2.12 水情自动测报系统

2.12.1  水情自动测报系统

水情自动测报系统的站网由遥测站、集合转发站、分中心站和中心站组成。遥测站又分为水文（位）站、雨量站和遥测水位雨量站等。

本系统包含有：雨量站16处，水位站6处，遥测水位雨量站2处，集合转发站1处，分中心站3处和中心站1处。已建成的站点有：雨量站7处，水位站3处，分中心站3处。本次新建的站点数量：中心站1处、集合转发站1处、雨量站9处，遥测水位雨量站2处，水位站3处。

新建站点如下：

中心站1处：在莲花水库库区综合管理楼三层设中心站（靠近中控室）。

集合转发站1处：根据站点分布及地形、交通等情况，在虎头山高山上设中继站，即可完成整个系统合并转发任务。

雨量站9处：分别为垵柄、张溪、西洋、上陵、后坝、后埔、新圩、布塘、五显。

遥测水位雨量站2处，分别为云洋（入库站）、莲花水库坝头。

水位站3处，分别为莲花水库坝下、溪东地、田洋（西溪）。

系统主要功能：

1）数据采集功能：各遥测站为无人值班，自动或由上级站发送命令，启动遥测站执行采集任务，采集雨量、水位等信息，实时数据经过检错、纠错、编码和调制后，通过无线电通道送往（分）中心站，采集任务完毕后，自动关机。遥测站的这些任务由一台单片计算机完成。

2）数据处理功能：（分）中心站的计算机对于采集到的信息进行实时处理、计算出时段雨量（0.5h、1h、3h、6h、24h）累加雨量、日雨量和全流域时段平均降雨量。

数据显示和记录功能：在水情测报（分）中心站，显示器可以显示过去的、现在的和将来的状况。当某些水文参数超过预定限值时，可以执行报警任务，显示各站的雨量、水位等，可以显示各种时段值和累加值，并可与基准值比较。水文信息的记录，分为正常记录和异常记录。正常记录为定时工作方式，按预定时间段，将水情数据及计算结果自动记录；也可以按值班人员要求，随机将当前一时间段的结果打印出来。异常记录为记录发生异常状态内容、发生时刻及恢复时刻，一般是在屏幕显示器报警时进行此项记录。记录设备可采取打印或硬拷贝装置。

3）水文遥测站功能 ：具备水位、雨量自动采集功能，应能自动采集到水位计1cm的水位变化值和1mm的降雨量；水位采样间隔可编程设置，并具有数字滤波功能；具备定时自报功能，按预先设置的定时时间间隔，向中心站发送当前的水位、雨量数据，同时包括测站站号、时间、电池电压、报文类型等参数；具备自动加报功能，在规定的时段内水位变幅以及降雨量超过设定值时，自动加报。时段和设定值可编程；具备人工置数功能，可将人工观测值通过人工置入的方式，向中心站报送；具备现场或远地编程的功能，可在现场或远地对设备进行各项参数设置或读取操作。

2.12.2雨水情遥测子系统

系统需求

1）能与已建站点的数据通信组网协议、存储格式相兼容，并预留扩展功能；

2）能自动采集流域的雨量、水位数据信息，并将数据实时准确报送至莲花水库管理处中心站，3个分中心站能接收到实时数据；

3）系统采用自报确认工作体制以及主备通信方式组网；

4）系统土建要求坚固，做到防盗、防雷、防震、防雨水侵入、防虫害鼠害；提供一个安全可靠的工作环境，使遥测设备能够长期稳定可靠地运行。

2.12.3 雨水情遥测系统站点见表2.12.3-1

雨水情遥测系统站点一览表

表2.12.3-1                

2.12.4 系统通信组网图

根据系统规划布设站点，本系统包含有：雨量站16处，水位站6处，遥测水位雨量站2处，集合转发站1处，分中心站3处和中心站1处。系统组网见图2.12.4-1，站点分布图见图2.12.4-2。

