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河道降雨量與水位自動監測系統方案

一、設計目的

由于我國的(de)水(shui)(shui)災(zai)(zai)頻發，因此(ci)必須對江(jiang)(jiang)河(he)、水(shui)(shui)庫與(yu)湖泊的(de)水(shui)(shui)位(wei)計(ji)降(jiang)雨(yu)(yu)量(liang)(liang)進行監(jian)(jian)測(ce)(ce)，這種監(jian)(jian)測(ce)(ce)不(bu)但可(ke)為(wei)預防水(shui)(shui)災(zai)(zai)、積極進行防汛決(jue)策提供大(da)量(liang)(liang)可(ke)靠的(de)數(shu)據(ju)及資料，同時(shi)(shi)還可(ke)以為(wei)防洪救(jiu)災(zai)(zai)和(he)保護人(ren)民生(sheng)命財產發揮重要(yao)作用(yong)(yong)(yong)。目前，國內不(bu)少水(shui)(shui)文站監(jian)(jian)測(ce)(ce)水(shui)(shui)位(wei)及降(jiang)雨(yu)(yu)量(liang)(liang)仍采用(yong)(yong)(yong)人(ren)工方式，該(gai)方法不(bu)但存(cun)在(zai)測(ce)(ce)量(liang)(liang)人(ren)員的(de)安全問題(ti)，而且還存(cun)在(zai)測(ce)(ce)量(liang)(liang)數(shu)據(ju)不(bu)準確(que)及時(shi)(shi)效性不(bu)強的(de)問題(ti)。為(wei)了解決(jue)上(shang)述問題(ti)，我司開發了一(yi)套水(shui)(shui)位(wei)與(yu)降(jiang)雨(yu)(yu)量(liang)(liang)監(jian)(jian)測(ce)(ce)系統，此(ci)系統適用(yong)(yong)(yong)于水(shui)(shui)文部門對江(jiang)(jiang)、河(he)、湖泊、水(shui)(shui)庫、渠道等(deng)水(shui)(shui)文參數(shu)進行實(shi)時(shi)(shi)監(jian)(jian)測(ce)(ce)。監(jian)(jian)測(ce)(ce)內容包括：水(shui)(shui)位(wei)、降(jiang)雨(yu)(yu)量(liang)(liang),根(gen)據(ju)客戶(hu)要(yao)求(qiu)可(ke)以擴展(zhan)到(dao)對流(liu)速、流(liu)量(liang)(liang)，水(shui)(shui)質及含沙量(liang)(liang)等(deng)參數(shu)的(de)監(jian)(jian)測(ce)(ce)。水(shui)(shui)位(wei)與(yu)降(jiang)雨(yu)(yu)量(liang)(liang)監(jian)(jian)測(ce)(ce)系統采用(yong)(yong)(yong)無線通訊(xun)方式實(shi)時(shi)(shi)傳(chuan)送監(jian)(jian)測(ce)(ce)數(shu)據(ju)，可(ke)以大(da)大(da)提高水(shui)(shui)文部門的(de)工作效率。

二、系統組成

  水位與(yu)降雨量監(jian)測系統由監(jian)測中心、通(tong)信網絡、采集(ji)設(she)備、測量設(she)備四部分(fen)組成。

1、監測中心：由服務器、公(gong)網專線（或移動專線）、數據(ju)采集軟(ruan)件(jian)組成。

2、通(tong)信網絡(luo)：GPRS。

3、采集設備：采集器、網關、太陽(yang)能組件

4、測(ce)量設備(bei)：雨(yu)量傳感(gan)器、超(chao)聲波水位計(ji)

三、系統工作原理

雨(yu)量(liang)水(shui)位采集(ji)(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)向(xiang)環(huan)境檢測(ce)(ce)/監(jian)控儀器(qi)(qi)(qi)（雨(yu)量(liang)、水(shui)位傳(chuan)感器(qi)(qi)(qi)）發送取數指令，讀取環(huan)境儀器(qi)(qi)(qi)（雨(yu)量(liang)、水(shui)位傳(chuan)感器(qi)(qi)(qi)）數據(ju)發送數據(ju)到采集(ji)(ji)(ji)模塊，通過GPRS傳(chuan)送到遠程服務器(qi)(qi)(qi)，配合(he)后處理(li)軟件可(ke)以(yi)對采集(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)數據(ju)進行分(fen)析，可(ke)以(yi)使監(jian)測(ce)(ce)者實時的(de)(de)(de)獲得真實準確的(de)(de)(de)監(jian)測(ce)(ce)數據(ju)。系(xi)統(tong)可(ke)以(yi)根據(ju)測(ce)(ce)量(liang)環(huan)境自動或(huo)者人工(gong)修改采樣頻率，并(bing)對用戶預設(she)的(de)(de)(de)閾值設(she)置報警信(xin)(xin)息(xi)，報警信(xin)(xin)息(xi)以(yi)短信(xin)(xin)方式發送到管(guan)理(li)人員(yuan)的(de)(de)(de)手機上，管(guan)理(li)人員(yuan)依次判斷是否(fou)發布(bu)預警。以(yi)下是系(xi)統(tong)工(gong)作原理(li)示意圖：

四、系統主要組成

4、1 硬件組成

 系統硬件組(zu)成由翻斗(dou)式雨量傳感器(qi)、超聲波水位傳感器(qi)、太陽能套(tao)件等組(zu)成。

4、1、1 HL-YL系列翻斗式雨量筒(tong)

