水利信息化应用----深圳宏电水雨情及气象信息采集系统.doc

水情及气象信息采集系统水情及气象信息采集系统 深圳市宏电技术股份有限公司 2010 年 3 月 水情及气象信息采集系统 2 目目 录录 第一章第一章 系统概述系统概述 4 1 1 背景与概况 4 1 2 系统建设总体功能 4 1 3 1系统信息采集功能 5 1 3 2系统报汛通信功能 5 1 3 3系统信息接收功能 6 1 4 本系统建设引用的规范和标准 7 第二章第二章 暴雨山洪灾害信息采集项目设计暴雨山洪灾害信息采集项目设计 8 2 1 设计目标 8 2 2 传感器选型 8 2 2 1遥测雨量信息采集设备 8 2 2 2人工雨量信息采集设备 9 2 3 主要功能 9 第三章第三章 遥测站系统设计遥测站系统设计 10 3 1 设计目标 10 3 2 设计方案 10 3 3 技术要求 10 3 4 遥测站功能 11 3 5 遥测站结构和设备组成 15 3 6 设备主要选型 15 3 6 1遥测终端机 15 3 6 2 GPRS通信机 17 3 6 3蓄电池 18 2 6 4太阳能板 19 2 6 5信号避雷器 20 2 6 6太阳能充电控制器 21 3 7 遥测站的防雷设计 21 3 8 雨量遥测站设备配置 22 第四章第四章 水情信息中心系统设计水情信息中心系统设计 23 4 1 建设任务 23 4 2 功能需求 23 4 3 信息接收系统系统配置与选型 23 4 3 1信息接收工控机 24 4 3 2VPN设备 24 水情及气象信息采集系统 3 4 4 山洪监测信息接收软件设计 25 4 4 1基本原则 25 4 4 2软件包特点 26 4 4 3信息接收与通信值守软件结构和功能 26 4 4 4数据存储软件系统 28 水情及气象信息采集系统 4 第一章第一章 系统概述系统概述 1 1 背景与概况背景与概况 随着气候环境的变化 降雨出现了局部化的特性 山洪灾害是山区 丘陵地带在一 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 在党中央和国务院的重视下 水利部会同国土资源部 中国气象局 建设部 国家环保总局于 2005 年起 在全国进行 了山洪灾害的防治建设工作 山洪灾害的防御策略是 以防为主 防重于抢 防御防治 的方法是既要采取工程措施 提高工程防洪标准 也要采取非工程措施 建立综合防洪 减灾体系 提高防灾抗风险能力 建立山洪灾害预警系统 是国家防治山洪灾害的一项 重要的非工程性措施 山洪灾害预警系统体现监测 通信及预警一体化 由监测子系统 通信网络子系统 决策支持子系统 预警子系统组成 山洪灾害预警系统是通过利用和 重建高密度山区雨量站网 水文站网 针对暴雨 汛情和灾害情况 利用先进的 GPRS 通 信技术进行实时监测 并对信息进行加工处理 利用监控软件自动进行预测 预警 通 过各种有关的预警通知和警报设施 提前通知有关成员单位 防汛责任人 通知危险区 居户 做好山洪抢险组织 转移撤离准备 最大地减少人员和财产损失 提高对山洪灾 害快速 全面 准确的预报 预警以及指挥调度的技术手段 因此 建设山洪灾害预警 系统非常必要 1 2 系统建设总体功能系统建设总体功能 监测预警系统包括遥测站基础设施建设 信息采集 传输设备购置安装 中心站设 备的采购 报汛设备购置安装 软件开发 安装调试及相关服务 为本地区暴雨监测 山洪灾害预防提供决策支持服务 因此我方对系统进行的设计将满足以下总体建设要求 1 系统设计符合国家现行的有关标准 2 系统具有先进 可靠 实用 高效 易维护 开放性 兼容性和可扩展性 3 系统具有较高的抗干扰能力 适应通信要求的环境 水情及气象信息采集系统 5 4 具有山洪灾害预警系统暴雨监测系统的运行特点 系统具备较强的抗自然灾害能 力 在较恶劣环境下能有效保证通信质量 5 系统集暴雨情分析 遥测站运行管理 信息发布等功能为一体 形成一整套适应 山洪灾害预警系统暴雨洪水监测系统信息采集的管理系统 1 3 11 3 1 系统信息采集系统信息采集功能功能 1 信息采集实现自动采集 传输和接收遥测站雨量信息 信息传输信道采用 GPRS 2 遥测站现场水文数据具有在站存储功能 数据存储时间为 2 年 3 遥测站传输全部采用 GPRS 无线传输方式 4 中心站等信息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 完成一次区域自动水位雨量站数据采集并完成数据传输 处理 入库的时间不超 过 10 分钟 并能及时向有关单位和上级部门分发 提供信息服务 5 系统采用查询 召测 和自报混合式体制 使用自报式方式时有自动确认机制 即当自动水位雨量站根据被测参数的增量变化或定时时间 自动采集并报送数据给中心 后 能够自动接收到来自数据通信网通信协议的确认信号 以确认本次数据通信准确无 误 若报汛站在给定时间内未接收到应答确认 则能够自动重发 1 3 21 3 2 系统报汛通信系统报汛通信功能功能 