水情自动监测预报系统.docx

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水情自动监测预报系统

水情自动监测预报系统

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1.概述

山洪灾害是山丘区在一定强度或持续的降雨下，因特殊的地形地质条件而发生的自然灾害，它具有突发、破坏性大、防治困难的鲜明特点，山洪及其诱发的泥石流和滑坡，往往对局部地区造成毁灭性灾害，对国民经济和人民生命财产造成重大损失。

近年来，我国山洪灾害问题日益突出，每年都造成大量人员伤亡，严重影响社会经济发展。

水情监测预报系统主要包括水情遥测站网布设、信息采集、信息传输通信组网、设备设施配置等。

适用于水文部门对江、河、湖泊、水库、渠道和地下水等水文参数进行实时监测，监测内容包括：

水位、流量、降雨（雪）、风速等。

水情自动监测预报系统采用多种无线通讯方式实时传送监测数据，各通信数据互为补充保证监测数据的实时性和准确性，可以大大提高水文部门的工作效率。

1）

2.系统功能

1）管理功能：

具有数据分级管理功能，监测点管理等功能。

2）采集功能：

采集监测点水位、降雨量等水文数据。

3）通信功能：

监测中心可分别与被授权管理的监测点进行通讯。

4）告警功能：

水位、降雨量等数据超过预设的告警上限时，监测预报系统软件主动告警。

5）查询功能：

监测预报系统软件可以查询各种历史记录。

6）存储功能：

前端监测设备具备大容量数据存数功能；监测中心数据库可以记录所有历史数据。

7）分析功能：

水位、降雨量等数据可以生成曲线及报表，供趋势分析。

3.系统设备组成

   水情自动监测预报系统由前端遥测站、测量设备、通信网络（超短波中继站）、监测中心站等使部分组成。

主要组成设备为：

1）前端遥测站：

自动遥测终端机。

2）测量设备：

翻斗式雨量计、水位计等。

3）中继站：

中继站终端设备——中继机。

4）中心站设备：

前置接收机、中心计算机等。

5）其他设备：

太阳能电池板及充电控制器、避雷针等。

4.设备功能

1）自动遥测终端机

设备结构及工作原理示意图：

设备功能包括：

A、当雨量每产生一个计量单位（1mm）或水位每变化一个计量单位时，自动采集、存贮并向中心发送数据。

B、达到设定的时间间隔时，即自动采集、存贮和发送数据。

雨量发送累计值，水位发送实时值。

C、支持超短波、GPRS、北斗卫星等多种无线通讯方式。

D、可现场和远程（通过GPRS）设定站号和各项遥测数据的上、下限报警值等工作参数，数据越限时立刻上报告警信息。

E、支持现场或远程升级设备程序。

F、支持遥测，和历史数据远程查询功能。

G、具有自检功能，低压报警功能。

H、具有信道机超时发送强迫掉电功能。

I、可扩展连接其他水文传感器、采集器接口。

2）中继机

设备结构及工作原理示意图：

设备功能包括：

A、有较强的抗干扰能力，可靠性高。

B、可设定中继站站号、工作信道。

C、接收到下属遥测站数据，经译码、纠错后加上中继站信息再编码发送。

3）中心站

设备结构及工作原理示意图：

设备功能包括：

A.全天候值守、实时接收遥测终端站点的数据，并对其进行处理、管理和存储。

B.对所接收的信息进行解码、合理性检查、纠错，并按要素分类进行存储。

C.对遥测终端站进行远程工作设定和工作参数修改、校时。

D.监视遥测终端站点的工作状态功能。

E.自动对采集得到的数据，按照水利、水文的数据规则和客户配置的数据检查逻辑，判断数据的合理性。

F.数据库满足分中心数据查询、洪水预报、报表输出及其它水文业务应用的要求；

G.数据库具有良好的维护功能，。

5.设备主要技术要求

1）翻斗式雨量计

主要技术要求：

分辨力：

0.2mm

承雨器内径：

200+0.6mm。

刃口角4050；

测量精度：

≤4%；

雨强范围：

0.01～4mm/min（允许通过最大雨强8mm/min）；

平均无故障工作时间：

MTBF≥40000小时；

误码率：

<10-4；

信号输出标准：

磁钢干簧管式接点通断信号（单信号或双信号），接点允许承受的最大电压不小于15V，允许通过电流不小于150mA，输出端绝缘电阻不小于1MΩ，导通电阻不大于10Ω，接点工作寿命在50000次以上；

