天然河道固定式纜道雷達(dá)流量監(jiān)測(cè)方案

一、在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)概述

1.1 基本情況

隨著國(guó)家發(fā)展水資源越來越緊，同時(shí)水污染加重，可利用水源越發(fā)稀缺。中小河流在線流量監(jiān)測(cè)重要性更顯突出。

• 河流在線流量監(jiān)測(cè)，可實(shí)時(shí)掌握可用水資源；

• 河流在線流量監(jiān)測(cè)，可通過水閘等調(diào)配縣市級(jí)流域水量；

• 河流在線流量監(jiān)測(cè)，可了解污水走向，提供決策依據(jù)；

• 河流在線流量監(jiān)測(cè)，在山洪和臺(tái)風(fēng)期間掌握各河道流量防范“天災(zāi)"。

   

  1.2 設(shè)計(jì)目標(biāo)

  流量站新建全自動(dòng)的流量實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)河段斷面流量流速的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，并且將流量計(jì)算的水位、流速、流量信息等數(shù)據(jù)通過無線傳輸方式傳送到相關(guān)中心平臺(tái)。

   

  1.3 設(shè)計(jì)原則

  （1）實(shí)時(shí)性、容錯(cuò)性

  實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)中的流速、水文等信息，會(huì)同斷面數(shù)據(jù)能及時(shí)獲得流量信息，并將其存在業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫中。具有較強(qiáng)的實(shí)時(shí)性和較高的處理效率，對(duì)訪問的響應(yīng)時(shí)間要短；采集接口的實(shí)時(shí)性好，能滿足其應(yīng)用的需要；采集接口的采集周期在5秒到5分鐘之間（可根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)定）；采集接口的實(shí)時(shí)性不能影響控制系統(tǒng)的性能。采集通信方式在具備條件的場(chǎng)合，實(shí)現(xiàn)冗余；采集軟件要有容錯(cuò)處理機(jī)制；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)具有容錯(cuò)能力，根據(jù)具體的硬件條件實(shí)現(xiàn)冗余。

   

  （2）完整性、標(biāo)準(zhǔn)化

  信息的傳輸與處理遵循標(biāo)準(zhǔn)化的協(xié)議，以保證信息的相對(duì)完整性與一致性。對(duì)采集方式、采集設(shè)備盡量采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和型號(hào), 堅(jiān)持系統(tǒng)的開放性和可擴(kuò)展性。建立一個(gè)開放的、標(biāo)準(zhǔn)的、可擴(kuò)充、易管理、升級(jí)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。不僅僅要做到配置上的*，更主要的是開發(fā)上和應(yīng)用上的*。

   

  （3）安全性、可靠性

  在操作上嚴(yán)格權(quán)限管理。系統(tǒng)應(yīng)提供審計(jì)跟蹤功能，記錄所有用戶操作過程，對(duì)出現(xiàn)的系統(tǒng)安全問題提供調(diào)查的依據(jù)和手段；系統(tǒng)應(yīng)具備事務(wù)日志功能。保證在惡劣天氣條件下能正常運(yùn)行，確保采集通信信道暢通。

  1.4 系統(tǒng)功能

1. 能對(duì)斷面流速、水溫、流向、水位等進(jìn)行24小時(shí)連續(xù)在線監(jiān)測(cè)；

   （2）能根據(jù)實(shí)時(shí)采集的流速、水位，計(jì)算斷面流量；

   （3）能實(shí)現(xiàn)水量數(shù)據(jù)采集、流量計(jì)算、存儲(chǔ)、傳輸?shù)墓δ埽?/span>

   （4）能將采集的水位、流速、流量和測(cè)站狀態(tài)信息通過通訊網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)浇邮罩行模?/span>

   （5）可人工設(shè)定和修改斷面平均流速關(guān)系線。

    

