深圳市圣凱安科技有限公司
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更新時間：2021-12-01 17:40:20瀏覽次數(shù)：173次
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天然河道固定式纜道雷達流量監(jiān)測方案
隨著國家發(fā)展水資源越來越緊，同時水污染加重，可利用水源越發(fā)稀缺。中小河流在線流量監(jiān)測重要性更顯突出。
一、在線監(jiān)測系統(tǒng)概述
1.1 基本情況
隨著國家發(fā)展水資源越來越緊，同時水污染加重，可利用水源越發(fā)稀缺。中小河流在線流量監(jiān)測重要性更顯突出。
河流在線流量監(jiān)測，可實時掌握可用水資源；
河流在線流量監(jiān)測，可通過水閘等調配縣市級流域水量；
河流在線流量監(jiān)測，可了解污水走向，提供決策依據(jù)；
河流在線流量監(jiān)測，在山洪和臺風期間掌握各河道流量防范“天災"。
1.2 設計目標
流量站新建全自動的流量實時在線監(jiān)測方式，實現(xiàn)對河段斷面流量流速的實時在線監(jiān)測，并且將流量計算的水位、流速、流量信息等數(shù)據(jù)通過無線傳輸方式傳送到相關中心平臺。
1.3 設計原則
（1）實時性、容錯性
實時采集現(xiàn)場中的流速、水文等信息，會同斷面數(shù)據(jù)能及時獲得流量信息，并將其存在業(yè)務數(shù)據(jù)庫中。具有較強的實時性和較高的處理效率，對訪問的響應時間要短；采集接口的實時性好，能滿足其應用的需要；采集接口的采集周期在5秒到5分鐘之間（可根據(jù)需要進行設定）；采集接口的實時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合，實現(xiàn)冗余；采集軟件要有容錯處理機制；實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)具有容錯能力，根據(jù)具體的硬件條件實現(xiàn)冗余。
（2）完整性、標準化
信息的傳輸與處理遵循標準化的協(xié)議，以保證信息的相對完整性與一致性。對采集方式、采集設備盡量采用統(tǒng)一標準和型號, 堅持系統(tǒng)的開放性和可擴展性。建立一個開放的、標準的、可擴充、易管理、升級的實時數(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)上和應用上的*。
（3）安全性、可靠性
在操作上嚴格權限管理。系統(tǒng)應提供審計跟蹤功能，記錄所有用戶操作過程，對出現(xiàn)的系統(tǒng)安全問題提供調查的依據(jù)和手段；系統(tǒng)應具備事務日志功能。保證在惡劣天氣條件下能正常運行，確保采集通信信道暢通。
1.4 系統(tǒng)功能
能對斷面流速、水溫、流向、水位等進行24小時連續(xù)在線監(jiān)測；
（2）能根據(jù)實時采集的流速、水位，計算斷面流量；
（3）能實現(xiàn)水量數(shù)據(jù)采集、流量計算、存儲、傳輸?shù)墓δ埽?/span>
（4）能將采集的水位、流速、流量和測站狀態(tài)信息通過通訊網(wǎng)絡傳輸?shù)浇邮罩行模?/span>
（5）可人工設定和修改斷面平均流速關系線。
二、項目概述
監(jiān)測點現(xiàn)場為天然河道，水位較大，河道斷面較寬且曲折，推薦使用非接觸式雷達水位計和雷達流速儀監(jiān)測水位、流速，用過流速面積法計算流量，然后數(shù)據(jù)上傳到云平臺，通過網(wǎng)站或者微信公眾號查看數(shù)據(jù)，終端機本地也可保存三年以上數(shù)據(jù)。
本實施方案遵循《河道流量測驗規(guī)范》（GB50179-2015）。
河道一般由以下幾個方面組成：
水位流量：雷達水位計監(jiān)測現(xiàn)場水深，雷達流速儀測量流速，流速面積法計算流量；
2、供電系統(tǒng)：用于給整套系統(tǒng)進行供電、根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境可以選擇太陽能供電或者市電供電。
根據(jù)現(xiàn)場情況，考慮到是野外河流，計劃采用太陽能供電系統(tǒng)；
