河流水库大坝防汛监测

一、  建设目标

   为更好地了解区域内的水文信息，对区域内的河渠、低洼易涝点的雨量和水位信息数据进行采集，对区域内的排水泵站进行远程管理，并通过无线方式远程将数据传到防汛管理办公室，实时了解现场水文情况，根据实时情况采取相应的防汛排涝措施，更好的保障人民群众及公共财产安全。

二、  系统解决方案

2.1  体设计思路

本系统主要由监控中心、通信网络、监测终端、现场计量设备四部分组成。

2.1.1  监控中心

现场设备运行数据经现场监控终端及其通讯端口， 通过 GPRS/4G 网络或有线网络传输到Internet网，进入到服务器里，把现场监测的各类数据进行采集进入中心服务器，各职能工作人员通过客户计算机访问服务器数据，实时了解各监测站点的设备运行情况、相关运行参数。监控中心发送的命令也由此路径执行到受控设备。

2.1.2  通信网络

2.1.2.1  GPRS网络

    GPRS 网络是中国移动公司提供的数据无线传输网络， 只要有GPRS信号的地方就能够支持数据无线传输，具有广域覆盖、永远在线、按量计费、高速
传输等优势。
v  广域覆盖：GPRS 在全国 31 个省 240 多个城市均有良好覆盖，基本上在手机可以打电话的地方都可以通过 GPRS 无线上网。
v  永远在线： 只要激活 GPRS 应用后， 将一直保持在线， 类似于无线专线网络服务。
v  按量计费：GPRS 服务虽然保持一直在线，但您不必担心费用问题；因为只有产生通信流量时才计费。
v  高速传输： 目前 GPRS 可支持 53.6Kbps 的峰值传输速率， 理论峰值传输可达 100余 Kbps。

2.1.2.2  4G网络

4G通信具有非对称的超过2Mb/s的数据传输能力，数据率超过UMTS，是支持高速数据率（2～20Mb/s）连接的理想模式，上网速度从2Mb/s提高到3G与4G100Mb/s，具有不同速率间的自动切换能力，4G网络具有以下优势：
v  通信速度快：通信系统传输速率可达到20Mbps，甚至最高可以达到高达100Mbps，这种速度会相当于2009年最新手机的传输速度的1万倍左右,第三代手机传输速度的50倍。
v  网络频谱宽：通信带宽上比3G网络的蜂窝系统的带宽高出许多，相当于W-CDMA3G网络的20倍。
v  通信灵活：可以双向下载传递资料、图画、影像。
v  同时还具有智能性高，兼容性好等特点。

2.1.3  监测终端

监测终端为水文监测系列监测终端箱，内部主要设备为我公司研发生产的RTU，RTU与现场计量设备相连，负责采集现场数据，并将数据通过相应的通讯端口上传，同时执行各级中心下达的命令。

2.1.4  现场计量设备

现场设备将采集到的数据通过RS485通讯传给RTU。现场设备有雷达水位计、流量计、雨量计、摄像头等，没有市电的监测点安装太阳能供电系统。

三、  远程管理系统

3.1  系统设计原则

u  先进性原则 
    采用先进的设计思想，选用先进的传输设备，使系统传输在今后一定时期内保持技术上的先进性。
u  开放性原则
    系统设计及系统设备选型遵从国际标准及工业标准，使系统具有高度的开放性和所提供设备在技术上的兼容性。
u  可伸展性原则
    系统设计在充分考虑当前情况的同时，考虑到今后较长时期内业务发展的需要，留有充分的升级和扩充的可能性。充分利用现有通讯资源，为以后扩充到更高速率提供充分的余地。另一方面，还为系统规模的扩展留有充分的余地。
u  安全性原则
    加强系统安全建设，从系统安全性、数据安全性、网络传输安全性等多方面来保障系统的长期稳定和可靠运行。系统设计具有严格的安全保密性，能够保证内部信息不被窃取，充分利用开发工具所具有的网络级、数据库级、文档级、文档区域段级、以及文档内域级安全保密机制，实现数据加密，保障数据安全性。
u  可靠性原则
    系统的设计贯彻可靠性原则，使传输系统具有很高的可用性。可靠性原则体现在以下方面：
A．选用技术先进、成熟高可靠性的传输设备
B．系统增益储备高
C．链路的可维护性好
D．可扫描周围磁场，为设备及时调整频率提供依据
u  管理性原则
    系统应具有良好的可管理性，使得系统管理人员能方便及时地掌握诸如传输系统拓扑结构、系统信号分析覆盖率统计、系统故障提示等信息，能简便地对传输系统进行配置和调整，确保系统工作在良好状态。
u  经济实用性
    充分利用当前先进、成熟和高起点的主流现代信息技术，引进和开发技术可靠、性能稳定的硬件平台，构建良好的体系结构、系统界面、信息处理技术方法和系统运行机制；使系统具有良好的适应性、较高的先进性和较长的生命周期。同时还考虑了经济性和实用性，充分利用和保护系统的现有资源，提高资源利用率。
u  标准规范性
信息定义统一，编码统一，执行国家行业标准和规范。

