积水监测系统方案.docx

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积水监测系统方案

城市道路积水预警在线监测系统

技术设计

上海华测创时测控科技有限公司

提交日期：

二○一三年六月

城市道路积水预警在线监测系统

设计

负责人：

刘小明

项目负责人：

李少君

上海华测创时测控科技有限公司

提交日期：

二○一三年八月

第一章

概述：

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。

在我国南方多雨的城市，积水有时竟然高达一米以上，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。

此现象已经引起市政、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，另一方面建设城市道路积水监测系统。

该系统的建设极为必要，它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。

城市道路积水监测系统简介

道积水监测系统主要对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）主要监测各个积水点的实时水位数据，并上传至中心站。

中心站通过相应的软件，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。

同时，系统通过WEB发布相关的实时信息，有条件上网的人士通过浏览器就能够看到积水深度的实时信息。

有市电电源条件的路桥桥洞口，可以通过LED大屏实时显示水位值，给行人和车辆提供明确的水位值和通行和否的建议信息，进一步保证了行人和车辆的安全。

1.4项目名称、地点及建设单位

项目建设名称：

城市道路积水预警在线监测工程

项目建设地址：

建设单位：

上海华测创时测控科技有限公司。

第二章监测系统设计原则

2.1可靠性

系统主要技术和产品具有成熟、稳定、实用的特点，可充分满足实际应用、技术开发及信息管理的需要。

保证在恶劣气候条件下，能进行准确的监测。

在突然断电时系统实现7*24小时无间断的运行。

网络设计保证网络运行的可靠性，系统在任何一个节点出现意外时整个系统仍能运行。

传感器经过国家计量部门计量许可，并且有相关的计量证书。

2.2先进性

使用成熟的先进技术，各项设备选型上应考虑市场上技术支持好、服务力量强、设备性能稳定、扩展性好的品牌，确保设计具有先进性及前瞻性。

2.3可扩展性

在系统建设时不能一味追求高配置，而是应在保证系统在一定时期内的先进性的前提下，设计具有良好扩展性的系统结构，选择具有良好扩展性和升级能力的产品。

系统结构模块化，以保证整个系统的可扩展性；监测系统的总体设计考虑到随着防洪积水技术的升高逐步实施。

2.4高性价比

力求最优的性能价格比，在保证系统高性能的同时尽量减少用户的投资。

第三章系统设计依据

3.1安全生产法律法规

城市防洪工程设计规范GB/T50805-2012

《防洪标准》（GB50201-94）

城市防洪工程设计规范-CJJ50-92_

气象标准（QX）2011-05-04QX/T102-2009

3.2计算机工程相关国家标准

《计算机软件开发规范》GB8566-88

《电气装置安装工程施工及验收规范》GBJ232-92

《安全防范工程程序和要求》GA/T75-94

《建筑物防雷设计规范》GB50057-94

《质量管理体系标准》GB/T19000-2000（ISO9000：

2000）

《微功率（短距离）光纤电设备的技术要求——通用要求》

第四章在线监测系统设计功能及监测内容

4.1系统简介

城市道路积水在线监测系统是利用传感器技术、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、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。