   二、項(xiàng)目概述

   監(jiān)測(cè)點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)為天然河道，水位較大，河道斷面較寬且曲折，推薦使用非接觸式雷達(dá)水位計(jì)和雷達(dá)流速儀監(jiān)測(cè)水位、流速，用過流速面積法計(jì)算流量，然后數(shù)據(jù)上傳到云平臺(tái)，通過網(wǎng)站或者微信公眾號(hào)查看數(shù)據(jù)，終端機(jī)本地也可保存三年以上數(shù)據(jù)。

   本實(shí)施方案遵循《河道流量測(cè)驗(yàn)規(guī)范》（GB50179-2015）。

    

    

    

   河道一般由以下幾個(gè)方面組成：

2. 水位流量：雷達(dá)水位計(jì)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)水深，雷達(dá)流速儀測(cè)量流速，流速面積法計(jì)算流量；

   2、供電系統(tǒng)：用于給整套系統(tǒng)進(jìn)行供電、根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境可以選擇太陽能供電或者市電供電。

   根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，考慮到是野外河流，計(jì)劃采用太陽能供電系統(tǒng)；

   3、通信設(shè)備：可以通過遙測(cè)終端機(jī)將采集到的傳感器數(shù)據(jù)通過GPRS發(fā)送至云端；

   4、 數(shù)據(jù)查看：數(shù)據(jù)可以通過遙測(cè)終端機(jī)發(fā)送至數(shù)據(jù)服務(wù)器，用戶可以通過云平臺(tái)或者手機(jī)瀏覽器遠(yuǎn)程查看數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)也可以發(fā)送至相應(yīng)監(jiān)管部門的服務(wù)器。

2.1數(shù)據(jù)傳輸方式：

1. 光纖有線傳輸：采用光纖或者有線寬帶網(wǎng)絡(luò)。適合安裝點(diǎn)有網(wǎng)絡(luò)且下泄流量站點(diǎn)離的比較近的地方可以考慮采用這種方式；

   2、GPRS/4G無線通信：采用GPRS或者4G信號(hào)將數(shù)據(jù)和視頻圖像傳輸至服務(wù)器。適合安裝點(diǎn)比較遠(yuǎn)、無法布線的場(chǎng)合；

   3、北斗通信：采用北斗短報(bào)文進(jìn)行通信，遙測(cè)終端機(jī)采集到的數(shù)據(jù)通過北斗短報(bào)文的形式發(fā)送至一臺(tái)北斗接收機(jī)上，北斗接收機(jī)將數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。適合安裝點(diǎn)無網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的地方。

   結(jié)合實(shí)際情況，現(xiàn)場(chǎng)采用GPRS無線傳輸，數(shù)據(jù)發(fā)送到目標(biāo)服務(wù)器。

    

2.2監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的位置：

1．選點(diǎn)需要安裝在水流平穩(wěn)，無明顯漩渦回流的地方，順直河段。

2．雷達(dá)水位計(jì)和雷達(dá)流速儀安裝在空中，照向水面測(cè)量。

3．因?yàn)槭艿剞D(zhuǎn)偏向力影響，北半球向右偏，南半球向左偏，所以才會(huì)導(dǎo)致北半球右岸侵蝕、左岸堆積的現(xiàn)象，優(yōu)先考慮安裝在右岸，避免淤泥或者垃圾擋住探頭。

4． “后五"，一般順直河段，安裝點(diǎn)前預(yù)留十倍的管徑或者渠寬，安裝點(diǎn)后邊預(yù)留五倍的管徑或者渠寬。

5.寬河道建議多安裝幾個(gè)傳感器，具體數(shù)量看河流寬度，本方案建議安裝兩臺(tái)雷達(dá)流速儀和一臺(tái)雷達(dá)水位計(jì)。

2.3主要設(shè)備選型：

1、雷達(dá)流量計(jì)

