一、行業(yè)背景
隨著國民經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，水利工程在國民經(jīng)濟中所起的作用越來越大，防汛更是直接影響國民經(jīng)濟發(fā)展的一個重要方面。近年來，國家提出了建設“數(shù)字水利”的目標，全面實施水利信息化建設，一方面加快水利工程的信息化進程，提高其建設的效率，另一方面可以將防汛抗旱的工作逐步從被動轉為主動，通過完善的預警機制和應急指揮系統(tǒng)，達到最大程度降低災害影響，在汛期的時候，一些異常狀況的圖像清晰準確地在第一時間即時傳送到監(jiān)控中心，工作人員可實時地對可能或正在發(fā)生的汛情、險情、災情進行動態(tài)監(jiān)視，隨時了解現(xiàn)場情況，以便采取相應的預防和補救措施。
基于上述背景的考慮，我公司的水位自動監(jiān)測預警系統(tǒng)。本系統(tǒng)能將各個地下管道的積水情況及時、自動、準確地上傳至監(jiān)控中心。該系統(tǒng)以單片機為控制核心,集成了先進的系統(tǒng)軟件與硬件，利用太陽能供電，采用無線通訊方式。利用該系統(tǒng),可以實現(xiàn)對各管道段有效自動監(jiān)測。當監(jiān)測點的水深超過預設值時，監(jiān)控中心會發(fā)出報警信號，提示中心監(jiān)控人員采取相應措施。
二、需求分析
現(xiàn)階段各大部分地下管網(wǎng)已實現(xiàn)的監(jiān)測系統(tǒng)，采集的數(shù)據(jù)通過DTU或遙測終端RTU以2G/3G/4G無線網(wǎng)絡上傳到數(shù)據(jù)中心，能將采集與無線傳輸結合起來，實現(xiàn)對管網(wǎng)數(shù)據(jù)的采集、安全分析，這樣能對地下管網(wǎng)的運行情況有直觀又方便的檢查，有助于采取預防與補救措施。
以此監(jiān)測需求為例：
?監(jiān)測流量和水位，一但流量或者水位到了警戒線，馬上聯(lián)動報警；
?監(jiān)控現(xiàn)場是否有人進入危險區(qū)域、可疑情況；
?通過3G/4G網(wǎng)絡傳輸，可部署在偏遠區(qū)域；
三、系統(tǒng)概述
緊握市場需求，我公司開發(fā)出基于2G/3G/4G無線網(wǎng)絡的遙測系統(tǒng)，主要用于監(jiān)視水庫、涵閘、河流、礦井、地下管網(wǎng)運行情況，通過2G/3G/4G網(wǎng)絡上傳到監(jiān)控中心平臺，各種監(jiān)測信息和現(xiàn)場圖像可直觀顯示在大屏幕上，監(jiān)控人員能及時監(jiān)視現(xiàn)場情況，準確判斷狀態(tài)。
無線遙測系統(tǒng)是我司自主研發(fā)、具有知識產(chǎn)權的整體解決方案，遙測終端系統(tǒng)廣泛應用于各種水利信息化建設領域。
本系統(tǒng)由監(jiān)測中心、通信網(wǎng)絡、前端監(jiān)測設備、測量設備四部分組成。
?監(jiān)測中心：由服務器、公網(wǎng)專線（或移動專線）、監(jiān)測系統(tǒng)軟件組成
?通信網(wǎng)絡：GPRS（2G/3G/4G/5G）。
?前端監(jiān)測設備：監(jiān)測終端。
?測量設備:雷達流量計或其它儀表變送器。
四、系統(tǒng)架構
1.前端采集部分
前端采集部分由、RTU、超聲波水位計、太陽能供電系統(tǒng)組成。傳感器采集的數(shù)據(jù)經(jīng)RTU進行編碼處理，編碼后的數(shù)據(jù)通過有線/無線網(wǎng)絡傳輸?shù)竭h程監(jiān)控中心。
2.傳輸網(wǎng)絡
可以采用GPRS/2G/3G/4G、WIFI、有線三種傳輸方式，三者自動智能切換，保證網(wǎng)絡不中斷。
3.監(jiān)控中心