系统依托智能的软件系统，建立分析预警模型，实现和短消息平台结合，当发生异常时，及时自动发布短消息到站点管理人员，尽快启动相应的预案。

4.2监测内容

城市道路积水在线监测系统实现了对监测点的降雨量、积水深度、排洪流量、视频监控、LED提示屏、泵站开关停全面自动化监测预警。

第五章在线监测系统设计

5.1.系统组成

系统由传感器、数据采集传输装置、机房信号接收及处理装置、监测机房及计算机管理系统、无线传输装置、调度指挥中心五部分组成。

其中：

调度指挥中心平台接收无线信号数据，实时通过软件管理平台展示相关信息及管理预警信息，处理结果等自动存储备份。

调度中心机房建设按照国家相关规范建设。

主要放置电视大屏、监测终端、服务器群、软件管理平台及辅助设备。

系统已建立开放的数据接口，通过专线网络或带宽允许的情况下走公用互联网，根据政府监管部门需要，适时接入或远程查看支持专家在线功能。

系统原理拓扑图

5.2监测点选择

5.3监测剖面及监测点总体布置

雨量监测点：

水位监测点：

流量监测点：

视频监控点：

LED提示屏：

5.7水位监测

水位监测点的布置在低于地平面的涵洞、隧道、立交底部、或其他重点低洼水位区域，并能满足排洪预警管理和监测资料分析需要的地方，布置在排水构筑物溢流井（排水井、排水斜槽等）处。

5.7.1测点布置

根据规范要求测点布置选择在水位波动比较平稳地段，利用镀锌直径100mm的镀锌管,高度3m采用支架固定安装，要求传感器垂直地面向下测量水面高程。

超声波水位测点布置表5-10

超声波传感器代表术语SW-S+数字

传感器名称

传感器型号

位置编号

传感器类型

超声波水位计

SW12

SW-1

声波式

5.7.2水位监测预警值设置

报警值类别

颜色指示

预警水位

处置方式

依据

一级预警

黄色预警

预警

城市防洪标准

二级预警

橙色预警

预警

三级预警

红色预警

预警

5.7.3设备选型

超声波水位传感器

量程：

10m

精度：

10mm

温度范围：

－20摄氏度～80摄氏度

传感器信号输出：

RS485信号

工作电压：

12v

输出电压：

5v

AD：

16位

信号转换：

通过RS232/485信号转换器进行电光转换，利用光纤进行信号传输之机房光电接收模块进行信号接收分组进入RJ45串口服务器连接PC服务器。

5.7.5传感器安装

1、确定好安装位置，选用直径100mm的金属镀锌管作为立柱、顶部伸出1.5m至水平面，将固定板穿孔焊接固定，传感器穿入孔中螺丝固定即可。

立杆根部预埋地表一下深度80cm采用混凝土浇筑固定。

如图

2、为了确保安装的有效性传感器进行通信的参数设定，信号类型选择RS485，波特率选择9600，工作方式选择查询方式，测量方式选择水位测量，设置完毕后将线缆连接之采集器即可正常工作。

3、传感器标定：

水位计的标定所有环节安装完成以后进行传感器初始标定，采用全站仪利用基准控制网作为初始高程坐标测量水位当前高程然后测量立杆和水面高程，当水位发生变化时便可实时测量真实的水位高程变化。

