流量和水位监视水库涵闸河流水情

一、 行业背景
随着国民经济的迅猛发展，水利工程在国民经济中所起的作用越来越大，防汛更是直接影响国民经济发展的一个重要方面。近年来，国家提出了建设“数字水利”的目标，全面实施水利信息化建设，一方面加快水利工程的信息化进程，提高其建设的效率，另一方面可以将防汛抗旱的工作逐步从被动转为主动，通过完善的预警机制和应急指挥系统，达到最大程度降低灾害影响，在汛期的时候，一些异常状况的图像清晰准确地在第一时间即时传送到监控中心，工作人员可实时地对可能或正在发生的汛情、险情、灾情进行动态监视，随时了解现场情况，以便采取相应的预防和补救措施。
基于上述背景的考虑，我公司的水位自动监测预警系统。本系统能将各个地下管道的积水情况及时、自动、准确地上传至监控中心。该系统以单片机为控制核心,集成了先进的系统软件与硬件，利用太阳能供电，采用无线通讯方式。利用该系统,可以实现对各管道段有效自动监测。当监测点的水深超过预设值时，监控中心会发出报警信号，提示中心监控人员采取相应措施。
二、 需求分析
现阶段各大部分地下管网已实现的监测系统，采集的数据通过DTU或采集主机采集主机以2G/3G/4G无线网络上传到数据中心，能将采集与无线传输结合起来，实现对管网数据的采集、安全分析，这样能对地下管网的运行情况有直观又方便的检查，有助于采取预防与补救措施。
以此监测需求为例：
Ø 监测流量和水位，一但流量或者水位到了警戒线，马上联动报警；
Ø 监控现场是否有人进入危险区域、可疑情况；
Ø 通过3G/4G网络传输，可部署在偏远区域；
三、 系统概述
紧握市场需求，我公司开发出基于2G/3G/4G无线网络的遥测系统，主要用于监视水库、涵闸、河流、矿井、地下管网运行情况，通过2G/3G/4G网络上传到监控中心平台，各种监测信息和现场图像可直观显示在大屏幕上，监控人员能及时监视现场情况，准确判断状态。
无线遥测系统是我司自主研发、具有知识产权的整体解决方案，采集主机系统广泛应用于各种水利信息化建设领域。
本系统由监测中心、通信网络、前端监测设备、测量设备四部分组成。
l 监测中心：由服务器、公网专线（或移动专线）、监测系统软件组成
l 通信网络：GPRS（2G/3G/4G/5G）。
l 前端监测设备：监测终端。
l 测量设备:雷达流量计或其它仪表变送器。
四、 系统架构
1.前端采集部分
前端采集部分由、采集主机、雷达水位计、雷达流量计、太阳能供电系统组成。传感器采集的数据经采集主机。进行编码处理，编码后的数据通过有线/无线网络传输到远程监控中心。
2.传输网络
可以采用GPRS/2G/3G/4G、WIFI、有线三种传输方式，三者自动智能切换，保证网络不中断。
3.监控中心
在监控中心安装相应的服务器系统和平台软件，分发数据流和视频流进行监控，统一管理现场设备，并对上传的数据进行处理、统计、分析，供管理决策使用
4. 系统互联
为方便本平台和其他系统进行互联，平台软件预留接口，可实现与其它系统的信息共享和联动。
五、 系统主要功能
1、 数据采集、统计、分析
l 每15分钟定时采集并上报水位数据。
l 平台对上传的各种数据进行分析处理，并图表形式展示出来。
2、 联动控制
可与第三方系统互联，制定联动预案，实现智能化控制。
3、 远程管理维护
系统提供远程管理维护功能，管理员不必到达设备现场，就可修改设备各项参数，实现校时、重新启动、参数配置、软件升级等功能，提高的设备维护效率。
六、 系统主要设备（产品特点、性能、技术参数）
1、雷达流量计
1.1功能
雷达流量计是一种采用多普勒原理测流速，微波技术的测水位，通过计算模块计算出流量，主要适用于探测江河湖泊等自然河流的流量测量一体机，也适用于各种水库、蓄水池、污水渠等露天水渠的流量测量。雷达流量计作为一种探测终端，可有效的辅助监控流量变化状态，提供有效的流量信息。
1.2技术参数