图2.12.4-1 系统组网图 

图2.12.4-2 莲花水库水情自动测报系统站点分布示意图

遥测站采用主、备双信道通信方式，主信道为GPRS信道,备用信道为VHF信道。中心站也采用主、备双信道通信方式，主信道为PSTN信道,备用信道为VHF信道。

2.12.4 水情自动测报系统技术要求

1水情自动测报系统总的要求

（1） 系统应与已建系统兼容，并将原系统升级；

（2） 系统设备应是低功耗、高可靠性、多信道；

（3） 系统IT设备应是掉电不丢失，储存容量大，尤其集合转发站；

（4） 系统性能满足SL 61-2003要求；

（5） 系统通信应经水利部水文仪器和岩土工程仪器质量监督检验测试中心检测合格。

（6） 系统可用率不小于99%；

（7） 系统MTBF不小于16000h；

2莲花水库中心站

（1）莲花水库中心站功能

中心站水雨情采集、分析系统采用B/S结构，系统由实时水情、站点信息、资料管理、报表打印、图形绘制等模块组成。硬件设备由GPRS通信机、水情前置机、水情服务器和VHF数传电台及其天线等组成。

具备以下功能： 

1）实时水雨情显示；

2）站点信息管理；

3）资料管理，包括雨情、水情；

4）降水量报表随机、定时打印，包括时段表、日表，月表、年表；

5）水位报表随机、定时打印，包括时段表、日表，月表、年表；

6）柱形图绘制：

7）过程线绘制：

8）远程修改遥测站参数；

9）支持自报式（增量或定时）、自报加确认式、查询应答式和兼容式传输体制支持信道状态自动检测功能，发现主信道故障时，能自动切换到备用信道上接收数据。

10）具有自动复位功能，软件无法运行时，硬件可复位；

（2）中心站硬件配置

1）GPRS通信机

Intel Xeon四核，主频：≥ 3.0GHz，内存：≥ 4GB  ECC DDR3，硬盘容量：> 1TB SATA硬盘，光驱：DVD-ROM。显卡：核心频率1000/1050MHz，显存频率4600MHz，RAMDAC频率400MHz，显存容量1024MB,显存位宽128bit，最高分辨率：4096 ×2160；网络接口：3个10/100/1000M以太网口，串行口≥ 4个；结构型式：机架式，安装在水情前置机机柜内，与水情前置机合用1台18.5”TFT显示器。

2）水情前置机

Intel Xeon四核，主频：≥ 3.0GHz，内存：≥ 4GB ECC DDR3，硬盘容量：> 1TB ，SATA硬盘，光驱：DVD-ROM。显卡：核心频率1000/1050MHz，显存频率4600MHz，RAMDAC频率400MHz，显存容量1024MB,显存位宽128bit，最高分辨率：4096 × 2160；网络接口：2个1000M+2个100M以太网口，串行口≥ 4个；结构型式：机架式，KVM切换器、17” TFT显示器，安装在水情前置机机柜内。   

3）水情服务器

Intel Xeon CPU 2颗4C/6T，主频2.4G,内存12GB，显卡：核心频率1000/1050MHz，显存频率4600MHz，RAMDAC频率400MHz，显存容量1024MB,显存位宽128bit，最高分辨率：4096 × 2160；3*2T SATA 硬盘，RAID0，1，5级别容错，双千兆网卡，2U机架式、智能磁盘阵列和500W冗余服务器电源。数据服务器为机架式，与智能磁盘阵列、服务器电源、安装在水情服务器机柜内。

（3）中心站软件功能如下：

1）实时数据接收和显示。

2）历史数据查询。

3）中心站软件能够显示和统计年、月、日平均水位、雨量、蒸发量、风速、湿度和温度表，其中雨量、水位需要显示过程线，水位日平均采用0～24小时加权计算，日雨量按8～第二天8点累计。中心站软件能提供日、月、年数据报表（包括平均、最大、最小值及发生时间）。

