中小河流水文自动测报系统解决方案.docx

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1、中小河流水文自动测报系统解决方案目录一、背景4二、需求分析52.1 功能需求52.2 用户需求6三、适用规范8四、监测方法94.1 水位监测94.2 雨量监测94.3 流量监测9五、系统构成105.1 系统结构105.2 测报站功能115.3 数据采集与传输设计125.4 供电设计145.5 防雷设计155.6 设备参数16六、系统特点216.1 响应快速216.2 精确度216.3 稳定性226.4 安装简易、便于维护226.5 性价比22七、安装选点227.1 布点原则227.2 站点安装23八、前置系统软件248.1 数据接收服务器248.2 前置软件性能248.3 软件界面展示268.

2、4 理27九、运行维护289.1 运维工作需求分析289.2 运维系统功能369.3 运维效果评价399.4 应用软件界面40十、系统清单4410.1 水雨情一体化测报站4410.2 流量一体化测报站4410.3 平台系统45创造智慧生活中小河流水文自动测报系统解决方案一、背景2016年发改委、水利部、住房城乡建设部颁发的水利改革发展“十三五”规划，强调改革创新水利发展体系机制并深化水利工程建设与管理改革，其中包括推进水利工程建设管理体制改革，创新水利工程运行管护机制，优化水利工程调度运用方式，提高水利工程管理现代化水平。2018年水利部颁发的水利部关于印发加快推进新时代水利现代化的指导意见的

3、通知，提出加快推进水利基础设施现代化，大力推进工程提质升级。2019年4月15日，国家发展改革委、水利部联合印发了国家节水行动方案，计划至2020年，建立覆盖主要农作物、工业产品和生活服务业的先进用水定额体系。要求农田灌溉水有效利用率提高到0.55以上；大力推进节水灌溉，2020年前，每年发展高效节水灌溉面积2000万亩、水肥一体化面积2000万亩；到2022年，创建150个节水型灌区及100个节水农业示范区，加强农村生活用水设施改造，加快村镇生活供水设施及配套管网建设与改造。并倡导推动节水技术与工艺创新，重点支持用水精准计量、水资源高效循环利用、精准节水灌溉控制，管网漏损监测智能化，非常规水

4、利用等先进技术及使用设备研发。此外，2018年2019年期间，水利部长鄂竟平在现代治水与科技创新高端论坛、全国水利工作会议上多次指出，当前我国治水的主要矛盾已经发生深刻变化,转变为人民群众对水资源水生态水环境的要求与水利行业监督能力不足的矛盾，下一步水利工程的重心将转到“水利工程补短板，水利行业强监督”，这是当前和今后一个时期水利改革发展的总基调。“智慧水务”是水务信息化发展的高级阶段，是数字经济环境下，传统水务企业转变发展方式、实现科学发展的必经之路。将云计算、物联网、大数据、移动互联网等新一代信息技术与智慧水务建设相结合。物联网是新一代信息技术的重要组成部分，也是“信息化”时代的重要发展阶

5、段。我公司水雨情传感器通过通信模块进行无线部署，相比有线传输方式是一种更廉价的连接形式。利用NB-IoT技术，相对无线物联网技术，具有低功耗，大创造智慧生活容量、高稳定性以及深覆盖等显著优势。2020年5月22日，第十三届全国人民代表大会第三次会议政府工作报告重点强调，今年将实施扩大内需战略，推动经济发展方式加快转变，尤其在扩大有效投资方面，将加强交通、水利等重大工程建设。我国已于3月28日进入汛期，南方地区强降雨过程频繁；据预测，汛期我国南北方都有多雨区，区域性暴雨洪水重于常年，防汛形势不容乐观。水利部要求全面梳理水旱灾害防御各个环节,认真查找风险隐患，强化气象、水文等联合会商和信息共享，做

