中小河流水文自动测报系统解决方案.docx

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268.4 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，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<±4%实时、1-24次/天2.2.3软件性能需求1、系统响应指标：1）用户一般操作的响应时间应小于5秒；2）-一般周期性数据的报表分析响应时间小于30秒;3）大数据量数据查询操作界面响应时间小于40秒；2、系统数据存储指标：1）系统各类基础数据保存至少1年；2）统计报表和汇总分析数据至少保存3年；3、系统可靠性指标；1）系统保证每周7*24小时连续不间断工作；2）系统重大故障恢复时间小于30分钟；2.2.4安全需求1、要保障系统运行的安全，并在系统遇到故障时（包括硬件损坏和软件系统崩溃等），能够有效的避免信息丢失和破坏，并尽快恢复系统的正常运行。2、户外装置（主要包括遥测站设备、传感器设备等）需要采取防火、防潮、创造智慧生活防雷、防盗、防破坏、抗干扰等保护措施，便于维护和管理。3、开发的软件应具有严格用户认证、授权和访问控制的权限管理，防止外部非法用户对平台的访问以及内部合法用户的越权访问。三、适用规范 水文监测数据通信规约(S1.651-2014) 水位计通用技术条件(S1./T243) 水文自动测报系统技术规范(S1.61-2003) 水文情报预报规范(GB/T22482-2008) 水位观测标准(GB/T50138-2010) 水情信息编码标准(S1.330-2011) 水利视频监视系统技术规范(S1.515-2013) 水文自动测报系统设备遥测终端机(S1.180-2015) 水利水电工程接地设计规范(S1.587-2012) 水文自动测报系统设备通用技术条件(GB/T27994-2011) 水利水电工程接地设计规范(S1.587-2012)创造智慧生活四、监测方法4.1 水位监测本方案雷达水位计（以下简称H1600）是一款采用高频微波测距技术的液位探测仪器，通过传感器发射电磁波照射水面并接收回波，由此分析获得水面至电磁波发射点的距离、方位等信息。该产品可有效的辅助监控水位变化状态，实现了水位计向高精度（毫米级）、高可靠性、安装简便的技术跨越；自带优化的消良滤波设计，为监测单位提供更加精确稳定的水位信息，相比传统雷达水位计具有精度高、低功耗、体积小等优势。并且串口摄像机定时抓拍图片，对水位进行可视化。4.2 雨量监测常用降水量观测仪器有：完全人工读数的雨量器，虹吸式自记雨量计、翻斗式雨量计、称重式雨量计、容栅式雨量计、声波式雨量计，光学雨量计等。翻斗式雨量计的发展起始于70年代，经历了自记型阶段，是目前主要用于遥测的雨量计类型，同时也是目前用途十分广泛，比较成熟的一种雨量计。翻斗式雨量计靠的是“翻斗翻动记录降水，结构简易，而且完全依赖于机械动作，稳定性好。翻斗式雨量计适用于人工、遥测等方式的连续降雨观测，结合加热装置或不冻液等，也用于降雪量的监测。4.3 流量监测本方案采取雷达流量计，通过非接触方式测量水体的流速和水位，根据内置的软件算法，计算并输出实时断面流量及累计流量。不受温度梯度、压力、空气密度、或其他气象环境条件的影响，不受污水腐蚀和泥沙影响，可全天候稳定工作。该产品还具有功耗低、体积小、安装维护方便等特点，非常适合野外测量环境。五、系统构成5.1 系统结构水文测报站点以RTU遥测终端为核心，根据站点类型配置相应串口摄像机、雷达水位计、雨量计、流量计、通信终端、太阳能电池板、充电控制器、蓄电池以及防雷接地系统。针对水位测量，为实现“双保险”，自动测报站点建设的同时辅以人工观测水尺，水尺为直读式。此外，采集的信息可接入现地P1.C或者通过RTU传输至数据库服务器。口一业务庾用平台软件敢骂阵GISgK务IlIn平台钦傅电源.信号防毒遥测终温些供电部分计5.2 测报站功能5.2.1 图像/雨量/水位一体化测报站D自动采集库区图像、雨量、水位等监测要素，可根据各地需求进行上报时间设定，上报报文符合水文监测数据通信规约S1.651-2014相关规定，同时可根据各省