1 系统设计要求先进 可靠 实用 防雷 省电 达到无人值守 有人管理的目 的 2 遥测站发送信息采用 GPRS 通信实时性强 支持通信信道备份自动切换 并 确保数据可靠传输 3 系统能够长期 特别是在暴雨洪水等恶劣天气条件下可靠地工作 系统设备具 有野外运行高可靠性 4 系统具有先进的数据通信协议 确保数据通信的可靠性 通信协议具有信道侦 听检测 碰撞及拥塞调度等功能 具有自动查错纠错功能 以保证数据通信误码率小于 10 6 数据畅通率达到 99 可靠度大于 99 99 5 传感器分辨力 雨量 0 2 6 数据收集速度 5 分钟内完成一次全系统的数据收集 水情及气象信息采集系统 6 7 固态存储 雨量能采集存储 0 2 变化量的雨量数据 8 系统各站采用太阳能浮充蓄电池供电方式 保证连续 15 天阴雨天条件下正常 供电 9 系统便于运行管理和维护 1 3 31 3 3 系统信息接收系统信息接收功能功能 1 接收各个报汛站发来的 GPRS 信道发送遥测数据信息 2 对所接收本分中心内的全部遥测信息进行解码 合理性检查 纠错 并按要素 分类进行存储 同时将报文按照实时水情报汛任务书要求编译成新编码通过水利信息网 发往省中心 3 按照 遥测信息数据库库表结构 建立遥测信息数据库 管理遥测站的落地信 息 4 建立实时雨水情数据库 及时将从不同渠道接收的雨水情信息进行译电 处理 保存进入数据库 5 编制信息查询分析软件 实现遥测雨水情信息的查询 显示 打印 6 编制专用程序对数据库系统进行管理 维护 7 具有参数输入 更新及查询功能 并能够修改存储数据 雨量的插补及人工置 数处理 8 实时监控显示整个中心站 遥测站的雨水情遥测信息 并具有对错误信息进行 纠错 改错功能 9 提供各种故障信息情况和故障排除手段 10 实时监控显示中心站 遥测站的越限参数 设备故障 事故记录及设备运行 状态 具有声光报警功能 11 支持固态存储器长期记忆的数据远程取出和测站直接现场读取 12 支持向报汛遥测站发送指令 主动查询 召测数据 13 向其他有关防汛机构发送实时雨水情信息 14 对遥测站进行远程工作设定和工作参数修改等 包括报汛时段的变更和开机 关机等 15 通过中心站进行全系统统一远程自动校时 当前置机发现遥测站时钟超差时 则自动校正 水情及气象信息采集系统 7 1 4 本系统建设引用的规范和标准本系统建设引用的规范和标准 1 水文自动测报系统技术规范 SL61 2003 2 水文基础设施建设及技术装备标准 SL276 2002 3 水文情报预报规范 SL250 2000 4 水位观测标准 GBJ138 90 5 降水量观测规范 SL21 90 6 水文资料整编规范 SL247 1999 7 水情信息编码标准 SL330 2005 8 实时水情数据库表结构及标识符标准 SL323 2005 9 水文测报装置遥测水位计 GB11830 89 10 电子设备雷击保护导则 GB7450 87 11 电子计算机机房设计规范 GB50174 93 本系统设计除严格遵循上述规范外 还依据了其他国际标准化组织 ISO 及国内其它 水文自动测报系统建设的经验资料 水情及气象信息采集系统 8 第二章第二章 暴雨山洪灾害信息采集项目设计暴雨山洪灾害信息采集项目设计 2 1 设计目标设计目标 山洪灾害预警系统暴雨洪水监测系统建成后可以实现山区雨量和水位数据自动采集 固态存储 数字化自动传输至分中心 水文站对流量信息或其它少量没有自动采集的信 息 利用标准水情编码通过人工置数进行数字化自动传输 中心站通过 GPRS 实时收集 或远程集中下载的数据满足暴雨洪水实时报汛和水文资料整编的要求 2 2 传感器选型传感器选型 2 2 12 2 1 遥测雨量信息采集设备遥测雨量信息采集设备 型号 JDZ02 1 型翻斗式遥测雨量计 生产许可证号 XK34 232 00005 生产厂家 南京水利水文自动化研究所 我方选用的 JDZ02 1 型翻斗式遥测雨量计为目前 国内水利部门大量使用的成熟产品 其工作原理如下 降水由环口控制面积 集水器回拢 通过进水漏 斗进入翻斗 当计量到一定水量时 引起翻斗翻转 磁铁吸合 或释放 干簧管 产生一个通断信号 供 遥测或记录仪器使用 翻斗部件是本仪器的核心部件 经过专门工艺处理 使降水在斗内成浸润状态 底 部小轴用钢玉轴承支撑 使翻斗能灵活转动 翻斗的倾斜角度可调节 并与翻斗的翻转 水量有关 主要规格和技术参数 主要规格和技术参数 分辨力 0 2mm 承雨器内径 200 0 6mm 刃口角 40 50 测量精度 4 雨强范围 0 01 4 mm min 允许通过最大雨强 8mm min JDZ02 1 型雨量计 水情及气象信息采集系统 9 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 1M 导 通电阻不大于 10 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 2 