城市道路積水防汛監測系統
　　
　　實施方案
　　
　　（電子水尺應用）
　　
　　濰坊金水華禹信息技術有限公司
　　
　　2013.11.19
　　
　　目錄
　　
　　一.前言3
　　
　　二.城市道路積水防汛監測系統簡介3
　　
　　三.水位傳感器的對比選擇5
　　
　　四.電子水尺部分6
　　
　　4.1.電子水尺基本特點6
　　
　　4.2.電子水尺的技術參數6
　　
　　五.一體化遙測采集器部分6
　　
　　5.1.設備基本組成7
　　
　　5.2.傳感器接口類型7
　　
　　5.3.通訊接口類型7
　　
　　5.4.電源與功耗7
　　
　　5.5.其它指標7
　　
　　六.供電部分8
　　
　　七.一體式設備管件8
　　
　　八.結構尺寸8
　　
　　8.1.傳感器連接及安裝孔尺寸8
　　
　　九.無線電子水尺主要功能菜單8
　　
　　十.系統組成8
　　
　　10.1.系統組成清單8
　　
　　十一.施工具體方案9
　　
　　11.1.中心接收設置9
　　
　　11.2.現場施工9
　　
　　十二.部分用戶案例及照片10
　　
　　城市道路積水防汛監測系統方案（電子水尺）
　　
　　一.前言
　　
　　隨著我國經濟社會的不斷發展，伴隨著城市化運動的不斷加劇，城市的建設也在突飛猛進地高速發展，城市圈也在已經不斷擴大。為了緩解交通壓力和保證出行的暢通，許多城市建設了不少的立交橋和下穿隧道。
　　
　　近年來，由強降雨引起的城市下穿隧道及立交橋下低洼處存在大量積水的現象時有發生，且有愈演愈烈的趨勢。在我國南方多雨的城市，積水有時竟然高達三米以上，且長時間不能及時排走，給人們的出行帶來了很大的不便，嚴重時竟引發行人的死亡和失蹤事件……尤其是2012年7月21日北京市區內的大暴雨，讓全國人民記憶猶新……。
　　
　　“城市觀海”的現象已經引起黨中央、國務院的高度重視。國務院于9月中旬印發《關于加強城市基礎設施建設的意見》，《意見》要求加強城市排水防澇防洪設施建設，用5～10年時間確實解決城市內澇的嚴重問題。為此，城市道路積水防汛監測系統的建設極為必要，尤其是下穿隧道、低洼地帶的積水監測。城市道路積水防汛監測系統即可以為決策機構的領導提供道路積水的實時信息，也為市政排水調度管理機構提供數據，還可以通過廣播、電視、手機等媒體為廣大老百姓提供出行指南。
　　
　　二.城市道路積水防汛監測系統簡介
　　
　　道路積水防汛監測系統主要對道路低洼地帶、下穿隧道等積水點進行實時的水位監測，系統一般由中心站和遙測站（監測站）組成。
　　
　　遙測站（監測站）一般選在一下雨就積水的地點，主要功能是監測各個積水點的實時水位數據，并定時上報至中心站。
　　
　　中心站一般設在相應的管理機構（如市政設施處、排水處、市防辦、水文局、氣象局等）的機房，通過相應的應用軟件，接收并處理由遙測站發來的數據，根據需要給決策者提供相應的技術信息。系統的拓撲圖如下：
　　
　　三.水位傳感器的對比選擇
　　
　　目前zui常用水位的傳感器，按測量方式大致可分為機械浮子式、超聲波式、壓力式、氣泡式、雷達等多種形式，它們各有優缺點。
　　
　　機械浮子式和光電浮子式都是來用機械齒輪減速產生進位和退位的辦法來形成編碼，為了產生可靠編碼，一般都用格雷碼輸出，量程變化范圍大，可以高達到80米。優點：原理簡單、誤差來源少、價格相對較低。缺點：機械加工復雜、運行阻力大、使用壽命短，土建成本相對較高。在城市道路積水防汛監測系統中，該傳感器顯然不適用那樣的環境。
　　
　　超聲波液位計是通過探測自身發出的超聲波被液面反射后的信號換算液/物面位置的。它是一種非接觸式傳感器，特別適用于溫度變化較小、水面比較平穩、波浪比較小的場合。超聲波對反射目標有一定的要求，受環境因素影響較大，其誤差較大。優點：與介質無直接接觸，耐腐蝕性強，安裝簡便，易維護。缺點：超聲波受傳輸媒介的氣體成分和容器幾何結構特性影響較大，不適用于有氣泡或懸浮物的介質；容易受電磁波干擾，精度一般，在野外使用經常會出現數據跳變現象，目前在室外已基本淘汰。該傳感器仍然不適用于城市道路積水監測那樣的環境。
