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　　城市道路積水防汛監(jiān)測系統(tǒng)
　　
　　實施方案
　　
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　　濰坊金水華禹信息技術(shù)有限公司
　　
　　2013.11.19
　　
　　目錄
　　
　　一.前言3
　　
　　二.城市道路積水防汛監(jiān)測系統(tǒng)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(shù)參數(shù)6
　　
　　五.一體化遙測采集器部分6
　　
　　5.1.設(shè)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(shè)備管件8
　　
　　八.結(jié)構(gòu)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(tǒng)組成8
　　
　　10.1.系統(tǒng)組成清單8
　　
　　十一.施工具體方案9
　　
　　11.1.中心接收設(shè)置9
　　
　　11.2.現(xiàn)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(jiān)測系統(tǒng)方案（電子水尺）
　　
　　一.前言
　　
　　隨著我國經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展，伴隨著城市化運動的不斷加劇，城市的建設(shè)也在突飛猛進地高速發(fā)展，城市圈也在已經(jīng)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(shè)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(xiàn)象時有發(fā)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(fā)行人的死亡和失蹤事件……尤其是2012年7月21日北京市區(qū)內(nèi)的大暴雨，讓全國人民記憶猶新……。
　　
　　“城市觀海”的現(xiàn)象已經(jīng)引起黨中央、國務(wù)院的高度重視。國務(wù)院于9月中旬印發(fā)《關(guān)于加強城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的意見》，《意見》要求加強城市排水防澇防洪設(shè)施建設(shè)，用5～10年時間確實解決城市內(nèi)澇的嚴重問題。為此，城市道路積水防汛監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)極為必要，尤其是下穿隧道、低洼地帶的積水監(jiān)測。城市道路積水防汛監(jiān)測系統(tǒng)即可以為決策機構(gòu)的領(lǐng)導(dǎo)提供道路積水的實時信息，也為市政排水調(diào)度管理機構(gòu)提供數(shù)據(jù)，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(jiān)測系統(tǒng)簡介
　　
　　道路積水防汛監(jiān)測系統(tǒng)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(jiān)測，系統(tǒng)一般由中心站和遙測站（監(jiān)測站）組成。
　　
　　遙測站（監(jiān)測站）一般選在一下雨就積水的地點，主要功能是監(jiān)測各個積水點的實時水位數(shù)據(jù)，并定時上報至中心站。
　　
　　中心站一般設(shè)在相應(yīng)的管理機構(gòu)（如市政設(shè)施處、排水處、市防辦、水文局、氣象局等）的機房，通過相應(yīng)的應(yīng)用軟件，接收并處理由遙測站發(fā)來的數(shù)據(jù)，根據(jù)需要給決策者提供相應(yīng)的技術(shù)信息。系統(tǒng)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(yōu)缺點。
　　
　　機械浮子式和光電浮子式都是來用機械齒輪減速產(chǎn)生進位和退位的辦法來形成編碼，為了產(chǎn)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(yōu)點：原理簡單、誤差來源少、價格相對較低。缺點：機械加工復(fù)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(jiān)測系統(tǒng)中，該傳感器顯然不適用那樣的環(huán)境。
　　
　　超聲波液位計是通過探測自身發(fā)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(wěn)、波浪比較小的場合。超聲波對反射目標有一定的要求，受環(huán)境因素影響較大，其誤差較大。優(yōu)點：與介質(zhì)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(jié)構(gòu)特性影響較大，不適用于有氣泡或懸浮物的介質(zhì)；容易受電磁波干擾，精度一般，在野外使用經(jīng)常會出現(xiàn)數(shù)據(jù)跳變現(xiàn)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(jiān)測那樣的環(huán)境。
　　
　　壓力式水位計安裝簡單，一般要求被測介質(zhì)較為干凈。在道路積水監(jiān)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(zhì)內(nèi)充氣。供氣系統(tǒng)內(nèi)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(nèi)進入容器形成氣泡。這時測量供氣系統(tǒng)內(nèi)的氣壓可換算出測量點的靜壓，進而得到液位值。優(yōu)點：耐腐蝕性強；能夠測量高溫介質(zhì)。缺點：安裝過程復(fù)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(jiān)測那樣的環(huán)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(fā)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(yōu)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(nèi)液位，可以忽略高溫、高壓、結(jié)垢和冷凝物的影響；與介質(zhì)無直接接觸；耐腐蝕性強；可在真空環(huán)境中使用。缺點：價格昂貴；受容器幾何結(jié)構(gòu)和材料特性影響；易受電磁波干擾。在城市道路積水防汛監(jiān)測系統(tǒng)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(nèi)不得有任何遮擋物，因此這個數(shù)據(jù)是水位計離墻側(cè)壁安裝的zui小距離，如右圖所示。在該范圍內(nèi)的路邊上，一定有行人或者車輛通過，必然會影響測量的結(jié)果，因此該傳感器仍然不適合該環(huán)境使用。