22 2 2 人工雨量信息采集设备人工雨量信息采集设备 型号 JQH 型人工雨量计 生产厂家 南京水利水文自动化研究所 其主要性能指标如下 不锈钢量雨筒 承雨口内径 200mm 仪器读数分辨率 1mm 降雨强度分辨率 0 01 10mm min 最大容量 120mm 雨量多级自动声光报警 报警设置分辨率 10mm 报警值可调 功耗直流 6V 连续工作时间 6 个月 承水器皿外标注区域内预警雨量值 2 3 主要功能主要功能 遥测站自动采集雨量参数 还可人工置数发送采集的流量 蒸发 气温 风速风向 等水文参数 定时 适时地传输数据 数据可长期 2 年 在测站存储 避免因中心站 出现故障而丢失成片的水文数据 水情及气象信息采集系统 10 第三章第三章 遥测站系统设计遥测站系统设计 3 1 设计目标设计目标 山洪灾害预警系统暴雨洪水监测系统报汛通讯项目满足国家防汛抗旱指挥系统建设 的需要 选用快速可靠的通信信道 利用现代化的通信设备 县防汛指挥中心 市水情 分中心等信息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 一次区域自动水位雨量站数据采集并完成数据传输 处理 入库的时间不超过 10 分钟 应用先进的技术和设备 实现雨量水位自动测量 数据长期固态存储 自动进行数据传 输 数据传输格式 存储格式严格按照本标书中的要求进行 3 2 设计方案设计方案 暴雨山洪监测系统建设主要针对山洪灾害易发区的山洪灾害的监测预警及群测群防 设施 建立基于区 县平台的山洪灾害监测系统 以区 县级平台为主体 省 市 县 级防汛部门根据山洪灾害信息和预测情况 及时发布预警 依据招标文件要求系统采用选择移动通信系统 GPRS 信道 RTU 自动接收信息采集 设备的信息 RTU 同时具有一站多发功能同时具有一站多发功能 可以选择发送地址 当遥测站 RTU 同时具 备 GPRS 和 GSM 短信发送功能 即在 GPRS 新到不同的情况下可自动转入 GSM 短信方 式发送信息 测站配备完善的电源系统和避雷接地系统 自动监测站采用 GPRS 公网 将采集终端自动采集到的水情数据及时 准确的传输 到区中心站 3 3 技术要求技术要求 本系统建设的主要技术要求如下 1 山洪灾害预警系统暴雨监测系统设计先进 可靠 实用 防雷 省电 以实现 无人值守为目的 2 遥测站发送信息采用 GPRS 加短信的主备通信信道 确保每份信息的准确无误 3 系统能够长期 特别是在暴雨洪水等恶劣天气条件下可靠地工作 系统设备具 有较高的可靠性 水情及气象信息采集系统 11 4 适应在暴雨洪水等恶劣天气条件下可靠地工作 确保数据通信的可靠性 系统 数据通信网具有先进的数据通信协议 确保系统具有自动信道侦听 碰撞检测 拥塞调度等功能 具有抵御外部干扰的手段 具有自动查错纠错功能 以保证 数据通信误码率小于 10 6 数据畅通率达到 98 以上 5 传感器分辨率 雨量 0 2mm 6 数据收集速度 5 分钟内能完成一次全系统的数据收集 固态存储 水位能采集 存储 10 分钟为间隔的变化数据 雨量能采集存储 0 2 变化量的雨量数据 7 系统各站采用浮充蓄电池供电方式 保证连续 15 天阴雨天 或停电 条件下正 常供电 8 系统运行维护方便简单 3 4 遥测站功能遥测站功能 系统遥测站在 RTU 的控制下 采集和长期本地存储信息 并按约定标准格式向上报 送信息 利用 GPRS 主信道和短信备用信道向所属分中心报送情报信息 可以接收所属水 情分中心的指令 完成调整参数 召测 下载历史资料等任务 具体有以下几点 1 采集方式 雨量采集采用翻斗式雨量观测设备 精度为 0 2mm 工作时 降水进入环口控制面 积 由集水器汇拢后 通过进水漏斗进入翻斗 当计量到一定水量时 翻斗翻转 翻斗 上的磁石吸合或释放翻斗旁的干簧管 产生一个通断信号 该信号进入终端机进行累加 计算 以数字代码形式发射 故障的检测信息能够分离 不进入固态储存器 2 报送方式 遥测站采用自报式 查询 应答式兼容的混合式工作体制 并可在自报数据连通的 时刻或每天固定的时段开机 随时响应分中心前置机的远程操作指令 即使采用纯自报 式方式 也具有自动确认机制 即当自动水位雨量站根据被测参数的增量变化或定时时 间 自动采集并报送数据给中心后 能够自动接收到来自数据通信网通信协议的确认信 号 以确认本次数据通信准确无误 若报汛站在给定时间内未接收到应答确认 则能够 自动重发 1 自报 自报式 根据量级和需求由中心设定自报时间 在报汛站设备控制下采用增量自报 水情及气象信息采集系统 12 和定时自报相结合 增量自报 每当被测的水文参数发生一个规定的增减量变化时 如雨量增加 1mm 且与上次发送数据时间间隔大于规定的值 即自动向中心发送 一次数据 定时自报 每隔一定时间间隔 不管参数有无变化 即采集和报送一次数据 分中 心的数据接收设备始终处于值守状态 2 查询 应答式 由中心设定自动定时巡测或随机召测 报汛站有条件自动响应 