　　
　　壓力式水位計安裝簡單，一般要求被測介質較為干凈。在道路積水監測中，其透水池一定會被泥沙淤積而失效。氣泡式水位計實際上也是一種壓力式水位計，它是通過氣源從容器底部向介質內充氣。供氣系統內的吹氣壓力只有與容器底部的液體靜壓平衡時，氣體才會從氣管內進入容器形成氣泡。這時測量供氣系統內的氣壓可換算出測量點的靜壓，進而得到液位值。優點：耐腐蝕性強；能夠測量高溫介質。缺點：安裝過程復雜，成本較高，維護費用較大。該傳感器同樣不適用于城市道路積水監測那樣的環境。
　　
　　雷達水位計也是一種非接觸式傳感器，它通過探測自身發出的微波（波長很短的電磁波）被液面反射后的信息換算液/物面位置。優點：溫度、濕度、霧等外界自然因素對其影響比較小，且測量精度較高，安裝簡單；可以測量壓力容器內液位，可以忽略高溫、高壓、結垢和冷凝物的影響；與介質無直接接觸；耐腐蝕性強；可在真空環境中使用。缺點：價格昂貴；受容器幾何結構和材料特性影響；易受電磁波干擾。在城市道路積水防汛監測系統中，路橋的高度一般在3.5～4.0米之間，雷達水位計的波束一般在12º～15º，被測量平面的直徑在0.914～1.049米之間，在這個范圍內不得有任何遮擋物，因此這個數據是水位計離墻側壁安裝的zui小距離，如右圖所示。在該范圍內的路邊上，一定有行人或者車輛通過，必然會影響測量的結果，因此該傳感器仍然不適合該環境使用。
　　
　　濰坊金水華禹信息科技有限公司研制的“TC401型數字水位傳感器”（俗稱電子水尺）具有測量精度高，不受環境如溫度、濕度、泥沙、波浪、降雨等因素的影響，安裝時不需要建測井，既可以垂直安裝，也可以傾斜貼壁安裝，還可以沿河道面自下而上階梯安裝。可廣泛應用于江河、湖泊、水庫、水電站、灌區及輸水等水利水電工程中的水位監測，也可用于自來水、城市污水、道路積水等市政工程中的水位監測，特別適合于水文、城市內澇、城市道路積水、灌區渠道等水位變幅不是很大的場合使用。尤其適用于測量精度要求高，水位變幅不大的場合。
　　
　　在城市道路積水防汛監測系統中，*選用該數字水位傳感器。
　　
　　TC401無線電子水尺是由無線端機和電子水尺兩部分集成一體而成，下面就“TC401感應式電子水尺”予以詳細介紹。
　　
　　四.電子水尺部分
　　
　　四.1.電子水尺基本特點
　　
　　1）電子水尺是一種采用先進微處理器芯片為控制器、內置通訊電路的數字式水位傳感器，具備高可靠性及抗干擾性能。
　　
　　2）該產品采用了先進的生產工藝技術，不銹鋼防護外殼，內部用高性能的密封材料進行特殊處理，產品具有防腐、防凍、耐熱、耐老化的特點，可在泥槳、污液和腐蝕性液體、冰凍等多種惡劣的環境中使用，即不受大氣壓力、濕度、含沙量、冰凍等外界因素的影響。
　　
　　3）電子水尺的采樣精度與傳感器的測量體長度無關，不同變幅的電子水尺，其測量精度保持不變，都是1cm。
　　
　　四.2.電子水尺的技術參數
　　
　　參數具體指標備注
　　
　　單元規格0.8cm
　　
　　變幅范圍可由以上不同單元規格自由組合
　　
　　精度1cm（全量程等精度測量）
　　
　　采樣頻率20秒
　　
　　靜態電流≤15mA（160cm傳感器）
　　
　　功耗≤180mW（160cm傳感器）
　　
　　工作溫度-20℃～60℃
　　
　　五.一體化遙測采集器部分
　　
　　一體化遙測采集器是集RTU、GPRS通訊模塊、充電控制器和防雷模塊為一體的智能化遙測終端機，其各項功能使用說明如下：
　　
　　1）自帶GPRS通訊模塊，主/備信道自動切換：主/備信道設置完成后，主信道不通時可以自動切換到備用信道；
　　
　　2）遠程/就地更新軟件：方便用戶維護；
　　
　　3）超低功耗：自報方式≦30uA，值守方式：≦80mA；
　　
　　4）具備現場存儲2個月的數據功能；
　　
　　5）浪涌、雷擊防護：設備內部全都標配有防雷板，有效保護內部設備；
　　
　　6）多種傳感器接口：數字量、模擬量以及雨量脈沖等；
　　