6、好中短期和临近预测预报，为防汛决策和调度提供支撑；抓紧完成大江大河和重要支流超标洪水防御预案；严控汛限水位，实行“线上线下”监管，严禁水库违规超汛限水位运行，充分发挥山洪灾害防治监测预警系统和群测群防体系的作用，及时发布山洪灾害预警，切实保障人民群众生命安全。水雨情监测系统属于防汛减灾的重要组成部分，我公司利用信息化手段通过准确测量水位雨量参数，创建防汛数据模型，通过计算，利用技术优势，系统稳定、精确，可有效协助防汛人员的工作开展。对推动水利项目的建设、倡导“智慧水务”有着积极的作用。二、需求分析2.1 功能需求水雨情及流量监测作为河流水文信息化体系建设的重要组成部分，可结合当地防洪排涝总体方

7、案的内容及规划，通过有针对性的设计和施工，能较为彻底的解决当地流域防洪安全问题。因此，建设一套完整的水雨情自动化监测系统是十分必要也是必须的。用以实现对于雨量、水位、流量等所有数据的采集、配置、处理、集成，作为应用系统水雨情数据的实时数据源。监测系统设计目标主要如下所示：实现测站基本数据以及图像的自动采集、远程传输、处理和入库，满足水情报汛要求；实现测站基本水文数据本地固态存储、远程和现场批量调取，满足水文资料整编要求; 中心正确接收一次所属全部报汛站的遥测数据的时间不超过5分钟,完成一次区域报汛站数据采集并完成数据传输、处理、入库的时间不超过8分钟，并能及时向有关单位和上级部门分发转报，提供

8、信息服务； 支持查询（召测）和自报混合式体制； 3G/4G/GPRS/SATE/SMS主备信道自动切换； 数据通信误码率小于10-6,可靠度99.99%。2.2用户需求2.2.1 基本性能需求1、系统稳定性：要求系统软硬件整体及其功能模块具有稳定性，在各种情况下不会出现死机现象，更不能出现系统崩溃现象。2、系统可靠性：要求系统数据维护、查询、分析、计算的正确性和准确性。3、容错和自适应性能：对使用人员操作过程中出现的局部错序或可能导致信息丢失的操作能推理纠正或给予正确的操作提示。对于关联信息采用自动套接方式按使用频度为用户预置缺省值。4、易于维护性：要求系统的数据、业务以及涉及电子地图的维护方

9、便、快捷。5、安全性：要求保障系统数据安全、不易被侵入、干扰、窃取信息或破坏。6、可扩展性：要求系统从规模上、功能上易于扩展和升级，应制定可行的解决方案，预留相应的接口。7、数据精确度：管理系统涉及不同类型的数据，数据从采集、检验、录入、上报到入库，经过多种工序，要保证数据精度需要。在数据处理过程中，系统对地形数据、模型运算等的精度有一定要求，如地形数据在采集过程中的精度，模型输入、输出数据精度等。8、时间特性：管理系统涉及多个单位，有一定的业务流程，对系统的响应时间、更新处理时间、数据转换与传输时间及运行效率都有一定的要求，因此,在系统设计、模型算法等方面要有所考虑，采用高效合理的方法和算法

10、，以提高系统运行效率。9、适应性：系统在操作方式、运行环境、与其他软件的接口以及开发计划等发生变化时，应具有的适应能力。2.2.2硬件性能需求采集单元精度实时传输时间（装置-数据中心）采样周期可靠性水位0-5m：0.1cmO-lOm：0.5cm0-20m：1.Ocm有线：5s无线：OOs实时、1-24次/天系统数据收集的月平均畅通率应达到：平均95%以上的遥测站把数据准确的送到中心站，数据处理作业完成率应大于95%o数据传输的畅通率达到99%以上。流量t%实时、1-24次/天雨量3G、4G、ADS1.、光纤、卫星通信等。除公网覆盖不及或有特殊需求之外，推荐优先选用公网通信。在选用公网通信网络之

