城市道路积水防汛监测系统
　　
　　实施方案
　　
　　（电子水尺应用）
　　
　　潍坊金水华禹信息技术有限公司
　　
　　2013.11.19
　　
　　目录
　　
　　一.前言3
　　
　　二.城市道路积水防汛监测系统简介3
　　
　　三.水位传感器的对比选择5
　　
　　四.电子水尺部分6
　　
　　4.1.电子水尺基本特点6
　　
　　4.2.电子水尺的技术参数6
　　
　　五.一体化遥测采集器部分6
　　
　　5.1.设备基本组成7
　　
　　5.2.传感器接口类型7
　　
　　5.3.通讯接口类型7
　　
　　5.4.电源与功耗7
　　
　　5.5.其它指标7
　　
　　六.供电部分8
　　
　　七.一体式设备管件8
　　
　　八.结构尺寸8
　　
　　8.1.传感器连接及安装孔尺寸8
　　
　　九.无线电子水尺主要功能菜单8
　　
　　十.系统组成8
　　
　　10.1.系统组成清单8
　　
　　十一.施工具体方案9
　　
　　11.1.中心接收设置9
　　
　　11.2.现场施工9
　　
　　十二.部分用户案例及照片10
　　
　　城市道路积水防汛监测系统方案（电子水尺）
　　
　　一.前言
　　
　　随着我国经济社会的不断发展，伴随着城市化运动的不断加剧，城市的建设也在突飞猛进地高速发展，城市圈也在已经不断扩大。为了缓解交通压力和保证出行的畅通，许多城市建设了不少的立交桥和下穿隧道。
　　
　　近年来，由强降雨引起的城市下穿隧道及立交桥下低洼处存在大量积水的现象时有发生，且有愈演愈烈的趋势。在我国南方多雨的城市，积水有时竟然高达三米以上，且长时间不能及时排走，给人们的出行带来了很大的不便，严重时竟引发行人的死亡和失踪事件……尤其是2012年7月21日北京市区内的大暴雨，让全国人民记忆犹新……。
　　
　　“城市观海”的现象已经引起党中央、国务院的高度重视。国务院于9月中旬印发《关于加强城市基础设施建设的意见》，《意见》要求加强城市排水防涝防洪设施建设，用5～10年时间确实解决城市内涝的严重问题。为此，城市道路积水防汛监测系统的建设极为必要，尤其是下穿隧道、低洼地带的积水监测。城市道路积水防汛监测系统即可以为决策机构的领导提供道路积水的实时信息，也为市政排水调度管理机构提供数据，还可以通过广播、电视、手机等媒体为广大老百姓提供出行指南。
　　
　　二.城市道路积水防汛监测系统简介
　　
　　道路积水防汛监测系统主要对道路低洼地带、下穿隧道等积水点进行实时的水位监测，系统一般由中心站和遥测站（监测站）组成。
　　
　　遥测站（监测站）一般选在一下雨就积水的地点，主要功能是监测各个积水点的实时水位数据，并定时上报至中心站。
　　
　　中心站一般设在相应的管理机构（如市政设施处、排水处、市防办、水文局、气象局等）的机房，通过相应的应用软件，接收并处理由遥测站发来的数据，根据需要给决策者提供相应的技术信息。系统的拓扑图如下：
　　
　　三.水位传感器的对比选择
　　
　　目前zui常用水位的传感器，按测量方式大致可分为机械浮子式、超声波式、压力式、气泡式、雷达等多种形式，它们各有优缺点。
　　
　　机械浮子式和光电浮子式都是来用机械齿轮减速产生进位和退位的办法来形成编码，为了产生可靠编码，一般都用格雷码输出，量程变化范围大，可以高达到80米。优点：原理简单、误差来源少、价格相对较低。缺点：机械加工复杂、运行阻力大、使用寿命短，土建成本相对较高。在城市道路积水防汛监测系统中，该传感器显然不适用那样的环境。
　　
　　超声波液位计是通过探测自身发出的超声波被液面反射后的信号换算液/物面位置的。它是一种非接触式传感器，特别适用于温度变化较小、水面比较平稳、波浪比较小的场合。超声波对反射目标有一定的要求，受环境因素影响较大，其误差较大。优点：与介质无直接接触，耐腐蚀性强，安装简便，易维护。缺点：超声波受传输媒介的气体成分和容器几何结构特性影响较大，不适用于有气泡或悬浮物的介质；容易受电磁波干扰，精度一般，在野外使用经常会出现数据跳变现象，目前在室外已基本淘汰。该传感器仍然不适用于城市道路积水监测那样的环境。
