XX水库水雨情测报系统

一、概况1.1工程简介1.1.1自然概况及洪水情况1.1.2水库工程建设情况1.2工程建设必要性1.3工程建设的可行性水库水雨情自动化检测系统是一种先进的水文气象参数实时采集和传输、处理系统。它应用通信、遥测和计算机等技术手段来完成雨量、水位、流量等各种参数的实时处理，并以其来实现防洪、供水、发电等优化调度，提高水资源的合理开发利用，其经济效益和社会效益是十分显著的。水库自建库以来，水库的管理人员具备了丰富的水库管理、运行经验，通过各种手段积累了大量水库流域内的水情资料，这些水情资料为建设系统提供最基本的数据依据。我国从七十年代末开始建设水情自动测报系统和闸门监控系统，目前技术已经成熟。特别是进十年来，我国大中型的洪水调度系统的建设已逐步普及，使得水库洪水预报、实时预报及水库洪水调度自动化技术得到了迅速发展，并日成熟。流域雨水情信息采集及传输系统、数据处理及中心控制系统的硬件设备、传感器等的生产步入规范化和定型化阶段，设备故障率极低。综上所述，为了确保XX水库防汛的安全运行，提高管理质量，充分发掘水资源的潜力，进—步提高流域内水库的经济效益和社会效益，建设XX水库水雨情自动化监测系统是可行的。二、总体设计2.1目标任务2.1.1目标遵照国家防汛抗旱总指挥部印发的《水库洪水调度系统设计与开发规则》及《水情自动测报系统规范》，根据全国防汛指挥系统和水利信息化建设要求，水库水雨情自动画监测系统的设计目标是：建成“先进、实用、可靠、统一、可扩展”的水雨情自动化监测系统，在国内具有领先水平。建成的洪水调度系统应具有下列功能：●野外遥测站为无人值守站，全天候工作，具有良好的防雷能力；●系统设备结构简单、维护方便、性能先进、可靠性高、省电定型产品；●实时采集、传输、接收各遥测站的水情信息，并实现实时动态显示；●用计算机网络系统实现实时数据处理，在线实时水雨情测报；●利用计算机网络系统通过Internet/Intranet向主管部门发送水情数据、传递水情信息；2.1.2任务2.1.2.1水情自动遥测系统1.遥测站网规划：主要依照《水情自动测报系统规范（SL61-94）》和《水情站网规划技术导则（SL34-92）》的规定和XX水库建设水库洪水调度系统的要求，结合流域的自然地理情况，进行站网规划。2.站网设计：应按照国家防汛抗旱总指挥部1999年8月制定的“水库洪水调度系统设计与开发规则”，结合流域的自然地理情况，在满足水库洪水调度、洪水预报精度、预见期的要求下，合理进行站网设计。3.通信电路设计：通信设计应满足实时、可靠、准确、方便地传输水情数据的要求。通信电路的质量应保证在99％的时间内，数据传输的误码率不大于1×10-4。4.站网防雷设计：水库流域地处山区防雷设计是保证遥测站运行可靠重要手段，也是可靠性重要指标。2.1.2.2水库环境视频监测系统1.水库环境视频监测系统具有功能：实时监测水库被监测范围内环境情况，实时监测水库水位变化其情况。2.水库环境视频监测系统应能通过INTERNET/INTRANET网络系统或电信公众网传输其它汛情数据信息，达到资源共享。2.1.2.3信息化网络系统信息化网络系统的主要功能：信息化网络系统管理，数据库管理，各种数据传输与交换管理，资源共享，办公自动化管理，等其它管理功能。2.2设计依据水库水雨情自动监测系统自动化系统设计应遵循以下规范、规程的要求：SL61-94《水情自动化测报系统规范》；DL/T5051-1996《水情自动测报系统设计规定》；SL34-92《水文站、网规划技术导则》；SL/T102-1995《水情自动测报系统设备基本技术条件》；SL/T180-1996《水情自动测报系统设备遥测终端机》；SL/T181-1996《水情自动测报系统设备中继机》；SL/T182-1996《水情自动测报系统设备前置通信控制中心》；SL199-97《水情自动测报系统通信电路设计规定》；国家防汛抗旱总指挥部1999年8月制定的“水库洪水调度系统设计与开发规则”；国家防汛指挥系统总体规划和设计纲要；全国水利信息化规划大纲。