太陽能供電，磁光編碼原理進行測量，其測量精度高、穩(wěn)定性好、沒有溫漂和時漂的影響，測量信號可自報或?qū)崟r采集。

無線遙測水位站由水位計、GPRS 無線終端、蓄電池、太陽能板、太陽能充電控制器、不銹鋼防雨保護箱等組成。如圖三所示：

無線遙測水位站結(jié)構(gòu)圖(圖三)

4.3 無線遙測雨量站

無線遙測雨量站是一種通用型的雨量測量數(shù)據(jù)采集設(shè)備系統(tǒng)，可用于水電﹑鐵路﹑公路﹑礦山﹑國防及建筑工程等領(lǐng)域，滿足測量雨量參量的需要。

無線遙測雨量站配置雨量計1 臺、太陽能板1 塊、電器防雨保護箱1 只(內(nèi)置蓄電池1 塊、太陽能充電控制器1 個、GPRS 無線終端1 部、采集器及485 模塊1 個)、不銹鋼安裝支架1 套。如圖四所示無線遙測雨量站結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，傳感器不需要進行任何設(shè)置，即連即用。主要功能有雨量傳感器的測量數(shù)據(jù)自動采集和無線傳輸、測量數(shù)據(jù)存貯、計算機通信、測量數(shù)據(jù)管理、測量成果輸出。

無線遙測雨量站結(jié)構(gòu)圖(圖四)

4.4 雨量采集器及485 模塊

雨量采集器及485 模塊結(jié)構(gòu)圖(圖五)

信號環(huán)境監(jiān)測的氣溫、氣壓轉(zhuǎn)化為RS485 信號，通過GPRS 終端將數(shù)據(jù)發(fā)出，計算機存儲測量數(shù)據(jù)并進行管理，所有存貯結(jié)果均采用文本方式輸出。

采集器結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便、連接便捷，即連即用，有自動采集、存貯、查詢等功能?？杀O(jiān)測雨量、雨強等物理量，測量精度高，穩(wěn)定可靠。可設(shè)置單位雨量、自報周期、可查詢一周數(shù)據(jù)、可顯示當前雨強、當日雨量，可手動清零或系統(tǒng)自動清零，清零前自動發(fā)送和保存一周數(shù)據(jù)。

5 數(shù)據(jù)通訊、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理軟件

5.1 軟件安裝文件

雙擊“GprsHms.exe”啟動，如下圖：

5.2 軟件啟動后界面如下：(各測點分布圖)