城市内涝监测系统建设方案(初稿).doc

城市内涝监测系统建设方案
城市内涝监测系统

建
设
方
案

XX有限公司
XX年XX月

15

一、项目背景
随着我国经济的不断繁荣，大中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，随之而来的诸多效应中，有许多因素加剧了汛期街道积涝的情况。城市积水造成公用设施受损，使交通、电力、通讯、网络传输、水源等受到了严重影响或损坏，给人们的生产生活带来诸多不便。另外随着城市人口资产密度的提高，同等淹没情况下损失增加；且城市的中枢作用使得次生影响和间接损失加大，严重时可能造成重大的经济损失和人员伤亡，目前我国城市抗涝形势非常严峻。
因此，已经引起市政、城管、防汛、路政等政府有关部门的高度关注：一方面要积极修建并管理好排水设施，另一方面建设城市内涝监测系统，也极为必要，它既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支持，还可以通过广播、电视等媒体为广大老百姓提供出行指南。
逢大雨必涝，已成为我国城市的一种通病。

二、建设目标
利用传感器技术、信号传输技术，以及网络技术和软件技术从宏观、微观相结合的全方位角度，来监测影响道路积水通行安全的各种关键技术指标；记录历史数据和现有的数据，分析未来的走势，以便辅助政府决策，提升安全管理保障水平，有效防范和遏制重特大事故发生，保障人民群众的生命与财产安全。
系统依托智能的软件系统，建立分析预警模型，监控中心通过数据研判，生成内涝积水预警，通过LED显示屏与短消息平台相结合的方式，提前发布警告信息，尽快启动相应预案。三、项目需求
1、建立基于传感网络技术的实时、可靠的涝情数据监测系统。为涝情应急决策提供数据支持。主要包括降雨量监测、积水深度监测、积水面积监测、风速风向监测、GPS地理位置信息。
2、建立基于传感器技术的排水通道监测系统可在排水通道出现堵塞情况时第一时间发现、排除堵情。
3、通过智能远程电气控制器建立远程控制系统可实现闸门、泵站等排水设备的远程控制。
4、建立稳健的无线通信网络实现传感数据与控制设备与指挥中心的连接。
5、结合当前已建成的视频监控系统并作适当的补充建立基于GIS的城市实景涝情平台。 6、建立涝情预警网络实现街道、小区、学校等人口集中区域的涝情预警。主要包括广播、短信。
7、建立涝情WEB发布平台与移动设备访问终端实现市民的远程访问为市民提供直观的出行指南。
四、建设方案
4.1设计原则
系统设计本着实用、可靠、先进以及经济四大原则，根据工程的实际情况协调配置，发挥应有的效果，具体要求是：
实用——有的放矢地进行设计，做到目的明确，针对性强，突出重点，兼顾全局。分清城市内涝监测预警系统运行管理的主次，以安全监控为主要目的，有选择地将监控对象纳入系统，使系统既经济合理，又满足科学管理的需要。
可靠——设计方案和仪器的选择要考虑运行期的长期稳定可靠。设备以国内外著名工控产品为主，采用稳定性好、抗干扰能力强的仪器。
先进——监测方法、仪器设备应满足精度要求，并吸取国内外经验，在可能范围内尽量采用先进技术。
经济——观测项目宜简化，测点少而精，布置经济合理，施工安装方便。整个系统要具有使用灵活、维护方便、功能及扩充性强的特点。
4.2设计技术标准
本系统建设遵照执行以下现行技术规范、文件和资料：
《国务院办公厅关于做好城市排水防涝设施建设工作的通知》
《住房建设部办公厅关于加强2015年城市排水防涝汛前检查工作的通知》
水利部《水文基础设施建设及技术装备标准》(SL276-2002)
《国家防汛指挥系统工程水情信息采集系统分类设计指导书》
《水文自动测报系统技术规范》（SL61－2003）
《水文测站代码编制导则》（SL502-2010）
《水文情报预报规范》(GB/T22482-2008)
《水情信息编码》（SL330-2011）
《水文自动测报系统设备基本技术条件》SL/T102-1995
《水文资料整编规范》SL247-1999-96
《10/100-Basc-T 以太网标准》IEEE802.3
《水文自动测报系统通信电路设计规定》SL199－97
《水利水电工程通信设计技术规程》DL/T5080-1997
《国家防汛指挥系统工程实时水雨情库表结构设计》
《水雨情数据库表结构与标识符》SL323-2011
《水利工程基础信息代码编织规定》，SL213-2012
《水文测报装置遥测水位计》GB/T 11830-1989
《水工建筑物测流规范》SL20-92
《水文站网规划设计导则》SL34-92
《工业电视系统工程设计规范》GB50115-2009
《计算机站场地安全要求》GB9361-88
《电气装置安装工程施工及验收规范》（GB50254—GB50/259）
《建筑电气设计技术规程》GBJ16—2001
《工业企业通信接地设计规范》GBJ79—85
《安全防范工程程序与要求》GA/T75—94
《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010
《电子设备雷击保护导则》GB7450—87
4.3系统结构
系统架构主要分为视频监控、涝情监测、远程控制、无线网络、服务平台五大部分