2.3系统总体结构2.3.1系统组成XX水库水雨情自动化监测系统总体构架拟采用10/100M快速以太网技术，WINDOWS2000网络操作平台，以Client\Server方式组建信息化网络系统，为实现全管理处LAN和WAN网络服务平台提供基础条件，为建设XX水库数据库系统、雨水情自动遥测系统、视频监测系统系统等提供先进、实用、稳定、可靠的网络体系，实现资源共享，大大提高水库管理水平，最大限度地发挥水资源的效益，促进经济社会的可持续发展。系统结构如图2-1所示。2.3.2系统功能2.3.2.1水雨情自动测报系统水情自动测报系统主要功能：在水库流域内形成一个能控制流域降雨时空分布特性的遥测信息采集网络，利用各种通信方式实时地自动完成流域内水雨情信息采集、传输到中心站，并将采集水雨情信息通过局域网络存入数据库。2.3.2.2视频监测系统视频监测系统的主要功能：实时监测被监测范围内的环境情况、水库水位变化情况等，防止人为蓄意破坏水库相关设施，减轻工作人员工作量，通过网络通信系统将监测实时画面传送到上级防汛调度指挥中心，为防汛调度决策提供参考。2.3.2.3信息化网络系统信息化网络系统的主要功能：为流域内水雨情信息采集、视频监测系统、数据库管理、办公自动化等提供一个数据平台。信息化网络中心自动测报系统网络管理系统办公自动化系统相关系统应用系统数据库系统图2-1XX水库网络系统总体结构视频监测系统2.3.3系统结构2.3.3.1自动测报系统水库水情自动测报系统是一种先进的水情气象参数实时采集和传输系统，主要包含有自动雨量计、自动水位计、遥测数传仪、通信设备、中心控制仪、计算机工作站等组成，如图2-2所示。通信设备通信设备遥测数传仪中心控制仪太阳能电池中心站配电自动水位计自动雨量计计算机工作站信息化网络中心图2-2水情自动测报系统结构公共通信网2.3.3.2视频监测系统系统视频监控系统结构如图2-3所示，主要包括摄像设备、视频服务器、控制设备、传输设备及监控中心设备等。系统以传输网络为平台，以摄像设备为基础，以计算机网络为工具，通过人机交互操作，实现水库监测对象的实时数据传输。视频监测系统具有主要功能：1．实时、动态的监测被监控对象；2．对监控图像进行本地/远程录像，回放、检索；3．远程控制云台；4．系统的信息传递和图像、数据显示功能。2.3.3.3信息化网络系统信息化网络系统主要包含核心交换机、中心服务器、数据库、系统管理中心、低端交换机、路由器等。该系统主要为洪水调度、雨水情测报、信息传递提供运行平台。2.3.3.4相关系统相关系统是指洪水自动化调度系统、水情自动遥测系统外的系统，大坝安全监测系统、电视监控系统、办公自动化系统等，均可进入信息化网络系统中心的系统。2.4本设计范围本设计范围主要完成水情自动化测报系统、视频监控系统、信息化网络系统。图2-4水库信息化网络系统拓扑结构数据采集终端服务器网络交换机路由器卫星地面站用户工作站省市防汛网络三、水情测报通信组网设计3.1组网原则XX水库水情测报通信组网应遵循以下原则：●通信设计应满足实时、可靠、准确、方便地传输水情数据的要求。●通信电路的质量应保证在99％的时间内，数据传输的误码率不大于1×10-4。●选择具有高可靠性的工作体制。●通信组网方案应满足遥测水情(水位)站位置不变。遥测雨量站位置原则上不变的要求，并应尽量减少中继站数目及中继级数，使系统结构简单合理实用可靠。站点的选择力求安装、运行维护及看管方便。●通信设备应选用技术先进，经济实用，经鉴定合格，质量上乘的产品。●遥测水情站网设计应满足水库洪水调度、洪水预报精度、预见期的要求。3.2测报系统站点选择依据《水情自动测报系统规范（SL61-94）》和《水情站网规划导则（SL34-92）》的规定和XX水库洪水调度系统的要求，在水库流域内形成一个能控制流域降雨时空分布特性和水库各种来水情况的信息采集网络，结合流域的自然地理情况，在满足水库洪水调度、洪水预报精度、预见期的前提下，XX水库遥测水情站点的选择通过反复论证，拟确定雨量站5座；水位站4座；分中心站1个，中心站1个。