由于全球環(huán)境破壞和溫室效應越來越嚴重，全球很多地方都不同程度地出現了越來越嚴重的汛情，特別是近年，在我國，很多城市和地區(qū)都不同層度地遭受了極大的水災，一些地方，一場大的降雨就可能造成很大的財產損失和人員傷亡。
防洪防汛工作好壞已經越來越關系到國家財產和人民生命安 全以否的重要保證，并日益受到管理部門的重視。但由于我國長期遺留下來的問題，在我國水情防汛防洪監(jiān)測和測報重視程度不夠，自動化程度還非常低，信息采集、集成和分享也難以實現，這種現狀必然會造就我們在防洪防汛、泄洪排水方面的管理科學化、信息化層度不高，已經在根本不能適用越來越嚴峻的防汛防洪要求。
現狀及需求分析
通過對國內眾多城市排水設施及防汛應急和災情檢測處理了解，以及水文部門、水庫水文檢測的調研，我們重點從城市排水、防汛檢測、水文信息檢測、管理、所采用的相關檢測系統(tǒng)及所要達到的管理目標等方面入手分析，其現狀如下：
總體而言，國內各城市防汛檢測及排水管理自動化、信息化程度整體水平較低，手段較為落后，災情數據的采集絕大部分依靠人員觀察；對城市防汛進行測報和監(jiān)控已經成為眾多城市、重要河流及城市灌區(qū)水文情況監(jiān)控的迫切要求，是城市防汛安 全調度、防洪泄流檢測的重要保證手段；整個基于城市防汛的檢測還未有較成熟的技術方案和實施案例，所檢測的數據單一，傳輸方式單一，未能形成監(jiān)控網絡；水文檢測測報系統(tǒng)和視頻監(jiān)控各自運行，信息難于共享，增加系統(tǒng)成本和降低其可靠性。
根據目前城市及重要地點對防汛預報及處理的現狀及需求，對城市重要地段（點）實現防汛無人執(zhí)守及自動化測報已成為當前越來越迫切的需求，其系統(tǒng)需具備以下功能：
·可靠地實現對檢測點水位高度自動檢測；
·實時上傳所檢測到的關鍵部位水位數據及其變化數據到監(jiān)控中心；
·根據需要在現場實施顯示出水位檢測點處的水位高度值，為現場防汛排水，災情實報提供依據；
·通過無線或有線方式將信息傳到控制中心；
·時刻注意檢測位置的災情水位變化情況，如果水位到了警戒線，有了險情，馬上報警，特別是汛期的水位變化情況；
·提供歷史數據分析水位變化情況和趨勢，特別是統(tǒng)計分析汛期的城市水位變化情況；
·滿足于野外地區(qū)的水位/測報需求；
·由于涉及野外遠地水位的檢測和測報，需要所采用的檢測裝置可靠性高、適用性強、使用簡單、維護方便、維護量少或免維護。
解決方案
基于上述現狀和存在的實際問題，本文提出如下設計方案。
設計思想及目標
本系統(tǒng)設計方案以實用性，準確性和可靠性為中心，采用本公司具有自主知識產權的水位檢測電子尺，結合gprs無線數據傳輸模塊（也可以根據具體情況通過有線傳輸方式），構成一套完整的城市防汛水位檢測及自動測報系統(tǒng)，通過對重要地段點的水位檢測，可以掌握各重要點處水位情況和水位變化情況，從而正確指導防汛排水，為該城市重要地段點防汛及排水調度、水情安 全調度、防汛抗洪、高效運行提供有力保障。
本系統(tǒng)主要由四部分組成：水文水位檢測電子尺、測控通信單元（包括gprs的數據無線傳送模塊）、現場汛情顯示單元（可選）和監(jiān)控中心汛情管理及信息發(fā)布系統(tǒng)。其中，以水文水位檢測電子尺和測控通信單元為防汛水情水位高度檢測的關鍵設備。
在符合現有城市防汛重點地段水位檢測的發(fā)展方向和用戶客觀需求的基礎上，充分利用現有的一些應用模式，結合客戶的具體要求和自身的技術產品優(yōu)勢，實現如下目標：實現對檢測段點處水位變化的自動實時檢測和上報，可靠運行和最大限度的免維護，適應野外環(huán)境要求；實現檢測段點水位檢測的數據無線傳輸（同時也支持有線傳輸方式）和現場汛情水位信息發(fā)布，從而實現對城市重點地段點的水位變化情況及時掌握時監(jiān)控；提供多汛情情況檢測和變化情況分析，為防汛和泄洪提供決策；對關鍵地段點的信息，可以通過該網絡和
手機方式向公眾發(fā)布城市汛情信息，從而合理計劃和實施泄洪排水、人員疏散、交通疏散等。
設計原則和實現方法
準確性原則
及時準確地檢測水位狀況是本系統(tǒng)的重要目標，而水位檢測準確性的保證主要就體現在水位檢測電子尺上。本系統(tǒng)所用水位檢測電子尺依據介質介電參數檢測原理，通過特定的信號轉換電路，一方面對不同的介質（特別是水）檢測具有高精度和高準確性，對水檢測有很高的靈敏度和準確性，另一方面通過信息轉換處理，可保證在傳輸過程中的數據準確性和抗干擾能力。