4.4监测站
监测站主要采集各个积水点数据，并通过GPRS无线传输方式上传至监测中心；监测中心服务器主要通过GPRS网络和光纤接收、处理和暂存原始数据，自动定时或随机召测系统中需查询的测站信息，并对所接收的数据进行检测、纠错和合理性判断，并对原始数据进行处理和入库。
监测站主要功能：
(1)随机自报：监测小时平均水位数据（单位：厘米）；当被测参数变化超过规定阈值时，监测通信终端设备及相关电路自动上电工作，将实时水位值发送至中心站；
(2)定时自报：按设定的定时时间间隔(按照时段要求，如1小时、3小时、6小时、12小时、24小时等等，可任意设置)，定时向中心站发送当前的水位数据。发送的数据包括监测站站号、时间、电池电压、报文类型等参数。时间间隔可在本地（通过置数键盘/计算机）或在中心站远程设置；
(3)蓄电池电压采集：定时采集蓄电池电压，并在定时报时段自动向中心站报告并存入相应的数据库中，即可在中心站可查询测站的电压运行轨迹，可由中心站软件设置不同电压报警等级，方便运行维护人员提前作好维护决策；
(4)参数设置：现场和远程可设置本站站号、初值、水位初值、传感器类别、水位采样间隔时间、报汛段次、水位变化阀值主备信道选择等参数；
(5)人工置数：可通过RTU置数键盘将人工测量参数人工置数发送至分中心站，并接收中心站发回的数据接收成功的回执信号；
(6)数据存贮：采集的水位数据具有现场存贮功能，其容量不小于32MB。能响应分中心站召测指令，将现场存储的数据批量报送至中心站。同时，能提供现场人员在现场进行数据查看和下载，存储数据数据能用于资料收集和整编；
(7)硬件自动开关通信终端：通过监测终端硬件控制，具有自动开关通信终端功能；
(8)本地实时显示：在本地通过置数键盘能实时显示水位、时间、电压等参数；
(9)调试开关功能：通过软件设置，保证监测终端和分中心站接收终端在存贮和接收处理时能判断调试报文和正常报文；
(10)所有外部接口具有光电隔离防雷电破坏及防外部电磁信号影响。
单个前端监测站主要由以下设备组成：
序号
设备名称
单位
数量
1
智能遥测终端
台
1
2
遥测水位计
个
1
3
遥测摄像机
套
1
4
太阳能电池板
块
1
5
蓄电池
只
1
6
充电控制器
个
1
7
通讯模块
个
1
8
室外机箱
台
1
9
水尺标识
套
1
10
立杆支架
套
1
11
线缆、辅材、接插件
批
1
4.5系统软件平台
该系统由在线监测、数据分析、排涝管理、预报预警、体统管理五大模块组成。软件平台组成结构如下图所示。