　　7）電池保護、電壓監測與報警。通訊方式用GSM配置完以后，一般用GPRS方式通訊。當GPRS參數配置正確并工作起來后，GPRS就成為主通訊方式，其通訊命令與GSM方式兼容。
　　
　　五.1.設備基本組成
　　
　　基本部件
　　
　　1）通訊模塊（GPRS/GSM）
　　
　　2）太陽能充電控制器
　　
　　3）避雷模塊
　　
　　4）壓鑄鋁殼體
　　
　　五.2.傳感器接口類型
　　
　　接口可連接的采集設備指標說明
　　
　　RS485TC401電子水尺分辨率：1.0cm
　　
　　五.3.通訊接口類型
　　
　　通訊方式方式類別
　　
　　無線GPRS方式/RS485
　　
　　外部接口光電隔離
　　
　　五.4.電源與功耗
　　
　　指標類別指標說明
　　
　　工作電壓DC12V
　　
　　功耗值守方式≦3mA（功耗非常小）
　　
　　五.5.其它指標
　　
　　指標類別指標說明
　　
　　1）工作環境溫度：-20℃～+60℃
　　
　　濕度：95%RH無凝露
　　
　　2）時鐘精度≤30秒/年，可與中心時鐘同步
　　
　　3）平均*時間（MTBF）30000小時
　　
　　六.供電部分
　　
　　設備電源采用：本方案使用市電接入，為了安全起見，采用斷路器，再連接開關電源。市電的應用使得設備工作更加穩定可靠，不懼長時間的陰雨天氣。
　　
　　七.一體式設備管件
　　
　　監測站的所有設備包括模塊、電子水尺可以安裝在本保護管件中，其內材質采用復合材料噴鍍技術。管可以標注字樣，同時側部貼有標簽，注明測站名稱、測站編號、地址等信息。
　　
　　八.結構尺寸
　　
　　八.1.傳感器連接及安裝孔尺寸
　　
　　九.無線電子水尺主要功能菜單
　　
　　十.系統組成
　　
　　十.1.系統組成清單
　　
　　系統序號產品名稱產品型號數量單位長度（米）備注
　　
　　遙
　　
　　測
　　
　　站1無線電子水尺TC4011支0.81cm精度
　　
　　2GPRS模塊HY10181臺——含天線
　　
　　3開關電源220V/12V1塊——
　　
　　4斷路器220V1只——
　　
　　5一體式設備管件1套——根據現場情況
　　
　　6安裝附件設備法蘭等1套——根據現場情況
　　
　　十一.施工具體方案
　　
　　十一.1.中心接收設置調試
　　
　　1）在管理中心，先將由甲方提供的數據VPNSIM卡插入華禹的設備內，并將由甲方提供的VPN信息寫入到設備內。
　　
　　2）華禹將通信協議及通訊接口提供給甲方，由甲方將其添加到甲方的軟件、通訊系統內。
　　
　　3）將需要安裝的所有設備在中心完成模擬發送數據，中心收到正確發送數據，中心設置調試完畢。
　　
　　十一.2.現場施工
　　
　　1）選擇路基條件較好的，地勢平坦的排水口，作為施工地點。安裝地點盡量避免車輛、人員的碰撞、接觸，防止設備被盜損。
　　
　　2）將設備保護的管件連接就位，流出恰當的U型進水口，通過法蘭盤固定于地面。法蘭盤由4顆Φ8膨脹螺栓牢固固定。
　　
　　3）將由甲方提供的供電線路穿入管件，將其接入斷路器，以確保安全生產，斷路器輸出接入快關電源以供設備使用。
　　
　　4）將電子水尺及其設備插入保護管件中，電子水尺垂直插入卡槽之中固定，再將線纜用扎帶固定牢固，用的法蘭盤蓋，通過螺栓固定，現場施工完畢。
　　
　　5）現場安裝的管件外面，標注“依法防汛設施，嚴禁破壞”字樣。
　　
　　6）現場調試設置，通過加水試驗，整點報時等及時測試與中心通訊情況，通訊情況良好則現場施工完畢。
　　
　　十二.部分用戶案例及照片
　　
　　該產品和系統的部分省內外客戶有：
　　
　　1.青島市城建局（2011年道路積水監測9套，2013年11套）
　　
　　2.青島黃島區道路積水檢測（17套）
　　
　　3.煙臺市水文局（2011年道路積水監測10套）
　　
　　4.濱州城市道路積水監測（2012年8套）
　　
　　5.濟南市城市內澇監測（2013年道路積水監測15套）
　　
　　6.桂林城市防汛監測（2013年16站）