HL-YL系列雨(yu)量(liang)傳感(gan)器用于觀測自然(ran)界降(jiang)雨(yu)量(liang)，其(qi)性能符合國(guo)家(jia)標(biao)準(zhun) GB/T11832-2002《翻斗式(shi)雨(yu)量(liang)計(ji)》要(yao)求(qiu)，其(qi)核心(xin)部件翻斗采用了三維(wei)流(liu)線型設(she)計(ji)，使翻斗翻水更加(jia)流(liu)暢，且容(rong)易清洗。

特點：

◆ 成本低

◆ 結構簡單、低(di)維護

主要技術參數：

承雨口(kou)尺寸：φ200mm； 刃口(kou)銳角：40o～45 o

分辨力：0.2mm

雨強范圍：0.01mm～4mm/min（允許通過最(zui)大雨強 8mm/min）

測量準確度：≤±3%

供電(dian)電(dian)壓(ya)：12～24V（當(dang)輸出信(xin)號為 0～5V、0～10V，4～20mA 時） 

發訊方式：兩(liang)路干簧管通、斷信號輸出

工作環(huan)境：環(huan)境溫度：10-50℃

相對濕(shi)度：<95%(40℃)

尺(chi)寸：φ216mm×460mm

4、1、2  超聲波水位(wei)傳感器

超聲波水(shui)(shui)位傳感器(qi)，通過向(xiang)目標發射超聲波，并(bing)測量該(gai)脈(mo)沖的(de)返(fan)回時間，從而計算出(chu)水(shui)(shui)位，可(ke)廣泛應用于江河、湖波、海洋(yang)潮(chao)汐和水(shui)(shui)庫等地的(de)水(shui)(shui)位監(jian)測。

特點：

　　◆ 可適用于高腐蝕(shi)性(xing)、高污(wu)染的環(huan)境(jing)

　　◆ 低(di)維護(hu)——無可拆除部件(jian)，有效降低(di)維護(hu)時(shi)間(jian)和成本(ben)

　　◆ 無需(xu)重新校準

　　◆ 低能耗

　　◆ 工作(zuo)溫度范(fan)圍寬（-40℃～+80℃），有著良好的環境適應(ying)性

主要技術參數：

傳感器性能

　　量程：0～10m

　　精度(du)：0.5%～1%

　　分辨(bian)率(lv)：3mm或 0.1%（取(qu)大者）

　　輸(shu)出：4～20mA

防護等級：IP68

4、1、3前(qian)端監控設備

此單(dan)元由數(shu)據采集器、網關及周(zhou)圍設備組(zu)成。

 數據采集模塊

8路標準輸(shu)入：模(mo)擬輸(shu)出式/0-5V/開關量；

2路數字量輸入；

2路脈(mo)沖量輸入：可(ke)接(jie)雨量傳感(gan)器等；

采集精度：12位AD采樣；

通(tong)信(xin)接口：RS485或(huo)無線433MHz(符合(he)ZigBee通(tong)信(xin)協(xie)議)；

無線通(tong)信距離：2km（@空(kong)曠環境）；

供電方式：DC12V

網關

通(tong)信接(jie)口(kou)：RS485，無線433MHz或2.4GHz（支(zhi)持(chi)ZigBee協(xie)議）,遠傳GPRS；支(zhi)持(chi)手機APP配置參數

無線通信距離：2km（@空(kong)曠環境），中(zhong)間可加路由、自(zi)組網；

供電(dian)方式：DC12V

周圍設備

周圍設備包括(kuo)供電模(mo)塊、浪涌模(mo)塊及(ji)保護單(dan)元

供電(dian)(dian)模塊(kuai)保障生態監(jian)測(ce)浮標在海洋環境長期(qi)監(jian)測(ce)的電(dian)(dian)力(li)自供應，滿足各種儀(yi)器設備對電(dian)(dian)力(li)的要求，可滿足連續7天陰雨天有足夠冗余(yu)的電(dian)(dian)量(liang)儲備，供電(dian)(dian)部分采用充電(dian)(dian)控制(zhi)器、太陽(yang)能板及免維修蓄電(dian)(dian)池，整套供電(dian)(dian)系(xi)統(tong)滿足在太陽(yang)能無法正常工作(zuo)時(shi)的電(dian)(dian)量(liang)儲備。

浪涌模塊能屏蔽外來(lai)的尖峰電(dian)流，保證整套系統的正常工作。

保(bao)護單元為一只(zhi)IP66的戶(hu)外(wai)防(fang)水(shui)箱以(yi)及IP68的航空插頭，防(fang)水(shui)箱能(neng)杜絕外(wai)部粉塵及能(neng)承受強烈噴(pen)水(shui)，保(bao)證(zheng)箱內部部件正(zheng)常工作。

五、系統安裝

此系統安裝全部在(zai)(zai)(zai)陸地上進行，不涉及水下作業。安裝方(fang)式一(yi)般為單條(tiao)鍍(du)(du)鋅管固定在(zai)(zai)(zai)河邊，測量儀(yi)器、前端監測設備及供(gong)電單元(yuan)固定在(zai)(zai)(zai)鍍(du)(du)鋅管上；如(ru)果此系統加裝了(le)其(qi)他(ta)儀(yi)器，考慮到以后的維護工作，可以固定3-4條(tiao)鍍(du)(du)鋅管，在(zai)(zai)(zai)頂部做(zuo)一(yi)個(ge)平面。