雷達(dá)流速儀

產(chǎn)品特點(diǎn)：

• 防水、防結(jié)露、防雷設(shè)計(jì)，適用于各種野外環(huán)境；

• 進(jìn)口平面微帶雷達(dá)非接觸式測(cè)量，不受氣候、泥沙及漂浮物影響；

• 能夠適應(yīng)復(fù)雜情況，不受高水位、垃圾、淤泥、植被等影響；

• 快速精確測(cè)量，數(shù)據(jù)輸出穩(wěn)定，且適用于洪水期高流速環(huán)境；

• 測(cè)量運(yùn)行和休眠模式相結(jié)合；

• 雷達(dá)發(fā)射波束角小，準(zhǔn)確度高，不易受外界影響；

• 結(jié)構(gòu)小巧，功耗低，安裝方便、易維護(hù)；

• 配套控制器遠(yuǎn)傳設(shè)備，可輕松對(duì)接現(xiàn)有水文遙測(cè)系統(tǒng)；

• 寬輸入電壓范圍，適合太陽能電池供電；

• 渠道流速模型，測(cè)量精度更高。

技術(shù)參數(shù)

1、雷達(dá)水位計(jì)技術(shù)參數(shù)

2、遙測(cè)終端機(jī)

產(chǎn)品特點(diǎn)：

• 通信功能：支持GPRS、短消息、衛(wèi)星、433、以太網(wǎng)等多種通信方式；

• 工作模式：支持實(shí)時(shí)在線以及定時(shí)喚醒等工作方式；

• 采集功能：水位、雨量、溫濕度、水文、流速、流量、風(fēng)速風(fēng)向、閘位、電池電壓等數(shù)據(jù)，其它傳感可定制；

• 圖片抓拍功能：支持4個(gè)工業(yè)相機(jī)抓拍上傳；

• 遠(yuǎn)程管理功能：支持遠(yuǎn)程配置，遠(yuǎn)程升級(jí)，遠(yuǎn)程重啟等遠(yuǎn)程維護(hù)功能；

• 報(bào)警功能：水位雨量、門限報(bào)警；

• 存儲(chǔ)功能：自帶flash存儲(chǔ)以及TF卡，可存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)，掉電不丟失；

• 本地配置：本地支持USB以及WIFI配置，數(shù)據(jù)查詢，歷史數(shù)據(jù)導(dǎo)出；

• 支持多3個(gè)中心，可實(shí)現(xiàn)“一包多投"功能；

• 支持256GB容量TF卡，可作為海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器使用；

• 寬電壓設(shè)計(jì)，具有反接保護(hù)和短路保護(hù)功能；

• 所有輸入輸出端口采用抗雷擊設(shè)計(jì)，可省缺外置防雷保護(hù)模塊；

• 支持主備信道切換，以及GPRS短信同時(shí)上報(bào)（短信內(nèi)容格式可定制）；

• 安全報(bào)警功能：支持柜門開啟報(bào)警。

3、太陽能供電系統(tǒng)

3.1太陽能電池板

3.2蓄電池

3.3充電控制器

3.4信號(hào)防雷器

3.5立桿機(jī)箱

1.立桿：高度3.5m，材質(zhì)鍍鋅鋼管，管徑：114mm，壁厚3mm；

2.含定制太陽能支架，避雷針；

3.設(shè)備機(jī)箱：304不銹鋼機(jī)箱，尺寸：500x400x300mm。

2.4、示意圖

1、現(xiàn)場(chǎng)選點(diǎn)，順直河段，建立塔架；

2、架設(shè)鋼絲繩纜道，安裝固定傳感器；

3、安裝機(jī)箱、走線布線；

4、設(shè)備參數(shù)校核設(shè)置運(yùn)行。

三、平臺(tái)介紹

在線監(jiān)測(cè)平臺(tái)總體架構(gòu)可分為：全面感知層、數(shù)據(jù)傳輸層、應(yīng)用支撐層、數(shù)據(jù)資源管理層、系統(tǒng)應(yīng)用層五個(gè)層次，主要完成水質(zhì)、流量、氣象、圖片等多種要素?cái)?shù)據(jù)的接入、存儲(chǔ)和分析及遠(yuǎn)程控制，講監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可視化，用于指導(dǎo)水環(huán)境的多參數(shù)監(jiān)測(cè)，提供輔助決策分析。