在監(jiān)控中心安裝相應的服務器系統(tǒng)和平臺軟件，分發(fā)數(shù)據(jù)流和視頻流進行監(jiān)控，統(tǒng)一管理現(xiàn)場設備，并對上傳的數(shù)據(jù)進行處理、統(tǒng)計、分析，供管理決策使用
4.系統(tǒng)互聯(lián)
為方便本平臺和其他系統(tǒng)進行互聯(lián)，平臺軟件預留接口，可實現(xiàn)與其它系統(tǒng)的信息共享和聯(lián)動。
五、系統(tǒng)主要功能
1、數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計、分析
?每15分鐘定時采集并上報水位數(shù)據(jù)。
?平臺對上傳的各種數(shù)據(jù)進行分析處理，并圖表形式展示出來。
2、聯(lián)動控制
可與第三方系統(tǒng)互聯(lián)，制定聯(lián)動預案，實現(xiàn)智能化控制。
3、遠程管理維護
系統(tǒng)提供遠程管理維護功能，管理員不必到達設備現(xiàn)場，就可修改設備各項參數(shù)，實現(xiàn)校時、重新啟動、參數(shù)配置、軟件升級等功能，提高的設備維護效率。
六、系統(tǒng)主要設備（產(chǎn)品特點、性能、技術參數(shù)）
1、傳感器
1.1功能
雷達水位計是一種采用微波技術的物位探測儀，主要適用于探測江河湖泊等自然水域的水位，也適用于各種水庫、蓄水池、污水渠等露天水渠的水位探測。雷達水位計作為一種探測終端，可有效的輔助監(jiān)控水位變化狀態(tài)，提供有效的水位信息。
1.2技術參數(shù)
PWFL432 |
特點： （1）非接觸測量； （2）金屬外殼，安裝簡單； （3）流速、水位信號單獨輸出； |
流速儀參數(shù): 供電電流：50mA (工作)，<1mA (休眠)； 工作溫度：（-35~65）℃； 存儲溫度：（-40~70）℃ 野外防護等級：IP68。 測速范圍: 0.15~21m/s； 測速精度：±8.8mm/s； 分辨率：1mm/s； 方向辨別：上游； 測量持續(xù)時間：2~240s; 采樣間隔: 0s~5h; 工作頻率: 24GHz; 到水面距離: 0.5~35m; 電源: 6~30V DC(建議使用12V DC); 通訊: PWRV485/Modbus協(xié)議 | |
水位計參數(shù)： 最大量程：35m 精 度：±3mm 環(huán)境溫度：（-35~65）℃ 重復性：±1mm 天線材質：PP 頻率范圍：26GHz 信號輸出：RS485/Modbus協(xié)議 6~30V DC (建議使用12V DC) | |
(1）承水口徑:@200+ 0.6mm , 刃口40~45o (2）分辨率:0.5mm(3）測量精度:≤士4% (4)雨強范圍:0~4mm/min(允許通過 最大雨強8mm/min), 防堵塞:傳感器具有防堵、防蟲、防塵措施 |
2、太陽能
監(jiān)測站終端設備采用太陽能板浮充蓄電池直流供電方式。為防止蓄電池電壓過電或欠壓現(xiàn)象，應配置相應的充電控制器進行鉗位控制。
太陽能板的功率、蓄電池的容量以及充電控制器，根據(jù)以下因素選配：
1）設備功耗，包括守候功耗、工作功耗以及通信設備發(fā)送數(shù)據(jù)的功耗；
2）保證在10~20天連續(xù)陰雨天氣情況下，能維持蓄電池正常工作1個月；可連續(xù)工作不低于2年。
3）在連續(xù)陰雨天氣后，能在10～20天時間內(nèi)，將蓄電池充足；
4）當?shù)氐娜照罩笖?shù)；
5）充電控制器的鉗位電壓閾值應保證電池充足且不因過充而損壞。
6）蓄電池采用鉛酸免維護可充電蓄電池。
7）太陽能板采用單晶硅太陽能電池組件，最大工作電壓：17V，開路電壓：21V；
太陽能電池板配制計算方法
電池板配置功率（W）=設備功耗（W）×每天工作時間（小時）×1.2(安全系數(shù))÷[5小時(每天有效工作時間) ×0.6(充電效率)]
蓄電池配置計算方法