特点：
（1）非接触测量；
（2）金属外壳，安装简单；
（3）流速、水位信号单独输出；

流速仪参数:
供电电流：50mA (工作)，<1mA (休眠)； 工作温度：（-35~65）℃；
存储温度：（-40~70）℃
野外防护等级：IP68。 测速范围: 0.03~21m/s； 测速精度：±8.8mm/s；
分辨率：1mm/s； 方向辨别：上游；
测量持续时间：2~240s;
采样间隔: 0s~5h;
工作频率: 24GHz;
到水面距离: 0.5~35m;
电源: 6~30V DC(建议使用12V DC);
通讯: 485/Modbus协议

水位计参数： 最大量程：35m
精 度：±3mm
环境温度：（-35~65）℃ 重复性：±1mm
天线材质：PP
频率范围：26GHz
信号输出：RS485/Modbus协议 6~30V DC (建议使用12V DC)

产品特点：性能稳定，带测角功能，带水平尺，安装简单，高精度，抗干扰能力强，小巧轻便，可用于串口调试，功耗低，波束角小。
应用范围：城市路桥积水监测、水库、河道、水电站、地质灾害、泥石流监测、灌溉渠水位监测。
量程：45/85米(量程可拓展)；
工作频率：≥80GHz；
测量精度：±2mm；
分辨率：1mm（全量程）；
天线形式: 微带阵列式天线；
安装形式：万向支架；
测量时间：20 秒（SDI 12）或30 秒（4-20Ma）；
天线波束角度（宽波）：≤8°；
供电范围：6-30V DC；
通讯接口：4-20mA、SDI-12、RS-485、两线制（SDI-12 协议）等；
环境温度：-40－+70℃；环境压力：常压
相对湿度：在40℃时湿度为95%；
保护等级：≥IP68；
具有微波处理整合系统功能；
自带波动补偿，消除风力及桥梁振动影响；
外壳:铝+ABS；
可带便携式外接调试模块；
双核处理器电子单元，加快处理速度；
识变增益功能，根据不同工况，仪表自动调整信号强度，增加仪表可靠性和稳定性；
有虚假回波显示、编辑、屏敝虚假信号功能；
有电流调整，偏差现场校正功能。

雷达水位计是一种采用微波技术的物位探测仪，主要适用于探测江河湖泊等自然水域的水位，也适用于各种水库、蓄水池、污水渠等露天水渠的水位探测。雷达水位计作为一种探测终端，可有效的辅助监控水位变化状态，提供有效的水位信息。

2、太阳能

监测站终端设备采用太阳能板浮充蓄电池直流供电方式。为防止蓄电池电压过电或欠压现象，应配置相应的充电控制器进行钳位控制。
太阳能板的功率、蓄电池的容量以及充电控制器，根据以下因素选配：
1）设备功耗，包括守候功耗、工作功耗以及通信设备发送数据的功耗；
2）保证在10~20天连续阴雨天气情况下，能维持蓄电池正常工作1个月；可连续工作不低于2年。
3）在连续阴雨天气后，能在10～20天时间内，将蓄电池充足；
4）当地的日照指数；
5）充电控制器的钳位电压阈值应保证电池充足且不因过充而损坏。
6）蓄电池采用铅酸免维护可充电蓄电池。
7）太阳能板采用单晶硅太阳能电池组件，最大工作电压：17V，开路电压：21V；
太阳能电池板配制计算方法
电池板配置功率（W）=设备功耗（W）×每天工作时间（小时）×1.2(安全系数)÷[5小时(每天有效工作时间) ×0.6(充电效率)]
蓄电池配置计算方法
蓄电池配置容量（Ah）=设备功耗（W）×每天工作时间（小时）×阴雨天(天数)÷[设备供电电压(V) ×0.6(供电效率)]
3、通讯平台及系统运行分析