3、通信設備：可以通過遙測終端機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)可以通過遙測終端機發(fā)送至數(shù)據(jù)服務器，用戶可以通過云平臺或者手機瀏覽器遠程查看數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)也可以發(fā)送至相應監(jiān)管部門的服務器。
2.1數(shù)據(jù)傳輸方式：
光纖有線傳輸：采用光纖或者有線寬帶網(wǎng)絡。適合安裝點有網(wǎng)絡且下泄流量站點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信號將數(shù)據(jù)和視頻圖像傳輸至服務器。適合安裝點比較遠、無法布線的場合；
3、北斗通信：采用北斗短報文進行通信，遙測終端機采集到的數(shù)據(jù)通過北斗短報文的形式發(fā)送至一臺北斗接收機上，北斗接收機將數(shù)據(jù)進行轉發(fā)。適合安裝點無網(wǎng)絡信號的地方。
結合實際情況，現(xiàn)場采用GPRS無線傳輸，數(shù)據(jù)發(fā)送到目標服務器。
1．選點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．雷達水位計和雷達流速儀安裝在空中，照向水面測量。
3．因為受地轉偏向力影響，北半球向右偏，南半球向左偏，所以才會導致北半球右岸侵蝕、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，安裝點前預留十倍的管徑或者渠寬，安裝點后邊預留五倍的管徑或者渠寬。
5.寬河道建議多安裝幾個傳感器，具體數(shù)量看河流寬度，本方案建議安裝兩臺雷達流速儀和一臺雷達水位計。
1、雷達流量計
雷達流速儀
產(chǎn)品特點：
防水、防結露、防雷設計，適用于各種野外環(huán)境；
進口平面微帶雷達非接觸式測量，不受氣候、泥沙及漂浮物影響；
能夠適應復雜情況，不受高水位、垃圾、淤泥、植被等影響；
快速精確測量，數(shù)據(jù)輸出穩(wěn)定，且適用于洪水期高流速環(huán)境；
測量運行和休眠模式相結合；
雷達發(fā)射波束角小，準確度高，不易受外界影響；
結構小巧，功耗低，安裝方便、易維護；
配套控制器遠傳設備，可輕松對接現(xiàn)有水文遙測系統(tǒng)；
寬輸入電壓范圍，適合太陽能電池供電；
渠道流速模型，測量精度更高。
技術參數(shù)
測量范圍 | 0.01~20m/s | 測量精度 | ±0.01m/s |
雷達垂直傾斜角修正 | 自動修正 | 流速方向識別 | 雙向 |
雷達頻率 | 24GHz | 有效距離 | 0~40m |
供電范圍 | 12 VDC | 輸出接口 | RS485 |
功耗 | ＜1W | 工作溫度 | -10~60℃ |
存儲溫度 | -20~70℃ | 相當濕度 | 0~95%RH |
防護等級 | IP66 | ||
1、雷達水位計技術參數(shù)
測量范圍 | 40m |
精度 | ±3mm |
頻率范圍 | 26GHz |
供電電壓 | 6~24V |
信號輸出 | RS485 Modbus |
2、遙測終端機
產(chǎn)品特點：
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：支持實時在線以及定時喚醒等工作方式；
采集功能：水位、雨量、溫濕度、水文、流速、流量、風速風向、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個工業(yè)相機抓拍上傳；
遠程管理功能：支持遠程配置，遠程升級，遠程重啟等遠程維護功能；
報警功能：水位雨量、門限報警；
存儲功能：自帶flash存儲以及TF卡，可存儲歷史數(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)導出；
支持多3個中心，可實現(xiàn)“一包多投"功能；
支持256GB容量TF卡，可作為海量數(shù)據(jù)存儲器使用；
寬電壓設計，具有反接保護和短路保護功能；
所有輸入輸出端口采用抗雷擊設計，可省缺外置防雷保護模塊；
支持主備信道切換，以及GPRS短信同時上報（短信內(nèi)容格式可定制）；
安全報警功能：支持柜門開啟報警。
技術參數(shù) | |
硬件配置 | 2路RS485接口，1路TTL串口（可用作IO接口，外接單總線溫濕度傳感器，控制繼電器等），SDI接口，1路IO接口，1路脈沖輸入接口，1路脈沖雨量計接口，2路模擬量4-20mA接口，1路以太網(wǎng)接口（可外接多種轉換模塊），2路12V可控電源輸出，1路5V可控電源輸出 |