可靠性原則
可靠性是系統(tǒng)得以持久應用的前提，在本系統(tǒng)中可靠性主要體現在電子尺在產品結構的可靠性，檢測控制系統(tǒng)的可靠性和數據傳輸及通信的可靠性等方面。
ycd系列電子尺的可靠性主要通過其可靠結構來保證，即感應探頭在長時間的工作不會因腐蝕，結垢，堵塞等原因而出現不工作和誤報，在本方案中，感應頭材料采用不銹鋼，這就保證了感應頭不會因為與其他金屬接觸而產生電化學反應而導致腐蝕。整個
傳感器電路采用高質量灌封膠被完全封住，外殼采用鋁材通過陽極化處理。同時，由于采用的基于介電常數的測量原理，使得測量對探頭結垢的影響很小。
對檢測系統(tǒng)部分，一方面，選擇電路系統(tǒng)時，注意系統(tǒng)的抗干擾性；在元器件選用上，按高級要求選用；另一方面，由于電子尺采用全球最低功耗的控制器作為主控制器，并根據應用情況采用“睡眠－喚醒－工作－睡眠”的方式保證整個系統(tǒng)的功耗最低，從而延長電源使用時間，特別適合供電困難的場合，也可采用蓄電池為主電源，充電電池作為預備電源系統(tǒng)，當主電源系統(tǒng)電源不能正常供電時，預備電源可啟動并為系統(tǒng)提供供電并通過gprs提供報警。
對信號傳輸的可靠性，本水位電子尺系統(tǒng)采用總線方式進行數據傳輸，傳輸路線上采用傳輸線路的屏蔽，從而保證整個傳輸通道的可靠性。
實用性原則
實用性要求所提供的系統(tǒng)能滿足用戶的實際需要，由于本方案采用模塊化設計，水位檢測，數據傳輸及中控管理模塊自成體系，經過一定的集成就可實現系統(tǒng)功能，用戶可以根據自身要求自由組合，從而提供較強的系統(tǒng)適用性。
方案組成
本方案依據上述設計目標，其整體系統(tǒng)包括：水位檢測電子尺、測控通信單元（包括gprs的數據無線傳送模塊）、現場水位顯示led單元（視現場需要可選），監(jiān)控中心汛情管理及信息發(fā)布系統(tǒng)四個部分，其結構如圖1。
在本系統(tǒng)中，水位電子尺所檢測到的水位數據一方面進入測控通信單元，由現場水位顯示led顯示（視其情況需要），另一方面通過gprs數據發(fā)送模塊實時地發(fā)送到監(jiān)控中心，監(jiān)控中心接收通過無線信道上報的數據并由專門的軟件處理，形成實時的汛情水位信息，水情水位變化信息，汛情排洪及泄洪過程檢測信息，水位變化歷史信息及未來變化趨勢等重要信息，從而達到對整個城市重點地段及其他場所的汛情完全監(jiān)控和實時測報。保證城市重點部位和其他重要場所防汛工作的安 全調度、防汛抗洪科學有效進行。
在本方案中，通過以下關鍵產品和技術來保證上述功能的實現：
1、水位檢測傳感器（電子尺）。水位檢測電子尺作為本系統(tǒng)主要的檢用傳感器提供了對水位高度的檢測和檢測數據上傳測控通信單元，同時也接收測控通信單元下發(fā)的監(jiān)控命令實現多電子尺的工作狀態(tài)檢測、參數設定、系統(tǒng)維護和故障診斷功能。根據這些數據可以計算出水位高度值。
2、測控通信單元。測控通信單元用于對電子尺的工作進行管理和控制。一方面，通過統(tǒng)一管理并接收下位多個電子尺單元計算出實際的水位高度值；并通過gprs模塊上發(fā)數據到監(jiān)控中心；另一方面，可以在現場或通過監(jiān)控中心下發(fā)控制命令給下位電子尺單元，實現對電子尺工作狀態(tài)的檢測，參數設定、遠程系統(tǒng)自動標定、系統(tǒng)維護和故障診斷功能。
3、現場水位顯示led單元。對于一些特定的重點部位，如城市下穿隧道，低洼地段等地，當有重大汛情發(fā)生時，可以通過安 裝在現場的led顯示單元實時顯示出當前的水位高度數值，從而為現場相關人員，司機、排水人員、管理部門直接提供現場正確的判斷依據。本系統(tǒng)采用高亮度led顯示屏直接顯示其水位高度和一些管理指令，如一個下穿隧道的水位高于一定設定高度時，可在入口處通過該顯示屏顯示限制司機通過下穿隧道的命令。
4、通信方式。根據現場情況，本系統(tǒng)方案在電子尺與測控通信單元之間采用總線方式進行數據通信，測控通信單元與傳感器信號傳輸通道采用隔離方式實現信號隔離。在測控通信單元與監(jiān)控中心之間，本系統(tǒng)提供有線和無線傳輸方式，由于城市防汛重點部位范圍大，一般情況下，采用gprs方式進行數據傳輸，本系統(tǒng)所采用的無線傳輸設備適用于布線困難（若野外勘探、水文監(jiān)測、基站監(jiān)控、森林防火、車載/船載移動監(jiān)控）等應用場所。