　　
　　濰坊金水華禹信息科技有限公司研制的“TC401型數(shù)字水位傳感器”（俗稱電子水尺）具有測量精度高，不受環(huán)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(yīng)用于江河、湖泊、水庫、水電站、灌區(qū)及輸水等水利水電工程中的水位監(jiān)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(jiān)測，特別適合于水文、城市內(nèi)澇、城市道路積水、灌區(qū)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(jiān)測系統(tǒng)中，*選用該數(shù)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(yīng)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(nèi)置通訊電路的數(shù)字式水位傳感器，具備高可靠性及抗干擾性能。
　　
　　2）該產(chǎn)品采用了先進的生產(chǎn)工藝技術(shù)，不銹鋼防護外殼，內(nèi)部用高性能的密封材料進行特殊處理，產(chǎn)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(huán)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(guān)，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(shù)參數(shù)
　　
　　參數(shù)具體指標備注
　　
　　單元規(guī)格0.8cm
　　
　　變幅范圍可由以上不同單元規(guī)格自由組合
　　
　　精度1cm（全量程等精度測量）
　　
　　采樣頻率20秒
　　
　　靜態(tài)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(shè)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(xiàn)場存儲2個月的數(shù)據(jù)功能；
　　
　　5）浪涌、雷擊防護：設(shè)備內(nèi)部全都標配有防雷板，有效保護內(nèi)部設(shè)備；
　　
　　6）多種傳感器接口：數(shù)字量、模擬量以及雨量脈沖等；
　　
　　7）電池保護、電壓監(jiān)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(shù)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(shè)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(shè)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?。?br />　　
　　五.5.其它指標
　　
　　指標類別指標說明
　　
　　1）工作環(huán)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(shè)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(guān)電源。市電的應(yīng)用使得設(shè)備工作更加穩(wěn)定可靠，不懼長時間的陰雨天氣。
　　
　　七.一體式設(shè)備管件
　　
　　監(jiān)測站的所有設(shè)備包括模塊、電子水尺可以安裝在本保護管件中，其內(nèi)材質(zhì)采用復(fù)合材料噴鍍技術(shù)。管可以標注字樣，同時側(cè)部貼有標簽，注明測站名稱、測站編號、地址等信息。
　　
　　八.結(jié)構(gòu)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(tǒng)組成
　　
　　十.1.系統(tǒng)組成清單
　　
　　系統(tǒng)序號產(chǎn)品名稱產(chǎn)品型號數(shù)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(guān)電源220V/12V1塊——
　　
　　4斷路器220V1只——
　　
　　5一體式設(shè)備管件1套——根據(jù)現(xiàn)場情況
　　
　　6安裝附件設(shè)備法蘭等1套——根據(jù)現(xiàn)場情況
　　
　　十一.施工具體方案
　　
　　十一.1.中心接收設(shè)置調(diào)試
　　
　　1）在管理中心，先將由甲方提供的數(shù)據(jù)VPNSIM卡插入華禹的設(shè)備內(nèi)，并將由甲方提供的VPN信息寫入到設(shè)備內(nèi)。
　　
　　2）華禹將通信協(xié)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(tǒng)內(nèi)。
　　
　　3）將需要安裝的所有設(shè)備在中心完成模擬發(fā)送數(shù)據(jù)，中心收到正確發(fā)送數(shù)據(jù)，中心設(shè)置調(diào)試完畢。
　　
　　十一.2.現(xiàn)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(shè)備被盜損。
　　
　　2）將設(shè)備保護的管件連接就位，流出恰當?shù)腢型進水口，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(chǎn)，斷路器輸出接入快關(guān)電源以供設(shè)備使用。
　　
　　4）將電子水尺及其設(shè)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(xiàn)場施工完畢。
　　
　　5）現(xiàn)場安裝的管件外面，標注“依法防汛設(shè)施，嚴禁破壞”字樣。
　　
　　6）現(xiàn)場調(diào)試設(shè)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(xiàn)場施工完畢。
　　
　　十二.部分用戶案例及照片
　　
　　該產(chǎn)品和系統(tǒng)的部分省內(nèi)外客戶有：
　　
　　1.青島市城建局（2011年道路積水監(jiān)測9套，2013年11套）
　　
　　2.青島黃島區(qū)道路積水檢測（17套）
　　
　　3.煙臺市水文局（2011年道路積水監(jiān)測10套）
　　
　　4.濱州城市道路積水監(jiān)測（2012年8套）
　　
　　5.濟南市城市內(nèi)澇監(jiān)測（2013年道路積水監(jiān)測15套）
　　
　　6.桂林城市防汛監(jiān)測（2013年16站）