存儲容量 | 16M，支持256G TF卡 |
供電電壓 | 6~24V |
功耗 | 待機電流<1Ma（12V） |
工作電流 | <6Ma（12V） |
工作環(huán)境 | 溫度：-30~60℃；濕度：<95%（無凝露） |
3、太陽能供電系統(tǒng)
3.1太陽能電池板
技術參數(shù) | |||
功率 | 12V 40W | 工作溫度 | -10℃～+50℃ |
太陽能電池組件 | 1 塊 | 封裝形式 | 高透鋼化玻璃層壓 |
3.2蓄電池
技術參數(shù) | |||
標稱供電電壓 | 12V | 容量 | 38AH |
通電電流 | 6A | 工作溫度 | -10℃～+50℃ |
壽命 | 3年以上（25℃） | 尺寸 | 200x165x475mm |
膠體太陽能專用蓄電池 | |||
3.3充電控制器
系統(tǒng)電壓 | 12/24VDC | 負載電流 | 5~30A |
工作環(huán)境溫度 | -35℃～55℃ | 自損耗 | ＜4mA |
溫度補償 | -18mV/℃ | 過放保護值 | 11.1V |
充電電流 | 5A~30A | 最終充電電壓 | 13.9V |
過放恢復值 | 12.6V ×2/24V | ||
3.4信號防雷器
信號傳輸速率 | 2M | 信工作電壓 | 6V |
電源電壓保護 | 12/24V | 放電電流 | 10KA |
信號額定工作電壓 | 5V | 瞬間過電壓 | 10KV |
額定放電電流 | 5KA | 電源持續(xù)運行電壓 | 12V/24V |
電源額定工作電壓 | 12V/24V | 響應時間 | ≤ 1 ns |
電源額定工作電流 | 2A | 溫度范圍 | -40℃~+80℃ |
相對濕度 | ≤95% | 外殼防護等級 | IP20 |
3.5立桿機箱
1.立桿：高度3.5m，材質鍍鋅鋼管，管徑：114mm，壁厚3mm；
2.含定制太陽能支架，避雷針；
3.設備機箱：304不銹鋼機箱，尺寸：500x400x300mm。
2.4、示意圖
1、現(xiàn)場選點，順直河段，建立塔架；
2、架設鋼絲繩纜道，安裝固定傳感器；
3、安裝機箱、走線布線；
4、設備參數(shù)校核設置運行。
三、平臺介紹
在線監(jiān)測平臺總體架構可分為：全面感知層、數(shù)據(jù)傳輸層、應用支撐層、數(shù)據(jù)資源管理層、系統(tǒng)應用層五個層次，主要完成水質、流量、氣象、圖片等多種要素數(shù)據(jù)的接入、存儲和分析及遠程控制，講監(jiān)測數(shù)據(jù)可視化，用于指導水環(huán)境的多參數(shù)監(jiān)測，提供輔助決策分析。
平臺功能：可以將遙測終端機采集到的傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送到服務器上，主要用于展示各個站點的水位、流速、流量等信息。
其主要功能為：站點的管理，全部站點實時數(shù)據(jù)的查看，單個站點的實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、報表、曲線、歷史圖形、站點圖片抓拍、站點視頻、數(shù)據(jù)導出、EXCLE 報表、GIS 地理信息數(shù)據(jù)、單站多數(shù)據(jù)對比，多站數(shù)據(jù)對比，預警預報。
遙測終端機支持的協(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。
（1）規(guī)范*性
系統(tǒng)建設中遵循統(tǒng)一的標準，包括數(shù)據(jù)類型與存儲格式，輸入輸出格式，用戶界面設計等，標準的制定應參照國際、國家和行業(yè)的標準與規(guī)范。
（2）安全可靠性
系統(tǒng)建設要充分考慮到系統(tǒng)的安全性，包括數(shù)據(jù)安全和訪問安全以及系統(tǒng)的運行安全。在建設過程中，須保證系統(tǒng)運行穩(wěn)定，各類數(shù)據(jù)準確無誤。
（3）易用實用性
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、簡單。盡量減少多步操作，功能設計傻瓜化，方便工作人員的使用。
（4）集成擴展性