供电和防雷：

无功耗传感器，传感器及输出信号传输具有防雷措施；

防堵塞：

传感器具有防堵、防虫、防尘措施；

支持有线传输，通过外接无线短传终端支持无线远距离传输。

工作温度：

-10℃～+50℃；

相对湿度：

不限。

2）浮子式水位计

主要技术要求：

量测范围：

根据监测河段水位变化范围确定；

分辨率1.0cm；

测量精度：

≤±2cm（≤10m），≤±2～3cm（10～15m），≤±3cm（≥15m）；

工作环境:

温度-10～＋50℃，湿度<95%（40℃）。

3）遥测终端机

主要技术要求：

①供电方式：

蓄电池或锂电池向设备供电，太阳能电池板浮充供电；

②值守功耗：

小于等于2mA（电池电压12V时）；

③设备平均无故障工作时间：

MTBF＞25，000小时；

④工作温度：

－30℃～＋60℃，湿度：

0～90％。

4）GPRS/GSM模块

①工作频率：

支持双频GSM/GPRS，符合ETSIGSMPhase2+标准；

②协议：

支持TCP/IP，标准的AT命令集；

③发射功率：

2W（900MHz）/1W（1800MHz）；

④功耗（mA@12V）：

≤150mA（工作），≤10mA（空闲）；

⑤电源：

＋5V～＋35V；

⑥频率误差：

≤0.1ppm；

⑦数据接口：

RS232/RS485；

⑧工作温度：

-25℃～＋60℃。

5）北斗卫星终端

①天线波束宽度：

俯仰方向25°～90°,水平0°～360°；

②频率：

接收S波段，发射L波段；

③接收灵敏度：

C≤-157.6dBW；

④接收信号误码率：

≤1×10-7；

⑤发射EIRP值：

≥13dBW；

⑥MTBF（平均故障间隔时间）：

25000小时；

⑦功耗：

平均功耗≤6W，发射最大功耗≤120W；

⑧工作环境：

温度-20℃～+55℃，湿度5％～98％（45℃）；

⑨电源：

9～32VDC；

⑩接口标准：

RS232C。

6）超短波通信终端

3作频段：

220～240MHz；

②数据速率：

1200bps；

③运行模式：

半双工；

④信道带宽：

12.5/25KHz；

⑤功率：

1～25W。

6.无线超短波通信

超短波（223MHz~235MHz）网络介绍。

7.无线GPRS网络

GPRS（GeneralPacketRadioService，通用无线分组业务）作为第二代移动通信技术GSM向第三代移动通信（3G）的过渡技术，是由英国BTCellnet公司早在1993年提出的，是GSMPhase2+（1997年）规范实现的内容之一，是一种基于GSM的移动分组数据业务，面向用户提供移动分组的IP或者X.25连接。

   GPRS是在现有的GSM网络基础上叠加的一个新的网络，同时在网络设备上增加一些硬件设备，并对原软件升级，形成了一个新的网络逻辑实体。

GPRS能给用户提供端到端的、广域的无线IP连接。

通俗地讲，GPRS是一项无线高速数据传输技术，它以分组交换技术为基础，用户通过GPRS可以在移动状态下使用各种高速数据业务，包括收发E-mail、进行Internet浏览、即时聊天等。

   GPRS系统使用现有的GSM无线网络。

GPRS和GSM共用相同的基站和频谱资源，只是在现有的GSM网络基础上增加了一些硬件设备和软件升级。

因此，实现GSM升级至GPRS非常容易，且中国移动借助原GSM网络，所以GPRS覆盖非常广。

目前中国移动GPRS网络已覆盖全国所有省、直辖市、自治区，网络遍及240多个城市。

8.北斗卫星通信系统

北斗卫星通信系统是我国自主知识产权的“北斗一号”卫星导航通信系统的民用用户服务平台。

9.系统工作过程描述

水情自动检测预报系统以数据采集、传输通道和数据处理分析系统组成，具体工作过程：

遥测站自动监测雨水情数据，当雨水情数据改变达到设定的限值时或达到设定间隔时间时，自动上报雨水情数据信息。

遥测站数据通过VHF电台、GPRS模块和北斗卫星无线终端设备向三个不同的通信网络发送遥测数据；VHF超短波通信数据经中继站转发送达中心站，GPRS通信数据经过移动运营商设备转发可以由GPRS无线传送到中心站或可以由互联网送达中心站，北斗卫星通信数据经北斗卫星民用网管中心转发通过互联网送达中心站。