11、前，应实地调查信号覆盖情况。GPRS是目前广泛应用与水利信息自动测报系统的一种通信方式，可选用移动、联通、电信等公网，覆盖范围广、入网简单、资费便宜，适用于普通的文本数据及少量的图像数据传输。3G、4G与GPRS的主要区别是在传输数据量和速度上的提升，可用于图像及视频等大数据量的传输。5.3.3 测站编码编制为方便统一管理和资源整合，需对各类测站进行统一编码。广东省水利厅于2013年10月制定水利信息分类和编码规范，该规范参照水利工程基础信息代码编制规定(S1.213-2012),水利工程基础信息代码编制规定(S1.213-98)等，根据广东省的实际信息点进行扩充编制。其中对水文测站、水土保持

12、监测点、墙情监测点、地下水观测井等的编码规则做出规定，并对主要水利数据及测站进行了编码，形成了项目编码成果。因此对新建各类测站，应遵循水利信息分类和编码规范进行测站编码，其中引用的基础信息代码应采用广东省水利数据中心项目编码成果，成果中未涵盖的编码，按照水利信息分类和编码规范要求编制。5.4 供电设计541供电方式遥测站位于供电困难的地区，并且一般系统测站静态功耗较小，RTU处于间隙工作状态。通信机工作功耗较大，但其仅在发送数据时加电；而RTU的值守电流很小仅为mA级，况且测站的发送次数有限，每次数据发送的时间较短(约几十秒，含预开时间和滞后时间)，累计功耗不大。因此，遥测站的供电方式一般采用

13、蓄电池组供电、太阳能浮充的供电方式，这样可以提高整个系统的稳定性和可靠性。此外，能保证设备在环境要求下，电池组容量可保证各类设备在连续30天阴雨天气情况下仍能正常工作，并能在8-20天时间内将蓄电池充足。遥测系统的水情遥测站均采用12V(标称值)蓄电池供电。5.4.2电源容量根据现场日照情况及各遥测设备耗电情况计算得出，遥测站采用单晶硅太阳能电池板对免维护蓄电池进行浮充供电。在口照期间该系统给蓄电池充电，在夜间或连续阴雨期间可使用蓄电池所存储的电能。太阳能浮充蓄电池的设计寿命大于15年，并且具有良好的低温特性创造智慧生活和过量充电特性。5.5 防雷设计完善的防雷设计，从建筑物、电源、信号电缆、

14、数据终端接口、传感器选型等多方面进行系统防雷整体设计，以确保系统的稳定、可靠、连续运行。监测站点一般分布在野外，建筑面积很小，可以安装独立避雷针系统直接防直击雷，在遥测站建筑物顶端安装合适的避雷针，可以有效地对保护角（45。）范围内的天线、监测设备和太阳能电池板等室外设备起到防雷保护作用。避雷针装置由避雷针接闪器、基架、引下线组成，装置的各部分连接要牢靠，应焊接;专用引下线的导电性应比较好、通流能力强，可以采用35mm*5mm的热镀锌扁钢或截面积不小于95三2的多股铜缆，应尽量远离设备箱，与接地体之间应有良好的电气连接；基架、引下线与建筑物钢筋、设备箱间应完全绝缘独立隔离，避免建筑物直击雷电侵

15、入机箱设备内。遥测站防雷主要包括天线防雷、电源防雷、信号防雷、设备防雷。D天线防雷为获得良好的通讯效果，保证数据通信质量，通讯机天线一般均安装在建筑物的顶端，极易受到雷电破坏，为此，在通讯天线端配置有效的天线避雷器，可明显的降低雷电破坏对设备的影响。2）电源防雷由电源引入的雷电破坏是造成设备损坏的主要因素，绝大多数雷击破坏都是由电源通道引入的。为此，在遥测站中电源设计应尽可能用太阳能浮充蓄电池供电，以避免交流电源引雷，蓄电池供电的电线应采用金属护套电缆。在雷电频发区，当直流电源传输距离大于15m时，电缆内芯线应在入口处分别加装电源避雷器。对中心站电源防雷的设计，在其电源接入端，必须配置可靠的防