●在线监测：以GIS地理信息系统、模拟数据图在线视频等多种方式，全方位体现低洼区域积水的实际运行参数情况，保证监测信息全面、及时、准确。
●数据分析：针对排涝运行中的各项指标集中分析，提供历史数据查询及多个安全指标数据对比的功能。
●排涝管理：对排涝及其相应的预案信息、基础资料、周边环境、数据报表等进行集中管理，使排涝管理更加信息化、自动化。
●预报预警：实时分析和解读各监测数据，做出单项或多项对比报警功能，对出现的预报预警情况，进行在低洼区LED提示屏，并在预报预警的处理过程中建立消除机制，保证预报预警得到及时的处理。
●系统管理：为信息发布平台提供了良好管理支持，使信息发布平台更加灵活、更易扩展。
4.6主要设备技术指标和产品性能
遥测终端机
智能遥测终端（RTU），用于水情测报、水雨情监测等应用场合；产品采用GPRS\3G\4G网络传输，将站点实时数据信息传输至信息中心。
数据采集：
支持一路雨量计信号输入、一路水位计信号输入（浮子式/串行接口/模拟接口可选）、两路串口摄像头图像信息采集输入、一路量水堰计信号输入（串行/模拟接口可选）。
工作模式：
可设置自报模式、应答模式和混合模式。
自报模式，只在需要进行远程数据编报时才开启通信模块进行通信，通信完成后设备进入低功耗模式。
应答模式，一直开启无线通信模块，随时应答远程信息中心查询操作。定时存储数据。

混合模式，既有自报模式的定时数据编报功能，又具有应答模式的随时应答中心的查询功能。
远程通讯功能：
通过无线网络传输实时采集数据和图像采集数据；
支持电源切断控制，在应答模式下具有长时间无通信重启功能，在自报模式和混合模式下，具有通信失败重启功能。
具有数据补招功能，当某些时候进行的数据通信后没有正常将数据编报到中心，则将再下次通信成功时刻将原先未编报的数据记录进行重新上报。
支持远程参数修改，在ZKMC-300进行数据通信完成后，中心可回复请求额外通信命令，此时RVU将根据命令设定的时间延时关闭通信模块，以便顺利完成参数设置。
支持远程数据记录读取，操作方式同远程参数配置。
支持定时自报，水位加报，雨量加报功能，渗流加报。
支持自动对时功能。
存储功能：
具有定时存储数据记录功能，可存储两年的综合数据，数据记录采用循环存储方式。
人机界面：
显示：128*64点阵液晶；
按键：6个；
功能：支持本地参数设置，本地采集数据显示，以及人工观测数据录入等。
技术参数
供电电压：默认12VDC，供电范围：9～18VDC；功耗：待机功耗≤2mA（12VDC）；
水位计接口类型：
模拟水位计：
信号类型：4-20mA（1-5V）；接口方式：两线式，三线式； 配电电压：24VDC；
配电电流：>50mA；测量精度：0.1%F.S；
RS485接口水位计：
通信参数：波特率：9600数据位：8停止位：1校验位：无
对外供电：供电电压：5VDC供电电流：>50mA
雨量计类型：增量式（翻斗式）雨量计。
串口摄像头接口：像素：130万；最大分辨率：1280*1024；焦距：2.8mm（可按实际拍摄距离选择镜头）；传感器：CMOS；图片格式：JPEG；波特率：9600～115200可选；通讯方式：RS485接口；传输距离：大于20米；工作电流：(IR OFF )200-230mA， （IR ON）320-350mA；
存储功能：最高支持16M字节数据存储容量，可存储2年的采集数据。
远程通信接口：接口类型：RS232接口；
配电电压：12V（同蓄电池输入）；
配电电流：平均值>200mA；
前导时间：1～120秒；
设备平均无故障工作时间：MTBF＞30，000小时。
工作温度：－20℃～＋60℃；
工作湿度：20～95％。
遥测水位计
雷达式电子水尺，是基于 TDR 时域反射和 ETS 等效时间采样技术的接触式雷达水位计，俗称雷达式电子水尺，或雷达水尺。电子仓发射微波脉冲，沿着导波杆传输。当微波遇到水面时，反射波沿导波杆传回电子仓，超 高速计时电路精确计算出传导时间，实现水位的精确测量。雷达式电子水尺，是工业测距雷达在水位测量领域的创新应用，实现了电子 水尺向高精度（毫米级），大量程(30 米)，高可靠，安装简便，免维护的技术跨 越。雷达式电子水尺通过标准信号接口，与计算机、PLC 等连接，也可以与相应 的显示、记录、控制装置（如 RTU）连接，构成水位监测系统。主要用途及适用范围 雷达式电子水尺有多种安装方式（可立装可斜坡安装），不锈钢管构成电磁波稳定传输的同轴结构，同时有效隔离波浪对测试数据的干扰，外观协调美观 。 雷达式电子水尺适用于河道、湖泊、水库、船闸、灌区等水利工程 ，尤其适合水务、 污水处理、城市道路积水， 橡胶坝、下水道等市政工程的水位监测。
产品实物图及型号规格