当报汛站接受分中心的查询 召测 能实时采集水文数据并发送给分中心 定时自动巡 测的时间间隔 可根据数据处理和预报作业的需要 这种工作体制的实现主要是由 RTU 来控制进行 各种发报的控制参数和门坎都可以 由分中心随时进行远程设定 其形式是由分中心上位机监控程序或 FIU 通过 FIU 利用通 信信道或来设定和管理所属的遥测站 进行 RTU 内部软件设定 更改报送方式 查询遥 测站状态和改变参数设置 比如起报门阀值 时钟校正等 3 混合式 由自报式和查询一应答式两种工作制式的报汛站组成的系统为混合式系 统 本系统能够通过软件设置支持上述功能数据传输体制 无需修改硬件 能够自动或 根据中心指令增减传送数据频度 3 存储与数据下载 遥测站的 RTU 自身集成了本地固态存储器 容量 4M 能够实时纪录自动采集数据 2 年 记录的数据能够满足水文资料整编的要求 根据不同的站点确保纪录二年的数据量 水文参数固态存储是水文系统重要的业务手段 国家防汛指挥系统水情分中心的项目建 设指导书中 已明确要求将水文数据在站存储和水文数据多信道传输列为系统建设的必 备内容 根据 SL61 2003 规范的规定 根据国家防汛指挥系统水情分中心建设项目设计 指导书的要求 在遥测站配备数据在站存储模块有重要性和必要性 并提出在水文遥测 终端 RTU 内集成固态存储应用模块的基本设计原则和设计思路 我所设计水文参数固态存储的方式 以 FLASH ROM 作为数据存储的载体 支持雨 量和水位数据以及其他采集信息的固态存储 水位 雨量存储 10 分钟为间隔的变化数据 雨量存储 0 2 变化量的雨量数据 数据存储在非易失性存储器中 数据可以进行压缩 也可以不压缩 数据存储容量可以保存 24 个月的数据采集信息存储 数据记满后将循环 水情及气象信息采集系统 13 记录 保留最近的数据 覆盖掉以前老的数据 支持 PC 的本地或远程控制指令进行数据 提取 数据提取方式为批量提取 本地下载数据时 通过 RS 232 接口本地获取存储器中 的数据 在 PC 中形成数据文件 远程下载数据时 PC 通过 GPRS 方式远地获取存储器 中的数据 形成数据文件 下载时段由上位机下载模块设定 下载完毕 PC 可向模块发 出总清除命令从头开始或继续接续存储 该命令需确认 以免误删数据 4 管理及其他 具有本地实时水文参数数据显示 参数设置修改功能 人工置数功能 在传感设备 故障时可以人工置入其它自动采集的水情数据 具有远程修改测站参数和时钟校正的功能 自动站设备功耗低 采用蓄电池组和太阳能电池板 保证在连续阴雨 15 天内正常供 电 自动站对中心站下达的指令均给予确认 保证中心站 RTU 运行状态与遥测站状态一 致 自动站每天在固定的时段可将 RTU 处于开机状态以便随时接收指令 在自动站发报 后等待回执的过程中 还可以接收中心站的指令 并执行相应的操作 具有分析记录报送天气阴雨睛 水位涨落平峰的功能 1 水文遥测站的 RTU 有外接 LCD 显示屏 具有本地显示实时水文参数 时钟校正 监测参数设置和修改功能 当传感器发生故障时 可以由人工通过 RTU 自带的 键盘进行人工置数的方式置入人工采集的水情数据 2 利用信息接收系统监控软件实现远程修改测站参数和时钟校正的功能 遥测站 对分中心所下达的指令能给予确认 以保证分中心站监控软件运行状态与遥测 站状态一致 3 RTU 和通信模块平时处于值守状态以节约用电 采用休眠唤醒机制 也能由分中 心站指令唤醒 4 具备超限报警功能和自检功能 设备定时自检 并将设备工作状态发送出去 5 通信信道和信道切换 本项目采用 GPRS GSM 作为数据通讯主信道 当主信道出现故障时 RTU 能够自动 切换到短信信道进行数据传输 6 节电措施 遥测站点有不少是无人看管 采用蓄电池供电 因此在完成所有的功能基础上 要 水情及气象信息采集系统 14 采用积极的节电措施 遥测站采用蓄电池组和太阳能电池板或交流电浮充方式可长期工 作 在连续阴雨 15 天以上时仍能有效的工作 我方设计的遥测站主要有以下几点节电措 施 1 RTU 本身为低功耗设备 工作时功耗 不含通讯模块 小于 20mA 休眠值守 时功耗仅 2mA 2 RTU 设备支持休眠 唤醒方案 使 RTU 值守时总处于休眠状态 同时 RTU 还能 控制测站其他设备的供电关闭和开启 使整个遥测站达到最低功耗状态 3 提供在板供电管理技术 能够通过灵活的编程和设置 是出于工作状态下的 RTU 仅为与当前操作有关的电路部分加电 以达到降低遥测站操作期间功耗的 目的 7 报文标识 RTU 对发送的 GSM 报文 GPRS 报文人工置数报文等各信道报文设有不同的标志位 每种信道报文还按正常报文 人工置数 调试置数 系统安装调试或维护维修时随机输 入的数据 告警信息等分别加注明显标示 便中心对数据的分类 入库和处理 8 多信道兼容 考虑到以后系统扩展的可能 当前 GPRS GSM 通信的优越性 我方设计的遥测系 统同时兼容 GPRS GSM 通讯方式 RTU 内部软件也是支持 