16、雷设备以确保设备在恶劣气象条件下能24小时连续安全运行。具体结构设计可按“不间断电源+蓄电池+防雷模块+隔离变压器”的模式来执行，这些技术的综合运用可有效的降低由电源线引入的雷电破坏。3）信号防雷本系统采集数据信号为水位、雨量。为保证传感器信号电缆不受雷电影响，室外信号传输电缆应在数据设备的输入端口安装与传输线路速率、物理接口等相匹配的数据避雷器，防止信号线引雷。4）设备防雷设备防雷最有效的方案是选用无源信号传感器，对于雨量传感器，均可采用无源传感器，由于这类传感器一般均处于无源状况，仅在数据采集时由数据终端给其供电，当数据采集结束后，供电又将停止，恢复掉电状态，此时可以采用防雷较好的隔离措施

17、，有效降低雷电的影响；水位传感器可采用防雷模块和避雷接口，并使用信号网络衰减、钳位限压技术和瞬间泻流器件等综合信号接口防雷技术进行防雷。5.6 设备参数xxH5110V51监测遥测终端RTU,用于水情测报、水库雨水情监测,满足水利水情行业遥测对多通信信道，大容量数据存储的要求而设计的新型遥测终端设备。它以高性能低功耗微控制器为核心，具有多个传感器接口和多个通信接口，是集数据采集、显示、存储、通信和远程管理等功能于一体的智能遥测数字终端设备。H5110可以通过GPRS、GSMCDMA、3G、4G、超短波、北斗卫星等方式进行组网通信。主要应用于山洪减灾、水文、中小水库、水资源等场合。功能特点数据采

18、集：支持雨量、水位、水温、流量、流速及电压等数据采集;图片拍照：支持定时自拍、一键巡检抓拍和远程平台抓拍；开箱报警：支持箱门开启，主动上传开箱报警信息到平台；数据存储：可存储至少10年的历史数据；通讯方式：GPRS、CDMA3G、4G、北斗卫星终端等方式进行组网通讯；工作模式：支持单中心与多中心两种模式，最多支持4个中心；设备管理：支持通过串口进行设备管理，可完成参数查询、配置、重启、格式化FIaSh等操作；平台参数管理：支持通过平台进行设备参数管理，可完成参数查询、配置、重启、以及格式化FlaSh等操作；时间管理：支持本地人工校时和平台网络校时；日志管理：设备具有本地运行日志记录存储功能，并

19、支持本地和远程平台提取；定时采集：支持规约要求的定时数据采集(采集量包含雨量、水位、流量、电压等)；数据召测：通过平台下发召测指令，设备收到指令后立即采集业务数据并上报；时段数据查询：通过平台下发时段业务数据查询指令，设备收到指令后向平台上报相应业务数据；规约符合度：符合水文监测数据通信规约(S1.651-2014)和水资源监测数据传输规约(SZY206-2012)。技术参数遥测终端RTU技术参数尺寸173152.145(mm)电源12V1.5ADC允许电压波动范围T5%+20%重量约IKg功耗含GPRS通讯模块传输数据(lkBs):500mW值守功耗：0.5mW防雷抗电磁干扰符合GB/T17

20、626标准电源保护具有电源反接保护，过压保护显示及按键输入1个1.CD显示屏，14键多功能键盘工作温度-30C70PC配置串口1个RS232DB9接口，波特率11520ObPS8位数据位、1位停止位、无校验、无流控处理器工业级、超低功耗32位UCU遥测终端RTU技术参数操作系统内置多任务嵌入式实时操作系统，支持PPP/TCP/IP协议栈接口1路格雷码接口；1路开关量接口4路420mA电流环接口；4路05V电压环接口2路3线制RS232接口（波特率300-115200bps）2路RS485（波特率30（HI520ObPS）1路SDI-12；2路信号输入1路信号输出实时时钟（外部RTC）采用高精度