3.1通讯平台

公网专线系统通信网络采用中国移动公司GPRS网络和Internet公网。要求排水管理处监控中心具备宽带（类型：光纤、ADSL等），并具有一个Internet网络上的固定IP。泵站监测点终端中GPRS无线数据传输器内配置一张开通GPRS功能的SIM卡。
终端通过其内部的GPRS无线数据传输器与监测中心服务器组成一个通信网络，实现系统的远程数据传输。
公网专线组网适用于监测点数量多，数据传输频率高、实时性要求强的系统。

3.2系统运行分析

3.2.1 终端GPRS流量统计

传输间隔

GPRS月流量

10分钟

100M

15分钟

80M

30分钟

50M

3.2.2 系统运行费用
月运行费用 = （监测中心宽带月租 + 固定IP月租） + 单个测点数据卡月租×测点数量
七、 采集主机介绍
采集主机是集GPRS/4G/WIFI无线传输、传统采集主机功能于一体，实现水文/水资源等数据采集、存储、显示、控制、报警、无线传输、远程监控等功能。
产品采用高性能的工业级32 位通信处理器和工业级无线模块，本地超大容量数据安全存储，提供翻RS232、RS485、模拟量输入、开关量输入和开关量输出接口，可满足各种不同水文/水资源及其它应用需求。
1、符合规约
l 遵循《水资源监测数据传输规约》和《水文监测数据通信规约》；
2、产品功能
l 具有多种接口，可外接水位计、雨量筒、流量计、流速仪等传感器；
l 定时采集并上报、加报雨量、水位、流量、水质等涉水数据；
l 本地存储雨量、水位、流量、水质和其它数据；
l 支持电池电压上报功能；
l 远程查询本地历史数据；
l 内置RTC，支持定时重启、定时开关机功能；
l 异常掉电和低电压电源保护功能，保证突然掉电数据不易被破坏；
l 硬盘可拆卸，也可以通过USB线直接挂载硬盘，在电脑上实现硬盘上的数据的快速导出及预览；
l 支持多种升级方式：本地U盘升级、本地web升级、远程升级；
l 支持多种设备参数配置方式：本地UI配置、本地网络配置、平台远程配置等；
l 丰富的指示灯，可快速掌握机器运行状态；
l 支持GPRS/4G网络、WIFI和有线LAN三链路网络智能切换功能，可实现按预设值优先级进行切换；
3.SIM卡安装
⑴、用一个十字螺丝刀或其他合适工具按压SIM卡座黄色开关，卡座抽屉会弹出一点
(2)、取出SIM卡抽屉
(3)、将SIM卡装进抽屉，注意SIM卡带芯片的面对着自己，SIM卡缺口对着抽屉缺口
(4)、将SIM卡抽屉推入卡座
系统优势
针对严苛的水利室外应用环境设计
l 宽温设计：-35～75℃
l 宽压设计：9V～36V
l 具备欠压、过压、过流、反接、短路、浪涌等电路保护功能
l SIM卡/TF卡防盗设计
八、 供应设备清单

品名

规格

单位

一、采集主机部分

1

采集主机配电箱、电源开关、控制器、及配线等辅料

二 、电源部分

1

太阳能电池板

12V 40W 采集

2

太阳能控制器

12V 10A　转换

3

蓄电池

12V 24Ah　供电

三、测量设备

雷达流量计

0-15米 流量监测

雷达水位计

0-30米水位监测

四、防雷部分

1

避雷针

2

接地体

3

防雷模块

五

SIM卡

80M/月

六

监测系统

显示现场的实时、历史数据，可查询报表数据等功能。监测点可以扩展

七

调试费

八

信号线、立杆（根据现场实际情况定制）