3.2  系统特点

u  网络＋现场总线
    系统由监控管理中心、信息传输介质、网络通信接口设备组成，以实现先进的、统一的自动化控制网络平台，使整个系统配置合理，信息共享，安全可靠，提高指挥效率和生产率。
u  异构系统的互联互通
    在网络级和串口级提供多种符合国际主流标准的接口方式，便于各种数据的接入，实现最大限度的信息共享；能够集成不同厂家的硬件设备和软件产品，实现各系统间信息互通，并将各系统数据集成。
u  先进的体系结构
    采用B/S模式设计三层网络体系结构，便于及时、准确地采集各个子系统的工况、生产和安全参数，方便管理层实时查询、分析和决策。
u  实时信息数据集成
    以网络平台为核心，将实时数据流按照统一数据标准集成起来，同时，针对统一平台开发各种综合应用，形成集成化、网络化应用。各种图形、图像、报表信息都可以通过Web的方式在任何一台终端统一浏览，统一界面。
u  统一的数据仓库
    在集成化的数据管理中，所有的数据是在一个数据库中进行管理，数据一旦被输入，在整个系统中都可以使用。
u  友好的人机界面
实现从设计、编程、硬件组态、测试到操作诊断和远程维护的全过程组态应用。所有的部件都可以有一个软件进行组态，采用统一化的图形界面和面向对象的设计，使用起来轻松自如。

四、  系统软件介绍

4.1  实时数据监控

    系统接收远程数据采集点的液位数据，将监测数据发送到中心，从而实现对所需信息的实时监测。

4.2  实时数据显示

    中心服务器接收远程数据采集点发送的实时数据，以数据、表格、图形等形式显示监测点的数据，能够根据用户自定义的数据报警限值设定进行报警。

4.3  监测数据分析

    实施监测数据分析，历史监测数据分析。辅助调度工作人员制作流量等日常工作报表以及历史分析报表。

4.4  报表打印

    支持用户自定义的模版，进行打印输出。

4.5  调度WEB

    采用B/S模式，在通用web浏览器页面上显示实时监测数据、历史统计数据，同时可在相关部门内部网上发布监测的最新数据、历史数据。

4.6  系统管理

    各类系统参数设定、用户权限管理，外部数据接口管理。

4.7  系统特点

    本软件具有以下主要特点：
①　采用B/S结构的开发模式；
②　灵活安全的操作权限管理；
        系统提供操作员管理功能，可以针对每个操作员和每个操作菜单进行单独的权限设置，设置方法灵活方便。操作密码等核心数据都进行了加密处理。
③　方便快捷的操作界面；

五、  监测点建设

监测点根据不同的数据采集要求选用不同的采集设备，所有采集数据统一通过测量设备的RS485或4-20mA数据输出接口进行数据的采集，将采集得到的数据通过无线传输方式或有线方式发送到监控平台上。

5.1  河渠水情监测点

在水位监测点竖杆，安装远程水位监测终端、雷达水位计、雨量计、摄像头。将。前端数据（液位、雨量、现场图片）通过监测终端里的RTU采集并通过GPRS 、4G无线网络或无线网桥远程传输在线监控系统软件平台上。

 