GPRS GSM 的数据编码和 发送 另外我方所选用的通讯模块同时支持其他的通讯方式 9 信源编码和信道编码 信源编码 传感器 采用格雷码或带奇偶校验的二 十进制码 BCD 信道编码采用抗干扰编码 以发现和纠正在传输中产生的错码 如汉明码 BCH 循 环冗余校验 CRC 等 10 遥测站能在恶劣的天气环境下和无人职守情况下正常运行 RTU 可靠性 MTBF 87600 小时 11 具有数据人工置入和直观现场显示功能 以便在特殊情况下采用 遥测站可采 用 人工置数 可将人工测量参数 如水位 流量 蒸发 水温 气温 通过人工置数 方式发送给中心 可设置参数 现场设置本站站号 水位基值 雨量初值参数 同时显 示这些参数及蓄电池当前电压状态 日期和时间等 12 为有效的防止雷电的破坏及外部电磁信号的影响 报汛站数据采集终端设备 水情及气象信息采集系统 15 RTU 的所有外部接口具有光电隔离能力 13 遥测站采用压缩的远程数据存储和优化提取方案 针对以前系统雨量传输 遥测站采用压缩的远程数据存储和优化提取方案 针对以前系统雨量传输 5 分分 钟为间隔包传输中存在无降雨的无效钟为间隔包传输中存在无降雨的无效 0 数据 传输中自动删除 提高传输效率 降低传数据 传输中自动删除 提高传输效率 降低传 输费用 输费用 3 5 遥测站结构和设备组成遥测站结构和设备组成 遥测站设备主要包括 遥测数据采集终端 RTU 传感器 根据测量参数需要可能 包括雨量 水位计等传感器等 人工置数仪 通信设备 GPRS 模块 供电系统 太阳 能电池 蓄电池 太阳能充电保护控制器 遥测站 以太阳能供电的雨量水位站为例 结构框图如下所示 图 3 1 遥测站设备组成结构图 3 6 设备主要选型设备主要选型 遥测设备选型的原则是 具有系统所要求的各项功能 满足系统的技术指标 符合 国家相关专业标准 选择设计定型的 经过长期应用考核证明是稳定可靠的产品 选用 优质品 选用低功耗的产品 有一定的安全保障措施 能防止一般的破坏 在无人值守 和就近管理相结合的条件下 保证整个系统长期稳定运行 各项指标符合本系统设计遵 循的标准和要求 水情及气象信息采集系统 16 3 6 13 6 1 遥测终端机遥测终端机 型号 YDH 1 型遥测终端机 生产许可证号 XK34 232 00005 生产厂家 南京水利水文自动化研究所 YDH 1 遥测数传终端 RTU 是由微处理器控制的通 用设备 被优化设计用于对远端设备的监视和控制 它具有本地处理和控制能力 YDH 1 遥测终端能满足国家防汛指挥系统水文测验和报汛设备的有关技术要求 能 实现多信息源的水文数据采集和多信道的水文数据传输 也能实现按水文情报预报拍报 办法的要求 人工键入水文信息的发送任务 主要功能 1 可外接翻斗式雨量计 并实时测量雨量值 定时检测电源电压 设备内部温度 具备所测参数的阈值 变化量 设置功能 依据设定的工作体制向中心站发送数据 可 在现场人工或在中心站通过远程无线通道动态设置 RTU 的工作参数 2 可设置站号 设置定时报时间 平安报间隔时间 系统时钟 也可设置工作方 式如实时报 定时报 自适应报等 3 实时自报 定时自报 自适应报 平安报 遥测站具有定时自报功能 当长时 间 时间间隔可设置 没有参数变化时 遥测站将自动启动报数一次 参数可设置 4 完善的 WATCHDOG 功能 5 可将实时采集的雨量数据 水位数据写入非易失性固态存贮器内 所存贮的数 据带时标 年月日时分 RTU 固态存储器 Flash RAM 容量为 4 兆 存储雨量和水位 数据的容量达到 440000 条以上 能存储二年的原始水情数据 6 支持休眠唤醒工作方式 以降低测站功耗 7 所有外部接口都有光电隔离能力 包括雨量 水位等多种传感器输入接口 8 具有死机自动复位功能 9 具有信道机超时发送强迫掉电功能 10 具有低电压告警及掉电数据保护功能 水情及气象信息采集系统 17 11 统一接收中心站实时时钟广播 并自动进行时钟校准 实现全系统时钟统一 12 既可以在现场由计算机或使用专用编程器直接配置参数 又可以由中心站以 自报 确认制式进行远程动态配置 13 除能接入 GPRS 移动通信通信设备作为通讯信道外 还可接卫星设备 超短波 有线等设备发送数据 不需要再增加硬件电路 主要技术指标 电源 10 8 16V 直流 功耗 2mA 自报静态值守工作模式 20mA 工作状态 不含通信设备 工作环境 温度 30 60 相对湿度 0 95 40 无凝结 时钟精度 1 53 分钟 年 无温补情况下 中心站校时 平均无故障时间 MTBF 87600 小时 固态存储内存 4M 本地 远程下载 供电方式 太阳能电池浮充蓄电池组 人机接口 触摸式键盘 液晶显示 时钟显示 可显示年 月 日 时 分 秒 外部接口光电隔离 3 6 23 6 2 GPRSGPRS 通信机通信机 本项目遥测站 GPRS 通讯机选用深圳宏电公司生产 H7118 型通讯模块 主要技术指标 GPRS Class 2 10 