3.3通信方式选择水情测报系统目前采用的通信方式有超短波、卫星、短波、有线通信GSM（CDMA）短消息等五种方式。3.3.1五种通信方式的性能比较3.3.1.1超短波通信超短波通信是采用超短波230MHZ频段组网，该频段是国家无线电管理委员会指定的数据传输专用频段。超短波通信方式的优点是：信号传输比较稳定，质量较好，又具有一定的绕射能力，是我国目前水情自动测报系统中应用最多，技术上也较成熟的通信方式。超短波通信方式的缺点是：传播距离较近，受地形限制，在山地通信时需设置中继站。3.3.1.2卫星通信近几年，通信卫星VAST系统、Inmarset-C海事卫星及神州天鸿卫星通信系统在水情自动测报系统应用也日趋增多，而且也日趋成熟，是未来水情测报的一大发展方向。卫星通信方式的优点是：传输质量最好，传输距离不受限制，覆盖面积大，受地形、气候的影响小，组网灵活。设备的抗雷击能力强。卫星通信方式的缺点：神州天鸿卫星通信系统和Inmarset-C海事卫星通信系统在收费上采取使用时收费，不使用时不收费的方式，但依然有较高的使用成本，而且系统天线仰角较低，在某些陡峭的山脚下，建站有困难。通信卫星VAST系统设备体积较大，功耗大，系统建设成本高，且不利于维护管理。3.3.1.3短波通信短波通信是利用短波在电离层的反射来进行的通信。短波通信方式的优点是：传播距离较远，受地形限制较少，投资少，建设快，抗破坏能力强。短波通信方式的缺点：受电离层、气候的影响，通信质量差，信道稳定性差。3.3.1.4PSTN系统PSTN（PublicSwitchingTelephoneNetwork）遥测报汛网络系统是近年来在水情和其他部门迅速崛起的－种具有高可靠性、组网灵活、成本低、维护方便等优势的新型通信传输手段。但由于系统运行通话费用较高，运行成本高，而且发送数据间隔较长，不能及时实时地反映上游的水雨情，也不能真正做到水库调度自动化。3.3.1.5GSM（CDMA）短消息系统GSM（CDMA）短消息是电信部门向用户提供的一种数字通信资源，是一种无线通信公网。水利上主要是使用GSM（CDMA）短消息系统的短消息平台进行组网。点对点的短消息业务是由短消息业务中心完成存储和前转功能的，短消息发送到短消息中心后，先存储在短消息服务器上，然后再转发到接收机上。利用短信息平台组网，具有以下优势：系统响应速度快，传输时效好，信道稳定可靠。系统容量较大，可传输的数据量较大。信息量限制为140个字节(7比特编码，160个字符)。GSM（CDMA）信道无需中继，即可用于无线远程传输，加上它属于双向通信，可方便地实施远程控制，所以组网十分灵活。GSM（CDMA）系统设备体积小、重量轻、功耗低。由于不需要架设室外天线，安装方便，一次性建设投资少，维护管理简单，运行费用较低。3.3.2通信方式的选择从上述对比分析可见：对于XX水库水雨情自动化监测系统而言，卫星通讯虽优点多但运行成本相对较高，短波通信虽廉但质量太差，超短波需要建设中继站，而在水库流域范围基本上都有GSM或CDMA手机信号覆盖，所以我们建议在本系统中我们认为使用GSM（CDMA）短消息通信方式为最佳方案。四、水情测报信息传输设计4.1信息传输设计原则XX水库自动测报信息传输设计必须遵循以如下设计原则：◆传输设计应满足实时、可靠、准确、方便地传输水情数据的要求。◆传输电路的质量应保证在99％的时间内，数据传输的误码率不大于1×10-4。◆选择具有高可靠性的工作体制。4.2信息传输工作体制选择目前，水情自动测报系统信息传输体制基本上分为自报式和应答式两种方式。4.2.1两种体制的工作方式自报方式：当水情发生一个计量单位的变化时，(即雨量变化1mm，水位变化1cm)，遥测站实时自动采集存贮，并立即向中心站发送这些数据。这种方式