5.2  泵站控制点

    排水泵站远程监控系统适用于城市排水泵站的远程监控及管理。泵站管理人员可以在泵站管理处的监控中心远程监测站内水泵的工作状态、河渠水位、出站流量、现场图像；支持手动控制、自动控制、远程控制提升泵的启停，图像监视站内全景及重要的工位。
泵站内安装液位计，监测站内外河渠液位数据，在泵房安装水泵控制终端，根据水位的高低变化，自动或手动控制水泵开启。泵房及重要现场安装视频摄像头，通过泵站内的光纤或网络实时监控现场画面。
 

六、   硬件简介

    监测终端箱的核心设备为遥测终端机，本方案选用水文监测系列遥测终端机 。

6.1  遥测终端机

6.1.1、产品简介
    水文监测Linux系统4G安全遥测终端采用ATMEL AT91SAM9G45 CPU，400M高速ARM926EJ-S核，是顶级ARM9处理器，嵌入式Linux操作系统，嵌入式数据库，具有能够实现复杂功能的潜力。支持高速USB接口嵌入式WEB SERVER服务，支持IE，Fireware等主流浏览器远程访问。终端机全部采用工业级部件。内嵌工业级4G模块（移动、联通、电信全网支持）向下兼容GPRS。集数据采集、北斗/GPS/Glonass定位、Wifi功能、433Mhz无线通讯、移动侦测、加密通讯、计算取用水水电配比、液晶显示（液晶屏/数码管/彩色触摸屏）、大容量存储和远程管理一体的安全终端设备广泛应用于水利、气象、环保、电力、钢铁冶金、石油化工、车载等行业。
6.1.2、产品性能及特点
核心内核 性能
选用工业级国密加密芯片，保证数据传输的安全性Corte-A5核心的SAMA5D3X系列MPU，该系列MPU将以高性能、低功耗、更丰富的接口等优势。
主频/内核：536M Hz，CORTEX-A5
DDR2：32bit 256MB
网络：1路100M
USB：1路
串口：5路
操作系统：Linux
外围性能
移动侦测功能：结合工业级红外摄像头，箱门开门拍照报警，支持延迟拍照、连续拍照、语音报警等功能。

安全传输功能：支持基于网络层的IPSec VPN和基于传输层的SSL VPN功能，用于保证采集到的数据在网络传输过程中的安全性与完整性；
支持SM1、SM2、SM3、SM4等国密加密算法，保证数据的安全性。
v  定位功能：支持北斗、GPS、Glonass等定位方式，同时增加了地理围栏等功能，做到了真正的防偷盗功能。
v  Wifi功能：支持智能手机通过Wifi热点连接设备，并推送实时监测界面和巡检签到界面。
v  安全支付功能：支持微信、支付宝等多种在线支付方式，做到了远程充值就地刷卡的功能。
v  采集功能：采集压力、温度等变送器的标准信号（模拟量）；
采集流量计、积算仪等串口仪表（RS485/RS232）；
采集脉冲表的流量数据（脉冲信号）；
采集水泵或阀门的运行状态；
采集设备供电状态；
采集箱门开关状态。
v  控制功能：支持自动控制、远程控制、就地控制水泵、阀门等设备。
v  有线通讯功能：标准RJ45接口，支持网络通讯，支持下接设备端口映射功能，支持路由功能，内部可设置本机IP，以及路由配置功能。
v  远程通讯功能：支持通过4G传输数据，支持对设备进行远程参数设置、程序升级，速度高达10M以上，时间缩短到1s。
v  报警功能：监测数据越限，立即上报告警信息并有语音提示。
v  存储功能：采用标准DDR2 SDRAM，提高了读写速度；
板载512M DataFlash ；
板载128M*8bits NandFlash；
可根据客户要求更换大容量或者工业级芯片。
v  存储卡功能：实测支持32GB容量SD卡扩展，可保存图像采集历史数据与数据库数据。
v  显示功能（可选）：可配置2排8汉字液晶屏显示；
        可配置数码管显示；
        可配置7寸彩色液晶屏显示。
u  显著特点
v  采用嵌入式Linux操作系统，嵌入式数据库，具有能够实现复杂功能的潜力。
v  采用Corte-A5核心的SAMA5D3X系列MPU，保证数据处理的快速性与稳定性。
v  对传输数据加密，防止机密数据在传输过程中被盗取。
v  支持中国的北斗、美国的GPS、、俄罗斯的Glonass等多种定位方式，能准确知道设备所在位置，移动超过一定距离自动上传报警信息，做到设备防盗功能。
v  箱门打开可延迟时间拍照也可连续多张拍照，支持语音报警。
v  支持根据实际水泵功率大小计算水电配比，当水电走数为非正常比率时，自动上报报警信息，做到了防盗水、盗电功能。
v  支持微信、支付宝等在线充值功能，远程充值功能强大。
v  通讯方式为4G传输，较之前GPRS传输，上网速度提升到10M以上，时间缩短到1s。
v  支持和附近设备以及仪表进行433MHz无线通讯，做到彼此通讯不耗流量费。
v  产品的每项接地点：GND，AI_GND，DI_GND，DO_GND，DAC_GND，U_GND，此六项地均为彼此隔离的，从而致使产品性能更稳定，抗干扰能力更强。
v  产品增加一路（4-20）mA输出功能，可以通过串口通讯控制变频器，从而控制阀门或泵的开度大小，而不再需要外置AO模块。
v  产品共有5路串口（RS232或RS485）和1路USB接口，可以接入更多设备或仪表。
v  支持采集标准USB口协议和RS485总线的图像采集设备。
v  支持水资源和水文应用协议。
v  既可以DC12V_24V供电，也可以采取AC220V供电，使得对产品供电方式更方便，电源为全隔离电源。
v  产品支持多种显示方式，2排8汉字液晶屏、数码管显示、7寸彩色液晶屏显示现场采集数据。
6.1.3、技术参数：