4）中心站数据具有合理性分析、排错、分类整理及入库，具有监视、提示、告警功能；对各种数据进行查询、统计、显示、打印、绘图。

3虎头山集合转发站RTU技术要求

（1）性能要求

具有数据处理能力；

具有接收，合并处理，转发输出能力；

具有VHF超短波接收、发送能力；

CPU模块 处理器：不小于 32bit，主频不低于33MHz，内存：不小于16MB flash，不小于256KB RAM;

内置GPRS或外置GPRS模块；

具有死机自动复位功能，完善的WATCHDOG功能；

支持休眠唤醒工作方式，达到降低测站功耗；

能够通过软件设置（包括远程设置）数据传输体制；

具有低电压告警及掉电数据保护功能；

支持VHF、GPRS等多种通信方式；

在本地通过置数键盘能实时显示数据及参数设定；

电源系统:直流12Vdc，交流220Vac,允许变幅为±10% 50Hz±1Hz。12Vdc采用太阳能电池板，配套太阳能专业蓄电池，其容量应满足30天阴天时装置供电要求和发射启动功率要求；

工作温度：-30℃∽+60℃ 工作湿度: 相对湿度95%（+40℃）;

（2）其他要求：

电源加装电涌保护器，通信加装电信保护器；

箱体应是户外型，不锈钢箱体，IP68；

柜体安装在直径150的镀锌水煤气管支柱上，高度现场确定；

加装避雷针，用63X63的镀锌角钢L=2.5m（埋设0.8m，间距5m）打3根垂直接地极，引下线与箱体作等电位连接。

（3）主要技术指标：

工作方式：自报式、查询应答、混合。

平均无故障工作时间MTBF：≥20000小时（正常维护条件下）。

可配置操作键盘和液晶显示屏，查看当前数据和测站状态进行参数设置。

通讯接口：无线超短波电台，GPRS模块。

传输波特率：GPRS：9600/19200bps   VHF：300—19200bps。

RS-232接口：2个。

RS-485接口：1个。

存储器：内存16M, 512KB Flash数据存储器（掉电数据不丢失）。

电源：输入范围：10～18VDC。

工作条件：温度范围：－10℃～+60℃。

相对湿度：0～100%不凝结。

4遥测站RTU技术要求

（1）性能要求

遥测站RTU能实现多信息源的数据采集处理和多信道数据传输；能采用多种通信信道实时报数和现场数据的在站存储；终端中有存储模块，可保存1年的监测数据，支持远程数据下载。

遥测终端可接多种国内外传感器，具有主、辅信道自动切换功能，可现场或远程配置修改系数参数，设置数据传输体制，支持远程诊断、远程设置、远程维护；具有时钟，以完成对数据的自动记录。具有人工置入功能。

可实时测量水位、雨量、电源电压等参数； 

可设置站号、设置定时报时间、定量报送值、系统时钟等；

实时自报、定时自报、自适应报；

对水位数据进行定时采集，水位数据采集周期可以根据需要进行设置；

具有死机自动复位功能，完善的WATCHDOG功能；

支持休眠唤醒工作方式，达到降低测站功耗；

能够通过软件设置（包括远程设置）数据传输体制；

具有低电压告警及掉电数据保护功能：支持VHF、GPRS等多种通信方式；

所有外部接口都有消抖动和保护电路，可接入雨量、浮子水位等多种传感器；

内置GPRS装置或外配GPRS模块； 

本地实时显示及参数设定：在本地通过置数键盘能实时显示数据及参数设定；

电源系统: 直流: 12Vdc 交流: 220Vac, 允许变幅为±10% 50Hz±1Hz 12Vdc采用太阳能电池板，配套太阳能专业蓄电池，其容量应满足30天阴天时装置供电要求和发射启动功率要求；

工作温度：-30℃∽+60℃ 工作湿度: 相对湿度95%（+40℃）;

