电子水尺在潮位及波浪爬高监测中的应用.doc

电子水尺在潮位及波浪爬高监测中的应用 王恒斌 黄委信息中心 高级工程师 王恒斌1) 宋东旭2) 吴宝国2) 1) (河海大学 南京 210024 ) 2) (黄河水利委员会信息中心 郑州450004)摘 要 本设备利用单片机作控制与数据处理，用电子水尺作为前端水位传感器，用以实时测量海塘潮位及海堤的波浪爬高，并具有RS-485输出和远传功能，是智能化的潮位和波浪爬高监测仪器。关键词 电子水尺 波浪爬高 海堤 潮位 监测1 引言 我国海岸线总长度三万两千多公里，其中大陆海岸线一万八千多公里，据统计，我国沿海现已建成海堤总长约一万三千多公里，其中重点海堤四千五百多公里中国水利科技网“我国防台风工作现状与对策”邓坚/CWR_Journal/199912/991204.html。这些海堤为减少沿海地区灾害损失，起到了十分重要的作用。监视海堤的安全是沿海防台风监测预报预警的重要手段。由于海堤的毁坏主要是来自波浪的冲击，在风浪的作用下，波浪爬高常会引起堤防的漫溢险情，采用实时监测海塘浪潮及海堤的波浪爬高是行之有效的海堤安全监测措施。海堤浪潮高度或波浪爬高监测，虽然也是一种水位监测，但由于波浪的瞬间特性和防波堤倾斜坡面的特殊情况，水利工程中常用的超声波水位计、浮子式水位计以及压力式水位计都很难适应这种监测需要。黄委信息中心根据其多年的水雨情自动监测系统建设经验，将其自行研制开发的主要用于渠道河道水位监测的专利产品电子水尺运用于海堤浪潮高度或波浪爬高监测取得了很理想的效果。本文对电子水尺的原理及用于此类监测的实际施工经验作了简单介绍。2 水尺的组成及工作原理2.1设备组成数据采集单元是由单片机、定时电路、启动电路、电子水尺接口电路、液晶显示、RS-485串行接口电路等部分组成，如图1所示。液晶显示器RS485接口定时电路单片机水尺接口电路RS-485输出8V12V 电源5V5VDGNDVCSCTRST启动电路图1 电子水尺构成原理图2.2工作原理电子水尺的基本工作原理是利用水的导电性，采用类似于人工观测水位的方法。它是自上而下依次读取每个感应触点（即探针）的电导。在探测到探针和水面接触的位置时，探针间的电导会突变增大，从而确定水位值。电子水尺作为前端传感器，由数据采集模块作为前端测控单元，利用通用接口RS-485远传，在中心机房由计算机接收实时数据写入数据库中，供应用程序进行资料查询检索分析。2.2电源 可采用市电或太阳能板和蓄电池组两种供电方式。电源的输入电压应稳定在7v12v之间，其输出分为两路，一路经7805模块稳压为5V电源供模块使用。一路经7663电压模块，为电子水尺提供掉电5V电源。2.4 数据采集与传输电子水尺的数据采集接口电路是用于和水尺相连，将采集的瞬间或指定间隔平均水位数据利用五芯电缆传输到无线传输的超短波发射端机或通过RS-485接口直接输出到数据采集设备。同时在数据采集的现场配有液晶显示模块用于现场显示采集到的水位数值。数据读取根据监测目的要求有两种方案。A型 它适用于缓慢变化的水位。数据采集模块按照设定的时间间隔采样电子水尺的数据，该数据和它之前三次最近采样的数据共同参于平均计算。在这四组数据中去掉一个最大值和一个最小值，再取平均作为本次数据输出。这里的所谓移位取样值是指用最新的取样代替最早的取样值。C型 它可用于测量快速变化的水位过程。当每次数据采集模块启动之后，连续采样30次（根据要求而定）。在每次采样之后即发送一组数据，这样可在设定的时间内连续发送30组未经处理的数据。2.5 数据处理数据处理软件通过RS485接口接收数据采集模块传送过来的数据，对数据进行检码，解码还原，显示，存储。接收的源码数据通过汉明检码滤除在传输过程中出现的误码，然后根据数据编码规则解码还原成正常的可读数据，进行显示，并同时存储到数据库中，用于后续的数据检索处理。3 性能指标1. 无线采集可用地址范围：0255 ，本地显示地址范围 142. 最大可测量长度：4095cm 分辨力 1cm 最大测量误差 cm3. 数据输出接口 RS-485 传输速率 1200bps4. 数据发送格式：AH+AL+DH+DL+C C=AHALDHDLAH、AL为汉明码 DH、DL为二进制码5. 响应请求发送数据格式：AH+AL+CR(0DH)6. 采样时间间隔： 40s、80s、5min、10min、20min7. 电源：712v 功耗：小于10mA（静态）4 施工安装方法电子水尺既可以垂直安装也可以倾斜安装。垂直安装时，与安装人工观测水尺相同，需固定在塔架或桥墩之上；倾斜安装时，可固定在海堤上，并加以保护即可，如图2所示。安装方式的不同，其水位测量误差也有所变化，即垂直时最大误差负1cm，倾斜时最大为（cos）cm，这里为水尺与水平面的夹角，因此最大水位测量误差1cm。在没有市电的区域，可以采用安装太阳能板和蓄电池组供电。电子水尺海 堤图2 电子水尺测量海堤波浪爬高示意图5结束语电子水尺因其绝对误差满足水利生产要求、安装方便、具有脱水标志等优点已经在渠