　　
　　压力式水位计安装简单，一般要求被测介质较为干净。在道路积水监测中，其透水池一定会被泥沙淤积而失效。气泡式水位计实际上也是一种压力式水位计，它是通过气源从容器底部向介质内充气。供气系统内的吹气压力只有与容器底部的液体静压平衡时，气体才会从气管内进入容器形成气泡。这时测量供气系统内的气压可换算出测量点的静压，进而得到液位值。优点：耐腐蚀性强；能够测量高温介质。缺点：安装过程复杂，成本较高，维护费用较大。该传感器同样不适用于城市道路积水监测那样的环境。
　　
　　雷达水位计也是一种非接触式传感器，它通过探测自身发出的微波（波长很短的电磁波）被液面反射后的信息换算液/物面位置。优点：温度、湿度、雾等外界自然因素对其影响比较小，且测量精度较高，安装简单；可以测量压力容器内液位，可以忽略高温、高压、结垢和冷凝物的影响；与介质无直接接触；耐腐蚀性强；可在真空环境中使用。缺点：价格昂贵；受容器几何结构和材料特性影响；易受电磁波干扰。在城市道路积水防汛监测系统中，路桥的高度一般在3.5～4.0米之间，雷达水位计的波束一般在12º～15º，被测量平面的直径在0.914～1.049米之间，在这个范围内不得有任何遮挡物，因此这个数据是水位计离墙侧壁安装的zui小距离，如右图所示。在该范围内的路边上，一定有行人或者车辆通过，必然会影响测量的结果，因此该传感器仍然不适合该环境使用。
　　
　　潍坊金水华禹信息科技有限公司研制的“TC401型数字水位传感器”（俗称电子水尺）具有测量精度高，不受环境如温度、湿度、泥沙、波浪、降雨等因素的影响，安装时不需要建测井，既可以垂直安装，也可以倾斜贴壁安装，还可以沿河道面自下而上阶梯安装。可广泛应用于江河、湖泊、水库、水电站、灌区及输水等水利水电工程中的水位监测，也可用于自来水、城市污水、道路积水等市政工程中的水位监测，特别适合于水文、城市内涝、城市道路积水、灌区渠道等水位变幅不是很大的场合使用。尤其适用于测量精度要求高，水位变幅不大的场合。
　　
　　在城市道路积水防汛监测系统中，*选用该数字水位传感器。
　　
　　TC401无线电子水尺是由无线端机和电子水尺两部分集成一体而成，下面就“TC401感应式电子水尺”予以详细介绍。
　　
　　四.电子水尺部分
　　
　　四.1.电子水尺基本特点
　　
　　1）电子水尺是一种采用先进微处理器芯片为控制器、内置通讯电路的数字式水位传感器，具备高可靠性及抗干扰性能。
　　
　　2）该产品采用了先进的生产工艺技术，不锈钢防护外壳，内部用高性能的密封材料进行特殊处理，产品具有防腐、防冻、耐热、耐老化的特点，可在泥桨、污液和腐蚀性液体、冰冻等多种恶劣的环境中使用，即不受大气压力、湿度、含沙量、冰冻等外界因素的影响。
　　
　　3）电子水尺的采样精度与传感器的测量体长度无关，不同变幅的电子水尺，其测量精度保持不变，都是1cm。
　　
　　四.2.电子水尺的技术参数
　　
　　参数具体指标备注
　　
　　单元规格0.8cm
　　
　　变幅范围可由以上不同单元规格自由组合
　　
　　精度1cm（全量程等精度测量）
　　
　　采样频率20秒
　　
　　静态电流≤15mA（160cm传感器）
　　
　　功耗≤180mW（160cm传感器）
　　
　　工作温度-20℃～60℃
　　
　　五.一体化遥测采集器部分
　　
　　一体化遥测采集器是集RTU、GPRS通讯模块、充电控制器和防雷模块为一体的智能化遥测终端机，其各项功能使用说明如下：
　　
　　1）自带GPRS通讯模块，主/备信道自动切换：主/备信道设置完成后，主信道不通时可以自动切换到备用信道；
　　
　　2）远程/就地更新软件：方便用户维护；
　　
　　3）超低功耗：自报方式≦30uA，值守方式：≦80mA；
　　
　　4）具备现场存储2个月的数据功能；
　　
　　5）浪涌、雷击防护：设备内部全都标配有防雷板，有效保护内部设备；
　　
　　6）多种传感器接口：数字量、模拟量以及雨量脉冲等；
　　