编码方案 CS1 CS4 符合 SMG31bis 技术规范 体积 83 5x47x17 5 不包括天线和安装件 水情及气象信息采集系统 18 重量 15 克 外部 SIM 卡 外部天线 发射功率 Class 4 2W EGSM Class 1 1W 1800MHz 1900MHz 通信速率 110 115 200bits s 电源电压范围 5V 26V 直流 工作功耗 通信瞬间 300mA 待机电流 25mA 可工作在关断模式 待机电流为 0 工作温度 20 50 C 95 RH 无凝结 工作频段 GSM900 TX 880 915MHZ RX 925 960MHZ DCS1800 TX 1710 1785MHZ RX 1805 1880MHZ 接收灵敏度 104dbm 频率误差 0 1ppm 具有向多中心发送数据的能力 3 6 33 6 3 蓄电池蓄电池 型号 PANASINIC 38AH 12V 产地 沈阳 铅酸免维护可充电蓄电池 标称电压 12V 标称容量 38AH 符合国家蓄电池技术标准规范 安全性能 正常使用下无电解液漏出 无电池膨胀及破裂 放电性能 放电电压平稳 放电平台平缓 耐振动性 安全充电状态的电池完全固定 以 3mm 的振幅 16 7Hz 的频率振动 以小时 无漏液 无电池膨胀及破裂 开路电压正常 耐冲击性 安全充电状态的电池从 20cm 高处自然落至 1cm 厚的硬木板上 3 次无 液漏 无电池膨胀及破裂 开路电压正常 耐过放电性 25 摄氏度 完全充电状态的电池进行定电阻放电 3 星期 恢复容 水情及气象信息采集系统 19 量在 75 以上 耐充电性 25 摄氏度 完全充电状态的电池 0 1CA 充电 48 小时 无漏液 无电 池膨胀及破裂 开路电压正常 容量维持率在 95 以上 耐大电流性 完全充电状态的电池 2CA 充电 5 分钟或 10AC 放电 5 秒钟 无导电 部分熔断 无外观变形 不同温度下的放电容量 40 时 102 25 时 100 0 时 85 15 时 65 2 2 6 46 4 太阳能板太阳能板 型号 无锡尚德 规格 20W 12V 太阳能电池板的作用是将太阳的光能转化为电能后 输出直流电存入蓄电池中 太 阳能电池板是太阳能发电系统中最重要的部件之一 其转换率和使用寿命是决定太阳电 池是否具有使用价值的重要因素 太阳能电池板特点太阳能电池板特点 电池片 采用单晶硅片太阳电池 尺寸 125x125mm 或 103x103mm 电池的减反射膜 为增强等离子化学气相沉积的氮化硅膜 呈深蓝色 电池的平均转换效率在 13 5 以上 组件边框 组件边框是由阳极氧化优质铝合金边框制成 其表面氧化铝膜的厚度为 25 微米 组件边框设有四组方便安装的螺孔和一组接地孔 完全满足国际权威机构认证 要求 钢化玻璃 组件的表面玻璃采用了低铁 含铁 量低于 0 02 钢化玻璃 其厚度为 3mm 其大部分光波段的透光率大于 92 封装材料 组件由抗老化 EVA 乙烯 醋酸乙烯聚物 和耐候性好的优质 TPT 复合氟塑 料膜 材料层压而成 接线盒 组件的接线盒是根据目前国际市场并网发电的要求进行设计和制造的 采 用了优质 PP 材料作为接线盒外壳和内绝缘材料 镀银铜质电极材料作为接线柱 并配置 水情及气象信息采集系统 20 了防反冲隔离二极管 接线盒具有很好的密封和防水性能 主要规格和技术参数 主要规格和技术参数 材质 单晶硅 封装形式 高透钢化玻璃层压 功差 3 3 工作电压 17 V 工作电流 1 14 A 开路电压 21 V 短路电流 1 19 A 二极管 10A 接线盒类型 通过 TUV 认证的接线盒 短路电流温度系数 0 05 开路电压温度系数 0 33 功率温度系数 0 23 工作电流温度系数 0 08 工作电压温度系数 0 33 环境温度 25 50 绝缘系数 100Mohm 击穿电压 AC2000V DC 3000V 抗风力系数 60m s 200kg sq m 耐冲击冰雹撞击系数 能承受 227g 钢球从 1m 高掉下的撞击 转换效率 15 25 2 6 52 6 5 信号避雷器信号避雷器 RTU 已集成有信号避雷器 其主要性能指标如下 Umin 12V Umax 18V 应用 RS232 保护脚 1 9 脚 水情及气象信息采集系统 21 最大容通电流 340A 动作时间 10ns 电容 30pF 2 6 62 6 6 太阳能充电控制器太阳能充电控制器 SOLUM6 6 型太阳能充电控制器 太阳能充电控制器电压 12V 最终充电电压 13 8V 具有蓄电池过充 过放 反接保护功能 工作环境温度 25 50 7 交流充电控制器 交流输入电压 单相交流 50 60Hz AC170 270V 直流输出电压 13 8V 输出电流 0 15A 最大峰值输出电流 20A 输出精度 13 2V 13 8V 输出纹波 100 mV 输出保护 具备短路过流保护 具有蓄电池过充 过放 反接保护功能 充电方式 浮充 工作环境 温度 25 55 相对湿度 0 