中心站设备接收各个站点雨水情数据，中心测报软件对数据进行储存、分析，形成数据库，三个传输通道数据互为补充，以提高数据的实时性和准确性。

测报软件依据数据实时反应遥测站雨水情信息，可图文显示或打印报表，同时判断是否超过设定的报警限制并发出声光报警。

分中心站数据库与中心站数据库进行交互、互为补充，分中心测报软件可从中心站数据库获取其权限范围内的遥测站雨水情信息，可图文显示或打印报表，同时判断是否超过设定的报警限制并发出声光报警。

测报软件可通过GPRS通信通道对遥测站和中继站远程查询历史雨水情信息，也可远程设置遥测站或中继站参数。

10.软件功能

1、通信和采集功能 

      1.1支持GPRS、CDMA、GSM、数传电台、TCP/IP及专线等多种通信方式 

      1.2接收各个遥测站，历史数据自动存盘。

      1.3可查询各个遥测站。

2、时钟同步功能

      服务器、工作站可以通过网络进行时钟的同步，数据通信前台机对各个监测站进行广播校时，实现整个

      水文自动测报系统时间同步，校时每15分钟自动进行一次，也可以手动发送。

3、数据补调功能

      采取数据暂存技术，在数据未能送达指定服务器时，数据存放在当地，待系统正常后实现自动调补，把缺失的数据从本站补调回水文自动测报系统数据库。

      3.1自动补调：

计算机具有动态数据补调功能，不须人工干预，软件会定时搜索历史数据库，把丢失的数据自动补调回来，数据完整性好。

      3.2人工补调：

调度人员可随机补调某个测站或所有测站在某一时刻丢失的数据，时刻保持数据的完整性。

      3.3自动补调的时间和次数可人工设置。

4、具有基于优先级别的任务调度功能，事故、越限优先报警，报警记录可查询、打印。

      4.1主要参数超限以声、光方式报警。

      4.2故障、超限报警定位准确。

      4.3能人工中断声、光报警。

      4.4支持手机短信报警。

5、数据库管理功能

      5.1自动形成历史数据文件。

      5.2可对历史数据按多种条件进行查询、修改。

      5.3对不可测得的参数可人工输入。

      5.4可对历史数据进行各种统计、处理。

6、图形显示功能

      6.1可显示各种水文监测点分布图、地图等。

      6.2数据可实时地在画面上动态显示。

      6.3图上的参数及其显示位置可在线修改。

7、多种形式的曲线

      7.1可绘制时变曲线、直方图、饼图、机泵运行图等多种形式的曲线。

      7.2可绘制多种形式的单轴、多轴对比曲线。

      7.3曲线可输出到绘图仪上。

8、报表功能

      8.1可打印各种日志表、日、月、年统计报表。

      8.2报表格式可在屏幕上预览。

      8.3报表的数据来源可灵活定义。

9、美观的图形用户界面

      9.1具有图符、对话框、滚动条等资源。

      9.2支持鼠标、触摸屏操作。

11.设备外观设计及安装要求

12.系统组网工作原理

如下图所示，系统可以搭建多传送通道兼容通信系统，系统由前端遥测站数据采集设备、供电设备、传输设备和中心站监控设备组成，前端遥测站安装在水库或水电站等采集点，将采集到的水位、降雨量等数据分别通过超短波、GPRS和北斗卫星等无线方式传输到中心站监控中心，监控中心软件可以显示并分析前端设备采集的数据。

VHF组网图，相隔中继站片区采用不同信道，减少跨区的同频干扰；中继站接收与发送采用不同信道，可以同时进行接收和发送，减少信道占用时间。

中心站采用多组信道接收方式（与中心站通信的中继站分组分信道通信），减少信道同频干扰，提高遥测数据上传成功率。