　　7）电池保护、电压监测与报警。通讯方式用GSM配置完以后，一般用GPRS方式通讯。当GPRS参数配置正确并工作起来后，GPRS就成为主通讯方式，其通讯命令与GSM方式兼容。
　　
　　五.1.设备基本组成
　　
　　基本部件
　　
　　1）通讯模块（GPRS/GSM）
　　
　　2）太阳能充电控制器
　　
　　3）避雷模块
　　
　　4）压铸铝壳体
　　
　　五.2.传感器接口类型
　　
　　接口可连接的采集设备指标说明
　　
　　RS485TC401电子水尺分辨率：1.0cm
　　
　　五.3.通讯接口类型
　　
　　通讯方式方式类别
　　
　　无线GPRS方式/RS485
　　
　　外部接口光电隔离
　　
　　五.4.电源与功耗
　　
　　指标类别指标说明
　　
　　工作电压DC12V
　　
　　功耗值守方式≦3mA（功耗非常小）
　　
　　五.5.其它指标
　　
　　指标类别指标说明
　　
　　1）工作环境温度：-20℃～+60℃
　　
　　湿度：95%RH无凝露
　　
　　2）时钟精度≤30秒/年，可与中心时钟同步
　　
　　3）平均*时间（MTBF）30000小时
　　
　　六.供电部分
　　
　　设备电源采用：本方案使用市电接入，为了安全起见，采用断路器，再连接开关电源。市电的应用使得设备工作更加稳定可靠，不惧长时间的阴雨天气。
　　
　　七.一体式设备管件
　　
　　监测站的所有设备包括模块、电子水尺可以安装在本保护管件中，其内材质采用复合材料喷镀技术。管可以标注字样，同时侧部贴有标签，注明测站名称、测站编号、地址等信息。
　　
　　八.结构尺寸
　　
　　八.1.传感器连接及安装孔尺寸
　　
　　九.无线电子水尺主要功能菜单
　　
　　十.系统组成
　　
　　十.1.系统组成清单
　　
　　系统序号产品名称产品型号数量单位长度（米）备注
　　
　　遥
　　
　　测
　　
　　站1无线电子水尺TC4011支0.81cm精度
　　
　　2GPRS模块HY10181台——含天线
　　
　　3开关电源220V/12V1块——
　　
　　4断路器220V1只——
　　
　　5一体式设备管件1套——根据现场情况
　　
　　6安装附件设备法兰等1套——根据现场情况
　　
　　十一.施工具体方案
　　
　　十一.1.中心接收设置调试
　　
　　1）在管理中心，先将由甲方提供的数据VPNSIM卡插入华禹的设备内，并将由甲方提供的VPN信息写入到设备内。
　　
　　2）华禹将通信协议及通讯接口提供给甲方，由甲方将其添加到甲方的软件、通讯系统内。
　　
　　3）将需要安装的所有设备在中心完成模拟发送数据，中心收到正确发送数据，中心设置调试完毕。
　　
　　十一.2.现场施工
　　
　　1）选择路基条件较好的，地势平坦的排水口，作为施工地点。安装地点尽量避免车辆、人员的碰撞、接触，防止设备被盗损。
　　
　　2）将设备保护的管件连接就位，流出恰当的U型进水口，通过法兰盘固定于地面。法兰盘由4颗Φ8膨胀螺栓牢固固定。
　　
　　3）将由甲方提供的供电线路穿入管件，将其接入断路器，以确保安全生产，断路器输出接入快关电源以供设备使用。
　　
　　4）将电子水尺及其设备插入保护管件中，电子水尺垂直插入卡槽之中固定，再将线缆用扎带固定牢固，用的法兰盘盖，通过螺栓固定，现场施工完毕。
　　
　　5）现场安装的管件外面，标注“依法防汛设施，严禁破坏”字样。
　　
　　6）现场调试设置，通过加水试验，整点报时等及时测试与中心通讯情况，通讯情况良好则现场施工完毕。
　　
　　十二.部分用户案例及照片
　　
　　该产品和系统的部分省内外客户有：
　　
　　1.青岛市城建局（2011年道路积水监测9套，2013年11套）
　　
　　2.青岛黄岛区道路积水检测（17套）
　　
　　3.烟台市水文局（2011年道路积水监测10套）
　　
　　4.滨州城市道路积水监测（2012年8套）
　　
　　5.济南市城市内涝监测（2013年道路积水监测15套）
　　
　　6.桂林城市防汛监测（2013年16站）