（2）其他要求：

电源加装电涌保护器，通信加装电信保护器；

柜体采用户外型，不锈钢箱体，IP68；

柜体安装在直径150的镀锌水煤气管支柱上，高度现场确定；

加装避雷针，用63X63的镀锌角钢L=2.5m（埋设0.8m，间距5m）打3根垂直接地极，引下线与箱体作等电位连接。

（3）主要技术指标：

工作方式：自报式、查询应答、混合。

雨量：BCD码0-9999毫米，记录敏感度1毫米。

水位：BCD码0-9999厘米，格雷码0-4095厘米,记录敏感度1厘米。

流速：BCD码0-9999厘米/秒。

流量：BCD码0-9999.99立方米/秒。

平均无故障工作时间MTBF：≥20000小时（正常维护条件下）。

模块值守工作电流小于5mA。

可配置操作键盘和液晶显示屏，查看当前数据和测站状态进行参数设置。

通讯接口：无线超短波电台，GPRS模块。

传输波特率：GPRS：9600/19200bps   VHF：300—19200bps。

计数器/脉冲输入口：2个，可接雨量、风速、流速等脉冲输出的传感器。

并行数据输入口：12位（水位计）。

RS-232接口：2个。

RS-485接口：1个。

存储器：内存16M,  512KB Flash数据存储器（掉电数据不丢失）。

电源：输入范围：10～18VDC。

工作条件：温度范围：－10℃～+60℃。

相对湿度：0～90%不凝结。

5 GPRS通信模块（外置时）

支持数据、语音、短消息和传真，便于集成

（1）技术性能

1）GPRS多通道类别10

2）低功耗

3）支持数据、语音、短消息和传真

4）SIM 应用工具包

5）AT 命令集控制

6）R&TTE 认证、GCF认证

7）SMS:MT/MO/CB/PDU模式

8）音频: 最高速率，升级最高速率和半速率

（2）电气特性

1）电压范围：3.3 至4.8V

2）电流消耗：3.0 mA（睡眠）、10.0 mA（闲置）、300 mA （通话，最高2.0 A）、100 μA（掉电）

3）输出功率

–2W-类别4，for EGSM 900

–1W-类别1，for GSM 1800

4）机械特性

尺寸: 35 x 32.5 x 3.1 mm

重量:6g

环境温度: –40°C to +80°C （GSM 11.10标准） 

数据特征: CSD 最大达到14.4 kbps、 

USSD、 不透明模式 

译码方式; CS 1,2,3,4

GPRS: 最大 85.6 kbps

端对端协议栈 

5）模块接口

50 脚连接

电源接口 

SIM 1.8/3 V接口 

标准RS232 双向接口 

模拟语音接口 

50 欧姆天线连接器

6 超短波电台

其技术指标参数：

频率范围：223.0000—235.0000MHz

存储信道：16信道，半双工

信道间隔：25kHz

频带展宽：12MHz

外接电源：13.8伏±10%

天线阻抗：50Ω

工作温度范围：-25℃—55℃

发射功率：25W

发射电流：5.0A（25W时）

接收方式：双超外差式

接收灵敏度：0.25μV（12dBSINAD）

7 太阳能电池板及其配套蓄电池

无交流电源取电的设备采用太阳能电池板，配套太阳能专业蓄电池。蓄电池容量应满足30天阴天设备能正常运行。

（1） 太阳能电池板

型式：单晶硅

型号： SFM65W

峰值功率 （Pmax）:65W（初定，容量按实际需要确定） 

峰值电压 （Vmp）:17.6

开路电压 （Voc）:21.8V

峰值电流 （Imp）:3.70A

短路电流 （Isc）:4.07A

电池片转换效率:16.5%

太阳能电池板工作环境:-40 °C至+85 °C

最大系统电压:1000 V DC （IEC） / 600 V DC （UL）