21、的时钟芯片，时间偏差lsd无线模块采用工业级模块支持1.TE-TDD/1.TE-FDD/HSPA+/TD-SCDMA/EVDO和GSM/GPRS/EDGE等频段，支持1.TECAT4（下行速度为150MbPS）天线一体化设计，标准SMA阴头天线SIM卡接口抽屉式接口，支持1.8V3VSlM卡典型应用2、翻斗雨量计雨量计类型：增量式（翻斗式）雨量计；承雨口内径：200+0.60,外刃口角度45； 仪器分辨力：0.2mm（JDZO21型）； 降雨强度测量范围：0.Ol-Wniin（毫米/分）； 翻斗计量误差：4%（在0.014mmmin雨强范围）； 输出信号方式：磁钢干簧管式接点通断信号； 开关接

22、点容量：DCV12V,I120mA;接点工作次数：IX107次； 工作环境温度：-10+50C; 工作环境湿度：98%RH（40C凝露）。 、串口摄像机串口摄像头用于对水库整体进行现场图片抓拍功能，一般安装于遥测终端RTU附近，通过RTIJ串口数据通信接口实现数据传输。串口摄像机主要技术指标如下：通讯接口：RS485接口，支持通讯波特率为4800、9600、14400、19200、38400、57600115200,设备默认通讯波特率为115200,可以通过命令配置，配置完成后立即生效；工作电压：DC12V(936)；像素：低功耗图像采集，130万像素；图片格式：支持JPEG图片格式；拍照距离

23、：100米以内清晰；支持分辨率为：1024X960(其中又分为高、中、低三个质量的图片)、640X480160X120；工作温度：-20+70；工作湿度：95%o4、雷达水位计数据采集：支持水位、空高等信息量的采集设备管理：支持打开设备后通过管理工具对设备进行操作，进行参数查询、配置、重启、格式化Flash等操作处理器：32位MCU测量范围：0.l30m雷达频率：120GHz工作电压：12VDC功耗：工作模式35mA12VDC,低功耗模式lmA12VDC通讯类型：标准ModbUS-RTU协议协议硬件接口：1个RS485接口波束发射角度：8工作温度范围：-3070湿度范围：2095%RH防护等级

24、：2IP68防雷等级：26KV尺寸：56*56*70(mm)外壳材质：铝合金外壳5、雷达流量计最大测程：40m测速范围：0.l20ms测速精度：0.01ms测速分辨力：1%FSA水位量程：0.27m通讯方式：RS485工作电压：12VDC工作温度：-30Cr70功耗：工作模式:25mA,待机模式：lmA防护等级：IP68六、系统特点6.1 响应快速被测参数值发生增减变化（如雨量增加1mm,水位变化1cm）或达到设定的时间间隔时，遥测终端机自动采集、存储和发送参数数据，采用3G/4G/GPRS网络结构，传输数据量和速度有所保障，实时传输数据时间（装置一数据中心）的时间小于30秒。6.2 精确度采

25、集数据准确度和精密度满足规范要求；雨量计测量精度可根据不同场景设置02mm0.5mmImm,提高测量准确度;流量计精度为1%测量值；采用雷达水位计的方式，精度为Imm,并且通过串口摄像机定时抓拍图片作为辅助；管理系统涉及不同类型的数据，数据从采集、检验、录入、上报到入库，经过多种工序，可保证数据精度需要。6.3 稳定性系统工作稳定。能够连续7X24小时不间断工作，遥测终端机可存储采集到的至少10年的数据；系统单台设备MTBF25000小时，遥测终端机MTBF240000小时；通信网络采用主备信道，可自动切换，保隙传输的稳定性。6.4 安装简易、便于维护设备平均无故障工作时间MTBF25000小