系統(tǒng)有良好的集成性，數(shù)據(jù)調用處理和各種功能實現(xiàn)平滑過渡。建立良好的軟件支撐平臺，使系統(tǒng)適應多用戶、多協(xié)議的運行環(huán)境。提供強有力的遠程傳輸、遠程控制能力，實現(xiàn)不同系統(tǒng)之間互連、互通、互操作能力，支持實時、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)要有較強的擴展性。在橫向上，要滿足未來增加監(jiān)測站點的要求；在縱向，可以基于系統(tǒng)方便地擴展其他業(yè)務功能，實現(xiàn)系統(tǒng)功能的逐步完善。
（5）開放完備性
系統(tǒng)須適應分期建設、系統(tǒng)擴展和未來技術發(fā)展的趨勢，限度地減少重復投資和資源浪費，保障業(yè)主的投資效益。
為了對系統(tǒng)進行修改、補充和不斷完善，采用開放式的結構設計，使系統(tǒng)在具有可擴充性的軟硬件環(huán)境下，能在運行過程中不斷地添加新的操作功能和加入新的信息。
監(jiān)測系統(tǒng)應用軟件采用分層結構和模塊化設計，主要由信息采集、綜合信息服務、系統(tǒng)管理等幾部分組成。
基于SQL Server數(shù)據(jù)庫管理平臺，進行存儲設計，完成所有相關數(shù)據(jù)的存儲和管理。信息服務系統(tǒng)應采用B/S架構，基于數(shù)據(jù)庫提供相關信息的查詢、統(tǒng)計和分析功能。
（1）實時接收全部測站的水位、流速、流量、雨量、圖片等數(shù)據(jù)或者氣象數(shù)據(jù)；
（2）遠程向測站發(fā)送召測指令，命令遙測站上傳數(shù)據(jù)；
（3）對信息進行解碼并分析遙測數(shù)據(jù)正確性、分門別類將各種數(shù)據(jù)入庫；
（4）根據(jù)測站采集設備工作狀況及數(shù)據(jù)，分析測站的工作狀況，對系統(tǒng)運行狀況進行監(jiān)視；
（5）遠程實現(xiàn)對測站工作參數(shù)的修改，合理安排測站的定時自報時段和水位、流速、流量、雨量等數(shù)據(jù)報送值，遙測站現(xiàn)場能修改的參數(shù)在遠程也能修改；
（6）提供本地查詢和統(tǒng)計管理功能，包括實時數(shù)據(jù)、整點數(shù)據(jù)、水情加報、測站工作狀況、通信暢通率等；
（7）提供遙測站屬性、參數(shù)管理功能，站點增減功能；
（8）提供人工*數(shù)據(jù)功能。
綜合信息服務采用B/S架構，通過GIS地圖展示。實現(xiàn)以下功能：
（1）監(jiān)視和告警
水位監(jiān)視?；诒尘皥D形自動刷新顯示或時間的水位監(jiān)測數(shù)據(jù)，并對出現(xiàn)異常情況的站點以特殊顏色告警。
流量監(jiān)視?；诒尘皥D形自動刷新顯示或時間的流量監(jiān)測數(shù)據(jù)，以不同的顏色顯示不同的水質類別。
系統(tǒng)運行狀態(tài)監(jiān)視?；诒尘皥D形顯示各遙測站的運行狀態(tài)，包括電壓和工作狀態(tài)是否正常等?？蓪ΡO(jiān)測點設置相關負責人的信息進行短信報警。
（2）查詢功能
提供對實時、歷史信息進行查詢。包括單站、多站、河道，既包括某一時刻也包括旬、月、年的統(tǒng)計值，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。
可同時繪制若干測站的不同參數(shù)變化過程或同一測站不同時間段不同參數(shù)量變化過程。
（3）對比分析
可對不同監(jiān)測站點同時段監(jiān)測數(shù)據(jù)（斷面流速、流量和水位數(shù)據(jù)）進行對比分析，自動生成相應時間段內(nèi)監(jiān)測站點的斷面流速對比分析趨勢圖、流量對比分析趨勢圖、水位對比分析趨勢圖。
（4）圖片存儲
可以按照設定要求，定期存儲圖片并在平臺進行顯示。
（1）全部站點實時數(shù)據(jù)展示；
（2）分組列表數(shù)據(jù)展示；
（3）單個站點詳細數(shù)據(jù)展示；
（4）歷史報表與數(shù)據(jù)導出；
（5）歷史圖形；
（6）設備管理與分組；
（7）設備增刪；
（8）用戶管理；
（9）圖形化和易于導航，操作方便；
（10）采用B/S開發(fā)、維護和升級便利；
（11）開放性強，兼容性高，結構擴展性好，易于擴展。
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