95 安全性及电磁兼容性满足有关行业规范要求 MTBF 大于 10 万小时 3 7 遥测站的防雷设计遥测站的防雷设计 野外遥测站遭遇雷击的几率大于中心站 主要是雷电流破坏 雷电流主要是由于其 热效应 机械效应 电磁感应 行波和干扰等等对通信设备造成破坏 因为使用低电压 工作的电子遥测设备 对异常电压感应很敏感 我方严格地抑制雷电感应 仔细安装和 搞好接地 把雷电感应的损害减到最小 防雷电进入的保护设备包括 1 雨量遥测站安装避雷针 接地电阻小于 10 欧 水情及气象信息采集系统 22 2 不使用交流供电 3 采用遥测设备浮地技术 防雷效果十分明显 我方施工采用这种方法 另外 我方设计的 YDH 型遥测终端设备在信号采集端口已具备防雷保护电路 3 8 雨量遥测站设备配置雨量遥测站设备配置 序号序号设备名称设备名称单位单位数量数量备注备注 一一雨量监测站雨量监测站 1 翻斗式雨量计套 16 雨口内径 200 器分辨力 0 2mm 雨强度测量范围 0 01 4mm min 毫米 分 斗计量误差 4 在 0 01 4mm min 雨强范围 2 遥测终端机 RTU 套 16 实现 GPRS GSM 方式的发送和接收传输功 能 3 GPRS 通讯终端套 16 支持双频 GSM GPRS 协议 支持 TCP IP 标准的 AT 命令集 4 太阳能电池板套 16 20W 采用进口单晶硅太阳能电池组件 最大工作电压 17V 开路电压 21V 5 充电保护控制器个 16 充电控制器电压 12 24V DC 最终充电 电压 13 8V 气息电压 14 5V 工作 环境温度 25 50 6 免维护蓄电池个 16 38AH 耐低温的铅酸免维护可充电蓄电池 7 信号避雷器套 16 Umin 12V Umax 18V 应用 RS232 保护脚 1 9 脚 最大容通电流 340A 动作时间 10ns 电容 30pF 8 配套设施套 16 电源线 信号线 保护套管 室外防雨 型机箱等 二二简易雨量监测站简易雨量监测站 1 简易报警雨量器套 25 山洪民用报警雨量计 不锈钢量雨筒 承雨口内径 200mm 仪器读数分辨率 1mm 降雨强度分辨率 0 01 10mm min 最大容量 120mm 雨量多级 自动声光报警 报警设置分辨率 10mm 报警值可调 功耗直流 6V 工作时间 6 个月 水情及气象信息采集系统 23 第四章第四章 水情信息中心系统设计水情信息中心系统设计 4 1 建设任务建设任务 山洪灾害预警系统暴雨洪水监测系统建设项目包括建设报汛通信信息接收系统 完 成本分中心内的水情数据采集 规范化处理 存储 转发 建设实时雨水情数据库 进 行水情信息查询服务 建立遥测信息库 保存遥测站的落地信息 开发各种专用软件用 来管理 传输各类信息 4 2 功能需求功能需求 全天候值守 实时接收报汛站发送各种信息 向报汛站发指令 主动查询 召测数据 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 向省 区 市 或流域 其它水情中心及测站转发水情信息 对报汛站进行远程工作设定和工作参数修改 校时 实时遥测雨水情数据库能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 数据库具有良好的维护功能 雨水情信息可提供 15 30 分钟和 1 2 3 6 12 24 小时等任意时段的 Web 远程查询 具备报讯站点规模适度增加的能力 水情信息采集与传输子系统中需要研制开发的软件有 山洪监测信息接收与通讯值守软件 山洪灾害综合数据库 决策支持系统 防汛信息公众发布网站 乡镇灾情上报软件和山洪灾害专用图形编辑系统组成 4 3 信息接收系统系统配置与信息接收系统系统配置与选型选型 信息接收系统主要配置信息接收工控机 VPN 网关设备等 中心站信息接收设备选型如下 水情及气象信息采集系统 24 4 3 14 3 1 信息接收工控机信息接收工控机 型号 IPC 610H 生产厂家 研华 其主要技术指标为 底板 研华 PCA 6113P4R 主板 研华 PCA 6010VG CPU E7400 双核 2 8G 内存 1G 硬盘 160G 光驱 DVD ROM 键鼠 研华光电套件 附件 双 USB 接口前置 PS 2 以太网口 驱动光盘 电源线等 19 液晶显示器 服务 三年质保 三年上门服务 4 3 2VPN4 3 2VPN 设备设备 型号 NS SecPath F100 E AC 生产厂家 华为 3com 其主要技术指标为 基于 NT 架构 内存 256M 10 100BASE TX 接口 4 个 并发连接数 40 万 吞吐率 250M 支持 IP MAC 绑定 2 个 10 100 1000M 以太网口 1 个配置口 CON 1 个备份口 AUX 支持 ARP TCP IP DHCP NAT PPPoE IPSec 协议 支持防火墙 AAA NAT QoS 等 水情及气象信息采集系统 25 4 4 