26、时，其中遥测终端机40000小时，故障率低，远高于行业标准；软、硬件产品采用模块化设计，方便后期功能的增加、升级。6.5 性价比系统核心硬件产品（遥测终端、传感器等）均为我公司自主研发、生产，性价比远高于大部分集成商（设备外购）；站点安装简便、易于维护，节省后期投运后的维护开支。七、安装选点7.1 布点原则（1）水位测点水位站布设原则参考水文站网规划技术导则S1.34-2013（中华人民共和国水利部）。主要在各水库、干渠闸门处进行监测，以及洪水易发河段和低洼易涝区；要求后续接入其他工程水位数据。（2）雨量测点主要在部分水位监测点上兼测雨量。广东省水利信息化发展评价办法上规定,每50平方公里至少

27、一个雨量自动监测站。分析降水量站网密度涉及的各种指标,创造智慧生活可根据本地区的资料条件、生活条件、设站目的，合理选定。（3）流量测点干渠和重要支渠采用雷达流量计。采用雷达流量计测量流体的流速和水深，通过设定渠道断面参数，结合水力学数学模型直接计算出流量，测量数据准确。测流点分别布设在干渠、支渠、分支渠等。流量监测点兼测水位，水位监测点通过水位流量关系换成出流量。支渠流量采集可以采用监测流量或监测水位的方式,通过率定水位流量关系曲线的方法来得到渠道流量。7.2 站点安装（1）一体化机柜安装方式数据遥测终端RTU、通信模块、电源、防雷模块等均需安装在机柜内，通信模块外接天线不能随意外露，应通过太

28、阳能立杆内部线缆外接于杆顶部，并牢固固定；分体式流量计的二次仪表另外安装，所需安装柜体由厂家根据现场实际需求定制开发。安装方式如下（示意）：太阳能电池板防护箱太阳能充电控制器遥测终端RTU避雷器薄电池（2）杆式安装方式杆式支架由主钢管柱、水平钢管、钢筋混凝土基础三部分组成。主钢管柱高56米，选用直径300200mm、壁厚8三的热镀锌八棱变径钢管，太阳能电池板安装在柱顶；水平钢管悬臂长度为26米，选用直径250150mm、壁厚6mm的热镀锌八棱变径钢管。钢筋混凝土基础根据地质情况可采用C30独立基础或桩基础，当建设地点位于河道内、较陡斜坡上或地基土较差时采用桩基础。（3）雷达流量计安装安装时需将

29、雷达流量计垂直固定在支架上，保证流量计安装高度在测量量程内；且需尽量保证发射的雷达波全部照射到水面，以保证测量精度。八、前置系统软件8.1 数据接收服务器通过部署接收软件实现以下主要功能：通过接收服务实时接收遥测终端发来的实时数据，经预处理后（数据解码、检错、纠错、数据格式检查及转换、加注时标等），分类暂存。通过入库服务程序将预处理后的数据写入数据库。如有必要，还可通过转发服务将接收到的实时数据转发给其它服务器。数据接收软件与遥测终端机的通信协议遵循水文监测数据通信规约S1.651-2014。能持续7*24时连续工作，具有上、掉电保护及程序运行监测功能，即使因偶然故障造成死机能自动复位，恢复正

30、常工作，对由于服务器故障或网络阻塞引起的漏发漏收，接收程序能实现自动补发，保证数据完整性。8.2 前置软件性能（1）实施监测：查询设备实时状态、最近上报时间及基本数据信息；（2）报警管理：查看设备报警信息，可进行报警查询及清除操作；（3）测站管理：可对RTU设备进行升级、重启、配置提取数据等相关操作；（4）统计查询：通过图表显示雨量、水位、流量数据统计情况，亦可对单个测站的雨量、水位、图像、流量数据进行查询；（5）数据同步：配置同步信息；查看数据库连接状态、数据滞留情况；（6）系统管理：能进行更改行政区划、登录用户、登录密码操作，也可以对平台数据备份。8.3软件界面展示登录界面版权所有C201

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