蓄電池配置容量（Ah）=設備功耗（W）×每天工作時間（小時）×陰雨天(天數(shù))÷[設備供電電壓(V) ×0.6(供電效率)]
3、通訊平臺及系統(tǒng)運行分析
3.1通訊平臺
公網(wǎng)專線系統(tǒng)通信網(wǎng)絡采用中國移動公司GPRS網(wǎng)絡和Internet公網(wǎng)。要求排水管理處監(jiān)控中心具備寬帶（類型：光纖、ADSL等），并具有一個Internet網(wǎng)絡上的固定IP。泵站監(jiān)測點終端中GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸器內(nèi)配置一張開通GPRS功能的SIM卡。
終端通過其內(nèi)部的GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸器與監(jiān)測中心服務器組成一個通信網(wǎng)絡，實現(xiàn)系統(tǒng)的遠程數(shù)據(jù)傳輸。
公網(wǎng)專線組網(wǎng)適用于監(jiān)測點數(shù)量多，數(shù)據(jù)傳輸頻率高、實時性要求強的系統(tǒng)。
3.2系統(tǒng)運行分析
3.2.1 終端GPRS流量統(tǒng)計
傳輸間隔 | GPRS月流量 |
10分鐘 | 100M |
15分鐘 | 80M |
30分鐘 | 50M |
3.2.2 系統(tǒng)運行費用
月運行費用 = （監(jiān)測中心寬帶月租 + 固定IP月租） + 單個測點數(shù)據(jù)卡月租×測點數(shù)量
七、RTU介紹
遙測終端是集GPRS/4G/WIFI無線傳輸、傳統(tǒng)RTU功能于一體，實現(xiàn)水文/水資源等數(shù)據(jù)采集、存儲、顯示、控制、報警、無線傳輸、遠程監(jiān)控等功能。
產(chǎn)品采用高性能的工業(yè)級32 位通信處理器和工業(yè)級無線模塊，本地超大容量數(shù)據(jù)安全存儲，提供翻RS232、RS485、模擬量輸入、開關量輸入和開關量輸出接口，可滿足各種不同水文/水資源及其它應用需求。
1、符合規(guī)約
?遵循《水資源監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約》和《水文監(jiān)測數(shù)據(jù)通信規(guī)約》；
2、產(chǎn)品功能
?具有多種接口，可外接水位計、雨量筒、流量計、流速儀等傳感器；
?定時采集并上報、加報雨量、水位、流量、水質等涉水數(shù)據(jù)；
?本地存儲雨量、水位、流量、水質和其它數(shù)據(jù)；
?支持電池電壓上報功能；
?遠程查詢本地歷史數(shù)據(jù)；
?內(nèi)置RTC，支持定時重啟、定時開關機功能；
?異常掉電和低電壓電源保護功能，保證突然掉電數(shù)據(jù)不易被破壞；
?硬盤可拆卸，也可以通過USB線直接掛載硬盤，在電腦上實現(xiàn)硬盤上的數(shù)據(jù)的快速導出及預覽；
?支持多種升級方式：本地U盤升級、本地web升級、遠程升級；
?支持多種設備參數(shù)配置方式：本地UI配置、本地網(wǎng)絡配置、平臺遠程配置等；
?豐富的指示燈，可快速掌握機器運行狀態(tài)；
?支持GPRS/4G網(wǎng)絡、WIFI和有線LAN三鏈路網(wǎng)絡智能切換功能，可實現(xiàn)按預設值優(yōu)先級進行切換；
3.SIM卡安裝
⑴、用一個十字螺絲刀或其他合適工具按壓SIM卡座黃色開關，卡座抽屜會彈出一點
(2)、取出SIM卡抽屜
(3)、將SIM卡裝進抽屜，注意SIM卡帶芯片的面對著自己，SIM卡缺口對著抽屜缺口
(4)、將SIM卡抽屜推入卡座
八、系統(tǒng)優(yōu)勢
針對嚴苛的水利室外應用環(huán)境設計
?寬溫設計：-35～75℃
?寬壓設計：9V～36V
?具備欠壓、過壓、過流、反接、短路、浪涌等電路保護功能
?SIM卡/TF卡防盜設計