山洪监测信息接收软件设计山洪监测信息接收软件设计 4 4 14 4 1 基本原则基本原则 1 先进性和实用性 我方设计的信息接收系统软件符合计算机技术发展潮流 平台产品具有技术领先性 和强大的可持续发展性 应用系统同时适用于单机和网络应用环境 2 稳定性 系统建设中建立统一的标准 包括数据类型与存储格式 输入格式 用户界面设计 等 标准的制定参照国际 国家和行业的标准与规范 我方提供的应用系统具有高可靠性和高容错能力 保证局部出错不会影响全系统的 正常工作 本应用系统对用户的操作顺序 输入的数据进行正确性检查 并以显著的形式提供 错误信息 本应用系统出错处理机制 明确提示错误并指导用户按照系统操作手册进行处理 本应用系统提供系统运行监视和故障恢复机制 建立系统运行的日志文件 跟踪应 用系统所有操作 3 安全性 本应用系统具有多级安全控制措施和监控措施 保证系统的安全性 系统提供数据 的自动转储和恢复机制 在建设过程中 采用各种软件质量控制技术 保证软件系统运行稳定 各类数据准 确无误 系统结构灵活 先进 可扩充性和维护性好 能方便将来的系统升级扩充 4 可维护 软件系统有较好的自诊断和自检测功能 系统能够在硬件发生故障时给出指示 并 初步诊断出硬件的可能故障情况 以便技术人员定位故障 在软件发生故障时 系统能 够记录下发生的故障情况 通过良好的运行日志为技术人员提供软件维护支持 系统尽 可能采用面象对象技术和组件技术进行开发 以便修改和维护 5 界面友好 系统采用标准的 Windows 界面 通过窗体 菜单 工具条 状态条 按钮 弹出式 水情及气象信息采集系统 26 快捷选项 下拉框 列表框 树型结构等形式与用户交互 图形化的 GUI 界面具有典型 的 Windows 风格 界面美观大方 简洁明快 信息量大 组织合理 易于学习和操作 4 4 24 4 2 软件包特点软件包特点 1 先进性好 先进性好 针对系统的具体需要 综合利用网络技术 数据库技术 多媒体技术及其它先进的 软件技术与开发工具 来设计和开发系统的各类软件 考虑到本系统的多模态数据处理 需求 远程传输 选用多层体系结构和 B S C S 有机融合的体系架构 2 实时性强 实时性强 基于网络应用层开发的数据通讯程序 使各工作站之间的实时数据传 输及动态数据的反应速度得到保证 3 支持已有数据库 支持已有数据库 由于采用中间件技术与数据库联接 因此本软件可支持目前分 中心已有的数据库 本系统数据库平台选用 SQL ERVER 4 开放性 开放性 全系统采用设置定义结构 图形报表输出采用非编程定义 完全向用户 开放 这样系统变化 站点增减 图形表格输出均可由用户自行定义 5 集成性 集成性 各子系统有良好的集成性 数据采集子系统与硬件平台之间具有良好的 集成性 6 扩展性 扩展性 不同协议的通讯程序 设制图形的基本图元及表格定义中的网格函数均 采用外挂式结构 DLL 动态链接库结构 增加系统功能仅需增加或修改相应的系统动态 链接库即可 这样既便于将来系统的扩展 又减少了编程调试工作量 7 数据库标准化 数据库标准化 依据招标文件要求遥测数据库表结构设计依据招标文件附件要求 设计 实时水雨情库表结构采用国家防汛抗旱指挥系统实时雨水情库库表结构 4 4 34 4 3 信息接收与通信值守软件信息接收与通信值守软件结构和功能结构和功能 主要功能主要功能 数据接收系统采用多中心数据接收方式 水雨情遥测终端数据分别向市水情中心和 县防汛指挥中心发送 数据接收系统能通过 GPRS GSM 通信网络 完成对区域的遥测水文数据的实时接收 包括自动水位雨量站的水位 雨量 人工置数等内容和其它工况数据 信息接收系统计 算机实时接收 显示 存储接收到的数据 同时写入统一的遥测数据库 并通过计算机 广域网 2M 传送到省中心写入省中心遥测数据库 水情及气象信息采集系统 27 水文数据从采集点到水情分中心 需经过多个通信节点 因此 数据接收软件具有 误码数据的分析处理功能 系统可以根据自动采集数据进行水文电报编制和传送 并根据实时水雨情情况决定 是否加报 水情分中心数据接收软件兼有监视报汛站工作状态的功能 系统具备对漏报数据自动召测功能 接收报汛站告警短信息 存储记录 并立即输出报警 批量提取固态存储数据 按新 水文信息编码标准 要求自动生成水文电报 并向省 流域及国家防办发送 功能设计功能设计 软件构架为软件系统提供一个结构 行为和属性的高级抽象 由构成系统的元素的 描述 这些元素的相互作用 指导元素集成的模式以及这些模式的约束组成 对于本系 统 从数据接收 分析 处理到表示 逻辑结构非常明显 因此 适合采用分层体系结 构 其他数据 数据显示 转发 存储 数据检查处理 数据采集 本次遥测数据 原有遥测数据 数据处理层 数据源层 数据采集层 表示层 图 4 2 数据接收处理软件体系结构 由下至上 各层的功能描述如下所述 信息源层 信息源层由遥测站和其他数据组成 他们提供本接收软件需要的信息 包括本标段 水情及气象信息采集系统 28 新建的遥测信