（2） 蓄电池

蓄电池采用太阳能电池板专用蓄电池。单体电压12V。

主要性能指标：

蓄电池容量应满足30天阴天设备能正常运行。

安全性能好：正常使用下无电解液漏出，无电池膨胀及破裂。

放电性能好：放电电压平稳，放电平台平缓。

耐震动性好：完全充电状态的电池完全固定，以4mm的振幅，16.7HZ的频率震动1小时，无漏液，无电池膨胀及破裂，开路电压 正常。

耐冲击性好：完全充电状态的电池从20CM高处自然落至1CM厚的硬木板上3次无漏液，无电池膨胀及破裂，开路电压正常。

耐过放电性好：25摄氏度，完全充电状态的电池进行定电阻放电3星期（电阻只相当于该电池1CA放电要求的电阻），恢复容量在75%以上。

耐充电性好：25摄氏度，完全充电状态的电池0.1CA充电48小时，无漏液，无电池膨胀及破裂，开路电压正常，容量维持率在95%以上。

耐大电流性好：完全充电状态的电池2CA放电5分钟或10CA放电5秒钟。无导电部分熔断，无外观变形。

阀控酸性免维护，蓄电池工作寿命大于5年。

8避雷器

同轴避雷器采用一段四分之一短路线，通过一个三通（要求匹配）接入馈线中，对于接入点来说，这段四分之一短路线是开路的。这样馈线的芯线和屏蔽层就连在一起，如将同轴避雷器接地，由天馈线引入的雷电便由同轴避雷器通过接地网导入大地，而不会对设备造成破坏。

为了提高设备抗拒雷电冲击的能力，要求同轴避雷器具有插入损耗小、响应速度快、泄流容量大、性能稳定等特点。

特性阻抗：50Ω；

工作频率：230MHz；

工作频带：ｆ±△5MHz；

驻波比  ：≤1.2；

插入损失：ｂ＜0.5dB；

9全向天线、馈线

中心站通常使用的天线为全向天线。

所用天线带宽应覆盖所用收发信机工作频率范围。

天线应能防水、防腐蚀，能在高温高湿、强风暴雨等环境条件下正常工作。

电缆使用低损耗电缆，以减少馈线损耗。

全向天线：增益8-10dB；

天线的中心频率：230MHZ遥测频率；

天线输入阻抗：50Ω；

天线驻波比：＜1.5；

天线带宽：△ｆ／ｆo≥2.0％；

馈线：SYV-50-7-1 0.127dB/m（230MHz时）。

10电源与防雷设计要求

中心站电源采用220V市电供电。为保证交流供电的稳定性，电源由在线式UPS供电，保证电源安全可靠。

中心站需要设备供电接地。设备供电接地线直接采用从总配电室提供的TN-S的PE线直接接地，供电接地线需要接入电源插座的接地极上。

11遥测水位站的液位变送器技术参数

（1）测量水位范围： 0m~20.0m（压力式水位计）；

（2）变送器输出，装在现场设的保护管内，输出采用屏蔽信号电缆；

（3）分辨率：1cm；基本误差：±2cm；

（4）工作方式：连续；

（5）测头耐压值： ≥1.0 MPa；

（6）工作温度：-20ºC~+80ºC；

（7）工作电源：DC24V；

（8）输出信号： LED显示器、4～20mA模拟量输出至液位测控仪转换为数字量再传输到水情站；

（9）防护等级：IP68。

12遥测雨量传感器技术参数

（1）符合SL61—2003水文自动测报系统规范及GB11831—89水文测报装置遥测雨量计、GB11832—89翻斗式雨量计等行业规范要求；

（2）承雨口口径Φ200+0.6mm；

（3）分辨率：根据年平均降雨量确定，选0.1mm；

（4）雨强测量范围0～4mm/min（允许通过最大雨强8mm/min）；

（5）测量精度：根据不同分辨率雨量传感器的自身排水量确定，总体不超过±3%；

（6）工作环境：温度-20℃～+50℃，湿度<95%（40℃）；

（7）平均无故障工作时间≥16000h；

（8）其他：筒身及基座整体、翻斗等关键零部件均为不锈钢制成，能长期野外工作不易变形，有抗老化、抗静电尘埃设计；优先推荐选用一体化高杆式雨量站。