平臺(tái)功能：可以將遙測(cè)終端機(jī)采集到的傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)器上，主要用于展示各個(gè)站點(diǎn)的水位、流速、流量等信息。

其主要功能為：站點(diǎn)的管理，全部站點(diǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的查看，單個(gè)站點(diǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、報(bào)表、曲線、歷史圖形、站點(diǎn)圖片抓拍、站點(diǎn)視頻、數(shù)據(jù)導(dǎo)出、EXCLE 報(bào)表、GIS 地理信息數(shù)據(jù)、單站多數(shù)據(jù)對(duì)比，多站數(shù)據(jù)對(duì)比，預(yù)警預(yù)報(bào)。

遙測(cè)終端機(jī)支持的協(xié)議是SL651-2014 水文通訊規(guī)約，也支持我司自有POST通信數(shù)據(jù)協(xié)議。

3.1、設(shè)計(jì)原則

（1）規(guī)范*性

系統(tǒng)建設(shè)中遵循統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，包括數(shù)據(jù)類型與存儲(chǔ)格式，輸入輸出格式，用戶界面設(shè)計(jì)等，標(biāo)準(zhǔn)的制定應(yīng)參照國(guó)際、國(guó)家和行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范。

（2）安全可靠性

系統(tǒng)建設(shè)要充分考慮到系統(tǒng)的安全性，包括數(shù)據(jù)安全和訪問安全以及系統(tǒng)的運(yùn)行安全。在建設(shè)過程中，須保證系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，各類數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤。

（3）易用實(shí)用性

友好易用性是指要充分考慮用戶端系統(tǒng)的可用性和操作性，界面友好、簡(jiǎn)單。盡量減少多步操作，功能設(shè)計(jì)傻瓜化，方便工作人員的使用。

（4）集成擴(kuò)展性

系統(tǒng)有良好的集成性，數(shù)據(jù)調(diào)用處理和各種功能實(shí)現(xiàn)平滑過渡。建立良好的軟件支撐平臺(tái)，使系統(tǒng)適應(yīng)多用戶、多協(xié)議的運(yùn)行環(huán)境。提供強(qiáng)有力的遠(yuǎn)程傳輸、遠(yuǎn)程控制能力，實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)之間互連、互通、互操作能力，支持實(shí)時(shí)、并發(fā)、分布系統(tǒng)工作。

基于全局性和整體性的原則，系統(tǒng)要有較強(qiáng)的擴(kuò)展性。在橫向上，要滿足未來增加監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的要求；在縱向，可以基于系統(tǒng)方便地?cái)U(kuò)展其他業(yè)務(wù)功能，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的逐步*。

（5）開放完備性

系統(tǒng)須適應(yīng)分期建設(shè)、系統(tǒng)擴(kuò)展和未來技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，限度地減少重復(fù)投資和資源浪費(fèi)，保障業(yè)主的投資效益。

為了對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行修改、補(bǔ)充和不斷*，采用開放式的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)在具有可擴(kuò)充性的軟硬件環(huán)境下，能在運(yùn)行過程中不斷地添加新的操作功能和加入新的信息。

3.2、總體設(shè)計(jì)

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用軟件采用分層結(jié)構(gòu)和模塊化設(shè)計(jì)，主要由信息采集、綜合信息服務(wù)、系統(tǒng)管理等幾部分組成。

基于SQL Server數(shù)據(jù)庫管理平臺(tái)，進(jìn)行存儲(chǔ)設(shè)計(jì)，完成所有相關(guān)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理。信息服務(wù)系統(tǒng)應(yīng)采用B/S架構(gòu)，基于數(shù)據(jù)庫提供相關(guān)信息的查詢、統(tǒng)計(jì)和分析功能。

3.3、信息采集

（1）實(shí)時(shí)接收全部測(cè)站的水位、流速、流量、雨量、圖片等數(shù)據(jù)或者氣象數(shù)據(jù)；

（2）遠(yuǎn)程向測(cè)站發(fā)送召測(cè)指令，命令遙測(cè)站上傳數(shù)據(jù)；

（3）對(duì)信息進(jìn)行解碼并分析遙測(cè)數(shù)據(jù)正確性、分門別類將各種數(shù)據(jù)入庫；

（4）根據(jù)測(cè)站采集設(shè)備工作狀況及數(shù)據(jù)，分析測(cè)站的工作狀況，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)視；