5、電源及安 全保證。在電子尺端，可根據現場情況采用電纜供電、蓄電池供電或太陽能電池供電方式；在測控通信單元，可采用兩組供電方式，一組由220v交流供電，另一組由24v直流供電，兩種供電互為備份，同時，蓄電池作為備用電池在緊急缺電情況下可為系統(tǒng)提供一定時間的電源。系統(tǒng)對傳感器所供電源與系統(tǒng)電源通過安 全柵實行電源隔離，以保證其系統(tǒng)可靠性。對于野外場所，本系統(tǒng)也提供太陽供電。
6、系統(tǒng)軟件。軟件設計上采用容錯方式，對可能出現的系統(tǒng)錯誤設有對應的處理程序。在傳感器端檢測軟件部分采用看門狗保證系統(tǒng)在跑飛情況下自動復位，從軟件和硬件上保證系統(tǒng)對一些異常事件具有自診斷和處理的功能。
系統(tǒng)配置及功能
按系統(tǒng)設計要求，其整個系統(tǒng)組成包括：水位檢測電子尺及測控通信單元（包括gprs的數據無線傳送模塊）、現場水位顯示led單元，監(jiān)控中心汛情管理及信息發(fā)布系統(tǒng)四個部分。
水位檢測ycd型電子尺
對水文水位測報系統(tǒng)而言，對各檢測點水位的準確地、實時地檢測是水文測報系統(tǒng)的核心，只有及時獲得正確的水文水位數據，才可以及時了解水庫的水文情況，從而合理做出科學決策。在本設計方案中，我們采用“ycd-102/105型水位檢測電子尺”作為水位檢測的主要設備。該“水位檢測電子尺”可以進行數據采集、處理、存儲、發(fā)送及遠程通信（見圖2）。
測控通信單元
與水位檢測電子尺（ycd系列電子尺）配合使用，用于處理水位電子尺檢測數據，實施對系統(tǒng)的命令控制、水位監(jiān)測及數據通信功能。可以根據現場情況，選用不同的測控通信單元（見圖3、圖4）。
監(jiān)控中心管理軟件
·監(jiān)控中心管理軟件系統(tǒng)主要實現如下功能：接收檢測數據并顯示/保存和信息發(fā)布；提供當前汛情水位情況和水位變化情況；提供對測控通信單元及電子尺單元的控制和遠程診斷；
·提供對數據分析，統(tǒng)計和報表功能，對防汛排水業(yè)務管理功能；提供對汛情預測分析、決策支持功能；軟件系統(tǒng)采用組件技術、容錯處理技術，支持c/s和b/c構架。其控制界面、菜單全為中文，用戶可以非常迅速地熟悉操作軟件的使用。
系統(tǒng)應用優(yōu)勢
·功能集成，充分利用網絡資源：常規(guī)的解決方案，上述的功能利用多個系統(tǒng)來實現，造價高且以后的擴充和升級不方便。本方案利用現代計算機網絡技術的先進性，將多個功能集成起來，不僅充分利用了網絡高速準確的優(yōu)點，同時也容易將各種服務需求集成于intranet，體現了先進性和經濟性；
·水位檢測方式適用，技術先進：水位檢測電子尺直接實時檢測水位的高度值，所采用技術先進，保證了檢測單元高的準確性、可靠性和對現場的適應性。系統(tǒng)安 裝方便，易維護，使用簡單。特別是本系統(tǒng)所采用的水位檢測電子尺，檢測數據不受泥沙及水的流速的影響；
·水位數據和視頻同平臺無線傳輸：水庫水位檢測和視頻監(jiān)控對水庫的安 全調度和管理都扮演了重要的角色，針對這種需求，本解決方案提供了無線傳輸兩種檢測和監(jiān)控信息的無線通信平臺；
·系統(tǒng)結構靈活：提供無線數據傳輸方式，同時也保留了有線通信接口，可以組成點對點的監(jiān)控系統(tǒng)，又可以組成一個中心對各站點的系統(tǒng)；滿足多個用戶的需要，可以組成多級檢測系統(tǒng)；
·可擴容性強：采用模塊化設計，能夠平滑實現端局擴容、中心擴容和分控臺擴容。無論單級擴容或多級擴容都可以充分利用前期資源，降低擴容投入成本；
·易操作性：控制界面、菜單全為中文，用戶可以非常迅速地熟悉操作軟件的使用；
·自主開發(fā)：系統(tǒng)的核心硬件設備和軟件均采用具有擁有自主開發(fā)能力的本公司提供的產品，能夠及時提供良好的售后服務，響應用戶的特殊需求，針對用戶的要求進行功能方面的量身定做。
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