6.2  雷达流量计

流速仪指标：
1)雷达流量计，敞开自流型流量计，可测量非满管流量，支持各种规格量水堰槽、常见标准断面、不规则渠道的水量监测，具有断面参数录入、水位流量关系曲线录入，具有流量自动积分累计，异常数据过滤功能：
2)测速范围：0.02～21m/s
3)测速精度：8.8mm/s
4)测量持续时间:2～240s
5)工作电流：50mA（DC 12V供电）；<1mA（休眠）
6)雷达流速仪频率：24GHz；多普勒原理
7)到水面距离0.5～35m
8)运行温度：-36℃～70℃
9)存储温度：-40℃～70℃
10)自动垂直角补偿
11带实时俯仰角测量功能，精度1°
12)方向辨别：上、下游
13)信号输出：Modbus协议，RS485输出
14)电源：5.5～30VDC
15)一体化防雷保护：放电容量0.6kW Ppp
16)野外防护等级：IP68
17)带整体防护罩
18)有水利部水文仪器检测报告
19）滤波类型可调
20）带数据曲线输出功能
21）波特率可调
22）多种测流模式
 

6.3  太阳能供电系统

没有市电的监测点采用太阳能供电。监测站终端设备采用太阳能板浮充蓄电池直流供电方式。为防止蓄电池电压过电或欠压现象，应配置相应的充电控制器进行钳位控制。
l  选配因素
太阳能板的功率、蓄电池的容量以及充电控制器，根据以下因素选配：
1）设备功耗，包括守候功耗、工作功耗以及通信设备发送数据的功耗；
2）保证在10~20天连续阴雨天气情况下，能维持蓄电池正常工作；
3）在连续阴雨天气后，能在10～20天时间内，将蓄电池充足；
4）当地的日照指数；
5）充电控制器的钳位电压阈值应保证电池充足且不因过充而损坏。
l  主要技术要求
1）蓄电池采用铅酸免维护可充电蓄电池。对于高寒地区，应选用耐低温的蓄电池；
2）太阳能板采用单晶硅太阳能电池组件，最大工作电压：17V，开路电压：21V；
l  太阳能电池板配制计算方法
电池板配置功率（W）=设备功耗（W）×每天工作时间（小时）×1.2(安全系数)÷[5小时(每天有效工作时间) ×0.6(充电效率)]
l  蓄电池配置计算方法
蓄电池配置容量（Ah）=设备功耗（W）×每天工作时间（小时）×阴雨天(天数)÷[设备供电电压(V) ×0.6(供电效率)]

6.4  专用监测箱

规格尺寸：根据实际需求 
板厚：箱体1.0
门子、底板1.2
防护等级：IP65

七、  配置清单

 
注：
     此配置清单仅为主要通用产品，客户需求不同或现场情况不同，相关配置不同。