雷达水尺实物图

测控单元实物图 过滤口实物图
功能特点：
1）安装简单，无需分段串接，可方便实现大量程
2）采用毫米级工业雷达测距传感器，内置通讯电路、防雷设计
3）不锈钢管式防护外壳，过滤波浪干扰
4）电子仓采用铸铝结构，IP67 等级防护，适应恶劣气候
5）雷达波不受压力，温度、污染物，湿度，含沙量的影响
6）水尺可以单独使用，也可以级联使用 每一套水尺可以通过计算机按软件设置 ID 编号
7）信号输出方式：RS485(标准 MODBUS 协议)、4~20mA 供选择
8）低功耗，适合太阳能供电
技术参数：
名称
参 数
备注
量 程
2 米、3 米、6 米等可定制
最大 30 米
精 度
10 米量程小于+/-5MM

供电电压
两线 DC18-30V，四线 DC6.8-28V

输出信号
RS485(Modbus-RTU) 模拟 4~20mA
推荐 4-20mA
数字滤波
程序设置

工作电流
≤24mA( DC24V 供电）

功 耗
最大功耗 0.5W，待机功耗 0.1W

工作温度
-20℃~80℃

固定方式
金属卡箍

遥测摄像机
主要技术指标如下：
1）像素：130万像素；
2）格式：JPEG格式的图像；
3）分辨率为：支持：320×240、640×480、1280×960；
4）通讯方式：485通讯；
5）视觉角度：70度；
6） 拍照距离：100米以内清晰；
7）工作电压：直流12V±15%；
8）工作温度：-20℃～+75℃；
9）工作湿度：≤95%（40℃）。
通信模块
4G通讯模块采用稳定可靠的传输方式，并通过MODBUS串行通信与监测终端机（RTU）进行通讯，4G通讯模块支持透明传输和加密传输等方式上传数据。兼容2G/3G信号。4G通讯模块应具有3C认证。
其主要性能指标如下：
支持GSM/4G/CDMA（EVDO/WCDMA可选）
SIM卡 3V/1.8V
串行数据及配置接口 RS-232/RS485/SDI-12总线
串行数据速率 300~115,200bits/s
电压 +3.3 ~+35VDC
功耗(外供电压值：12V/1.5A)
待机电流 10mA
数传电流 35~150mA
工作环境温度 -30~+70ºC
储存温度 -40~+85ºC
相对湿度 95%(无凝结)
太阳能供电系统
太阳能供电系统包括太阳能电池板、铅酸蓄电池及太阳能充电控制器等设备。太阳能电池板安装于立杆上，在安装时在支架上固定一根防盗信号线并接入RTU中。铅酸蓄电池及太阳能充电控制器放置于密封箱内。
太阳能电池板主要技术指标：
材质：单晶硅；
封装形式：高透钢化玻璃层压；
功率：30W
输出电压：12VDC
峰值电压：17.5V
峰值电流：1.7A，3.4A
开路电压：22V
短路电流：2A，3.8A
太阳能电池组件： 1 块（含支架）。
铅酸蓄电池为12V 38AH免维护蓄电池，主要性能：
安全性能：正常使用下无电解液漏出，无电池膨胀及破裂；
放电性能：放电电压平稳，放电平台平缓；
耐震动性：安全充电状态的电池完全固定，以3mm的振幅，16.7Hz的频率；震动一小时，无漏液，无电池膨胀及破裂，开路电压正常；
耐冲击性：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：25摄氏度，完全充电状态的电池进行定电阻放电3星期，恢复容量在75%以上；
耐充电性：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：完全充电状态的电池2CA充电5分钟或10AC放电5秒钟。无导电部分熔断，无外观变形；
不同温度下的放电容量：40℃时102%，25℃时100%，0℃时85%，-15℃时65%。
太阳能充电控制器主要技术指标：
最大充电电流（50℃）：6A；
最大负载电流（50℃）：6A；
系统电压：12/24VDC；
最大自损耗：4mA；
最终充电电压：13.7V；
过放保护值：11.1V(SOC=30%)；
过放恢复值：12.6V(SOC=50%)；
温度补偿：-3mV/K/Cell；
工作环境温度：-25℃ ～ 50℃；
接线端子截面积：4mm2；

五、项目预算
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