（5）遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)站工作參數(shù)的修改，合理安排測(cè)站的定時(shí)自報(bào)時(shí)段和水位、流速、流量、雨量等數(shù)據(jù)報(bào)送值，遙測(cè)站現(xiàn)場(chǎng)能修改的參數(shù)在遠(yuǎn)程也能修改；

（6）提供本地查詢和統(tǒng)計(jì)管理功能，包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、整點(diǎn)數(shù)據(jù)、水情加報(bào)、測(cè)站工作狀況、通信暢通率等；

（7）提供遙測(cè)站屬性、參數(shù)管理功能，站點(diǎn)增減功能；

（8）提供人工*數(shù)據(jù)功能。

3.4、綜合信息服務(wù)

綜合信息服務(wù)采用B/S架構(gòu)，通過GIS地圖展示。實(shí)現(xiàn)以下功能：

（1）監(jiān)視和告警

水位監(jiān)視?；诒尘皥D形自動(dòng)刷新顯示或時(shí)間的水位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并對(duì)出現(xiàn)異常情況的站點(diǎn)以特殊顏色告警。

流量監(jiān)視。基于背景圖形自動(dòng)刷新顯示或時(shí)間的流量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，以不同的顏色顯示不同的水質(zhì)類別。

系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視?；诒尘皥D形顯示各遙測(cè)站的運(yùn)行狀態(tài)，包括電壓和工作狀態(tài)是否正常等?？蓪?duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置相關(guān)負(fù)責(zé)人的信息進(jìn)行短信報(bào)警。

（2）查詢功能

提供對(duì)實(shí)時(shí)、歷史信息進(jìn)行查詢。包括單站、多站、河道，既包括某一時(shí)刻也包括旬、月、年的統(tǒng)計(jì)值，還包括超過某一域值（如警戒水位、保證水位值）的查詢。信息的表示方式主要是表格的圖示化結(jié)果和基于地圖的信息展現(xiàn)，如各種示意圖、過程線圖、直方圖、餅圖、等值線、圖表組合等。

可同時(shí)繪制若干測(cè)站的不同參數(shù)變化過程或同一測(cè)站不同時(shí)間段不同參數(shù)量變化過程。

（3）對(duì)比分析

可對(duì)不同監(jiān)測(cè)站點(diǎn)同時(shí)段監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)（斷面流速、流量和水位數(shù)據(jù)）進(jìn)行對(duì)比分析，自動(dòng)生成相應(yīng)時(shí)間段內(nèi)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的斷面流速對(duì)比分析趨勢(shì)圖、流量對(duì)比分析趨勢(shì)圖、水位對(duì)比分析趨勢(shì)圖。

（4）圖片存儲(chǔ)

可以按照設(shè)定要求，定期存儲(chǔ)圖片并在平臺(tái)進(jìn)行顯示。

3.5、系統(tǒng)平臺(tái)軟件需實(shí)現(xiàn)的功能：

（1）全部站點(diǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)展示；

（2）分組列表數(shù)據(jù)展示；

（3）單個(gè)站點(diǎn)詳細(xì)數(shù)據(jù)展示；

（4）歷史報(bào)表與數(shù)據(jù)導(dǎo)出；

（5）歷史圖形；

（6）設(shè)備管理與分組；

（7）設(shè)備增刪；

（8）用戶管理；

（9）圖形化和易于導(dǎo)航，操作方便；

（10）采用B/S開發(fā)、維護(hù)和升級(jí)便利；

（11）開放性強(qiáng)，兼容性高，結(jié)構(gòu)擴(kuò)展性好，易于擴(kuò)展。

3.6、監(jiān)測(cè)要素和數(shù)據(jù)案例截圖