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安巖物聯(lián)水庫防洪預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)(水雨情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng))

1 設(shè)計(jì)背景

我國是一個(gè)水旱災(zāi)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(jì)和社會(huì)發(fā)展的大局,關(guān)系人民生命財(cái)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(jì)社會(huì)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(jì)和社會(huì)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(dòng)測報(bào)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合本公司現(xiàn)有監(jiān)測產(chǎn)品設(shè)備，設(shè)計(jì)制定了水情系統(tǒng)解決方案。

2 系統(tǒng)構(gòu)架

水雨情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)由無線遙測水位站、無線遙測雨量站、無線遙測風(fēng)速風(fēng)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(shí)際需求而定。該系統(tǒng)集水雨情數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、數(shù)據(jù)通訊、數(shù)據(jù)處理、水雨情編報(bào)、信息管理、系統(tǒng)運(yùn)行管理為一體的行業(yè)信息化業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)。為實(shí)施水文水情雨情信息自動(dòng)化建設(shè)提供科學(xué)、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的解決方案。

水雨情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)示意圖(圖一)

3 系統(tǒng)主要特點(diǎn)

3.1 統(tǒng)一的通訊體系，既可完成水文數(shù)據(jù)的自動(dòng)收集，又能完成水情、雨情、環(huán)境監(jiān)測的實(shí)時(shí)測報(bào)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)信息共享。

3.2 具有查詢上報(bào)和自動(dòng)報(bào)汛模式，自動(dòng)報(bào)汛策略豐富，快速獲取數(shù)據(jù)。支持定時(shí)自報(bào)、變幅自報(bào)、招測工作制式。可設(shè)定多個(gè)通訊鏈路，組合設(shè)定多種自報(bào)策略，自動(dòng)選擇通訊鏈路完成數(shù)據(jù)通訊任務(wù)。

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)?？上蚨鄠€(gè)中心自動(dòng)報(bào)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(jì)算機(jī)、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(tái)。優(yōu)點(diǎn)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(jìn)行維護(hù)。能快速、高質(zhì)量地完成自動(dòng)測報(bào)的數(shù)據(jù)通訊任務(wù)。建網(wǎng)性價(jià)比遠(yuǎn)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(yùn)行費(fèi)用低廉。

3.4 具有越線報(bào)警、存儲(chǔ)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?？砂丛O(shè)定的水位(警戒水位、變幅自報(bào))、雨量(雨強(qiáng)、時(shí)段降雨量、報(bào)警降雨量)越線報(bào)警值，當(dāng)其中任何一個(gè)超出設(shè)定值時(shí)，發(fā)出警告信號(hào)和統(tǒng)計(jì)信息。當(dāng)監(jiān)測儀存儲(chǔ)空間不足時(shí)，發(fā)出告警信息、提示下載數(shù)據(jù)。當(dāng)監(jiān)測站向中心自動(dòng)報(bào)汛通訊連接不成功時(shí)，發(fā)出數(shù)據(jù)通訊失敗告警信息。當(dāng)傳感器與監(jiān)測儀連接異常時(shí)，發(fā)出設(shè)備連接故障告警信息。

3.5 遠(yuǎn)程監(jiān)測、控制和管理

可遠(yuǎn)程設(shè)置和修改監(jiān)測站的工作參數(shù)、控制參數(shù)、報(bào)汛策略。便于用戶根據(jù)工作需求改變報(bào)汛策略、工作參數(shù)和控制參數(shù)。能遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測各站點(diǎn)的工作參數(shù)、控制參數(shù)、報(bào)汛策略(如時(shí)間、報(bào)汛策略、詳細(xì)數(shù)據(jù)、通訊方式、通訊日志、設(shè)備連接、報(bào)警信息等)，隨時(shí)掌握工作狀態(tài)。同時(shí)對系統(tǒng)中各個(gè)監(jiān)測站的工作參數(shù)、控制參數(shù)、通訊策略和報(bào)汛策略進(jìn)入數(shù)據(jù)庫，進(jìn)行全過程管理。

3.6 系統(tǒng)設(shè)備管理和運(yùn)行管理

實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的所有設(shè)備的自動(dòng)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(shí)鐘管理、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)庫管理、服務(wù)器管理等。

3.7 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理

可對雨量數(shù)據(jù)(總雨量、當(dāng)前雨量、單位時(shí)間最大雨量)、實(shí)時(shí)水位數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)風(fēng)速風(fēng)向數(shù)據(jù)、環(huán)境氣溫?cái)?shù)據(jù)、環(huán)境氣壓數(shù)據(jù)、空氣濕度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理。

3.8 性價(jià)比高，功能完善，大幅度降低水情監(jiān)測的建設(shè)和運(yùn)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(yuǎn)程獲取實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的監(jiān)測數(shù)據(jù)，進(jìn)行匯總，生成實(shí)時(shí)水情數(shù)據(jù)庫，自動(dòng)完成報(bào)文生成和整編數(shù)據(jù)生成等業(yè)務(wù)處理，自動(dòng)完成系統(tǒng)信息的管理和系統(tǒng)運(yùn)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(fēng)速風(fēng)向站

無線遙測風(fēng)速風(fēng)向站是一種通用型的風(fēng)速風(fēng)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(fēng)參量的需要。

無線遙測風(fēng)速風(fēng)向站安裝方便、連接便捷，即連即用。具有測量數(shù)據(jù)自動(dòng)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(bào)警等功能。儀器測量精度高，穩(wěn)定可靠，無線遙測風(fēng)速風(fēng)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(fēng)速風(fēng)向站配置風(fēng)速風(fēng)向儀1 臺(tái)、太陽能板1 塊、電器防雨保護(hù)箱1 只(內(nèi)置蓄電池1 塊、太陽能充電控制器1 個(gè)、 GPRS 或CDMA 無線傳輸終端1部、采集器及485 模塊1 個(gè))、不銹鋼安裝支架1 套。無線遙測風(fēng)速風(fēng)向站結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，傳感器不需要進(jìn)行任何設(shè)置，即連即用。如下圖(圖二)所示：

無線遙測風(fēng)速風(fēng)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(jìn)行測量，其測量精度高、穩(wěn)定性好、沒有溫漂和時(shí)漂的影響，測量信號(hào)可自報(bào)或?qū)崟r(shí)采集。

無線遙測水位站由水位計(jì)、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(hù)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(jì)1 臺(tái)、太陽能板1 塊、電器防雨保護(hù)箱1 只(內(nèi)置蓄電池1 塊、太陽能充電控制器1 個(gè)、GPRS 無線終端1 部、采集器及485 模塊1 個(gè))、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(jìn)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(dòng)采集和無線傳輸、測量數(shù)據(jù)存貯、計(jì)算機(jī)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(hào)環(huán)境監(jiān)測的氣溫、氣壓轉(zhuǎn)化為RS485 信號(hào)，通過GPRS 終端將數(shù)據(jù)發(fā)出，計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)測量數(shù)據(jù)并進(jìn)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(dòng)采集、存貯、查詢等功能。可監(jiān)測雨量、雨強(qiáng)等物理量，測量精度高，穩(wěn)定可靠。可設(shè)置單位雨量、自報(bào)周期、可查詢一周數(shù)據(jù)、可顯示當(dāng)前雨強(qiáng)、當(dāng)日雨量，可手動(dòng)清零或系統(tǒng)自動(dòng)清零，清零前自動(dòng)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(dòng)，如下圖：

5.2 軟件啟動(dòng)后界面如下：(各測點(diǎn)分布圖)