5.8雨量监测

通过收集监测区每时、每天、每周的雨量分析雨量对防洪的危害，以及提前做好安全管理的防范措施，为防洪的安全运行提供必须的历史依据。

5.8.1测点位置

降雨量是影响其安全的最重要的环境因素，在排水井处设置一个（也可在固定在建站房顶部或者采用立杆式一体化监测站）监测点，要求视线开阔上部无遮挡，放置雨量计。

通过雨量计自动获取雨量数据，以及根据降雨量的情况预测库水位发展变化趋势，绘制历史曲线图。

雨量计测点布置表5-11

雨量传感器代表术语YL-B+数字

传感器名称

传感器型号

位置编号

传感器类型

安装位置

雨量计

HC-Y8080

YL-1

容珊式

坐标点

5.8.2雨量计预警设置

报警值类别

颜色指示

每小时降雨量

一级预警

黄色预警

25mm

二级预警

橙色预警

35mm

三级预警

红色预警

60mm

5.8.3传感器参数

HC-Y8080雨量计

主要技术参数如下：

承雨口直径：

Φ200+0.60mm

刃口锐角：

40～45°

分辨力：

0.1mm

降雨强度测量范围：

0.01～8mm/min（毫米/分）

测量准确度：

（在0.01～8mm/min雨强范围）降水量<10mm，

测量误差：

±0.2mm；降水量≥10mm，测量（0.2mm+1%F.S）

输出信号：

RS-485接口，输出实时累计降雨量、雨量编码器真值、相关报警信号（数字雨量计RS-485接口通信协议）；脉冲接口，每0.1mm降雨量继电器输出触点接通一次

雨量存储记录容量（可选功能）：

大于3000mm降水量

电源电压：

12VDC（-5%～+25%）

工作环境温度：

0～+50℃

工作环境湿度：

≤95%RH（40℃）

体积（直径×高）：

Φ220×560mm

5.8.4预警方法

降雨量监测系统能实现雨量信息的自动采集、存贮、实时接收自动测报站雨量、水位和电压数据，对接收到的数据进行处理，建立实时雨水状况数据库，显示、打印各种数据报告，根据历史降雨量绘制水位、雨量、流量变化趋势图。

5.8.5安装方法

采用膨胀螺栓三点固定，安装前对传感器进行初步的校准测试，底部要求100mm厚度的混凝土底座固定，避免因风对设备造成损坏。

信号电缆穿管保护，对所在测点做出必要的物理防雷措施。

5.8.6测点布置

测点布置表5-12

传感器代表术语+数字

传感器名称

传感器型号

位置编号

传感器类型

位置坐标

5.8.7LED提示屏幕

LED参数

项目

单色

规格

PH12

PH-16

PH-20

象素直径

Φ10mm

Φ12mm

Φ18mm

单元箱体规格（长×宽）

732×366

512×512

1280×960

单元箱体解析度（点数）

64×32

32×32

64×48

点阵密度（点数/平方米）

7644

3906

2500

点间距（mm）

11mm

16mm

20mm

可视距离

10-150米

像素构成

单红或绿、白等

灰度等级

单色

通信：

232、485

波特率：

9600

工作电压：

12v－24v

传输方式：

GPRS

供电方式：

太阳能

流量计

主要技术特点

HC-R100型系列超声波流量计采用微处理技术，超大规模集成电路，和其它超声波流量计相比除具有“三高一低”（高精度、高可靠性、高性能、低价格）的显著特点外，还具有下列更多优势：

（1）0.2ns直接时差测量电路，40ps时差测量分辨率，保证仪表可达到1％的线性度和0.5％的重复性，测量精度达1％。

（2）低电压、多脉冲信号双平衡发射接收海峰专利技术，抗干扰电路设计，可用于几乎全部工业环境（特别是变频器环境中）。

（3）全窗口化中文显示，2×20字符液晶显示器。

（4）正、反双向计量，可计量正、负、净累积流量，流速等。

（5）外壳模具制造，防护等级：

IP65。

（6）配温度变送器可实现热量计量，可显示瞬时流量（m3/h）、流速（m/s）、累计流量（m3）、累计热量（GJ）、峰值流量及时间等。

（7）在机器上配有防雷击元件，以保障机器在雷区良好的运行，也可在电源上直接并上避雷器，以便得到更好的保护。

（8）完备的信号输出和灵活的联网功能，可满足不同用户的各种要求。

○1输入信号：

5路4-20mA模拟输入，精度0.1％，可输入温度、压力、液位等其它信号。

○2输出信号：

1路4-20mA或0-20mA模拟电流信号；继电器及OCT输出；RS-232/485标准串行接口输出；可利用GPRS、PSTN、CAN总线、GSM短消息联网。

具有故障自诊断功能，并可自动记忆前64个运行日的工作状态是否正常。

（9）完备的软件设计：

日、月、年累计功能：

可记忆前64个运行日、前64个运行月、前5个运行年中任何一天、任何一月、任何一年的累计流量，便于查询和管理。

（10）上、断电管理功能：

可记录前64次上电、断电时间及上、断电时刻的瞬时流量，保护所有数据，用户可以选择自动或手动补量，减少用户流量损失。

第六章运行状态影像监控

总体设计在重要部位设置100万像素高清网络球机，通过现场摄像头实时拍摄并快速传输至控制室的显示屏幕上，能够直观的显现低洼区域的积水情况以及排洪运行等情况。

6.2智能红外快球机参数

型号：

DS-2DF1-772

•1/2.5"ProgressiveScanCMOS

•精密电机驱动,反应灵敏,运转平稳,精度偏差少于0.1度,在任何速度下图像无抖动

•支持RS-485控制下对HIKVISION、Pelco-P/D协议的自动识别

•支持三维智能定位功能,配合DVR和客户端软件可实现点击跟踪和放大

•支持光纤模块接入

•支持防雷、防浪涌、防突波

•室外球达到IP66防护等级

云台功能:

•水平方向360°连续旋转,垂直方向-5°-90°,支持自动翻转，无监视盲区；

•水平预置点速度最高可达75°/s,垂直预置点速度最高可达50°/s；

•水平键控速度为0.1°-75°/s,垂直键控速度为0.1°-50°/s；

•支持256个预置位,并具有预置点视频冻结功能；

•支持8条巡航扫描,每条可添加32个预置点；

•支持4条花样扫描,每条路径记录时间大于10分钟；

内部机芯采用200万像素7寸10倍彩色日夜型（ICR）网络高清智能球（CMOS），分辨率可达1080P；最低照度为0.5Lux/F1.6（彩色）;0.02Lux/F1.6（黑白）；镜头焦距为4.7~84.6mm,18倍光学。

6.3安装方法

根据对所需监控的范围、角度、场景以及现场条件来选择摄像机的安装方法，摄像机的安装固定以立杆为主。

杆底端焊接固定法兰盘，预留拉线孔，地基采用钢筋混凝土。

立杆必须安装牢固不得歪斜，制作要美观。

立杆必须有较高强度，抗大风、防摄像机抖动、防攀爬、防腐。

安装示意图6-2

安装示意图6-3

6.6视频后端采集存储设备

存储服务器我们采用的是海康DS-8608网络高清录像机，这款服务器是海康威视推出的企业级、高性能价格比、千兆网络存储系统，基于嵌入式LINUX系统设计开发，针对视频监控行业进行了专门的优化，可为大中型视频监控系统提供可靠稳定的海量存储空间，适合追求高性能、高扩展能力并注重节约成本的用户。

性能特性：

•可接驳网络摄像机、网络快球和网络视频服务器；

•可接驳第三方（ARECONT、AXIS、Panasonic、PELCO、SAMSUNG、SANYO、ZAVIO）网络摄像机；

•可接驳支持ONVIF、PSIA标准的网络摄像机；

•支持IP通道协议自定义功能;

•支持500W像素高清网络视频的预览、存储和回放；

•HDMI和VGA输出分辨率最高均可达1920x1080p；

•支持HDMI、VGA、CVBS同时输出，支持HDMI和VGA双操作模式，可分别进行预览和回放；

•支持预览图像和回放图像的电子放大；

•采用HIKVISION云台控制协议时候，可通过鼠标选定画面任意区域并进行中心缩放；

•支持假日录像和抓图配置；

•支持计划抓图、手动抓图、报警抓图以及图片的回放、备份；

•支持冗余录像、抓图设置；

•支持多画面分割下不同通道并行预览和回放；

•支持最大16路720p实时同步回放；

•支持标签定义、查询、回放录像文件；

•支持录像文件倒放功能；

•支持按事件查询、回放、备份录像文件；

•支持重要录像文件保护功能；

•支持硬盘配额管理，不同通道可分配不同的录像保存容量；

•支持硬盘盘组管理，不同通道可设置不同的录像保存周期；

•支持eSATA盘库，可用于录像和备份；

•支持IPv6协议；

•支持网络检测（网络流量监控、网络抓包、网络通畅）功能针对要求数据存储时间30天，设计了6T硬盘保证存储时间不低于30天，根据需要还预留有扩展存储接口，可以存储更长时间。

另外对于上墙的控制管理，前端视频图像通过3G接入机房在线监测中心，通过熔接接入中心交换机。

这样监测中心以集中管理方式来对前端图像和数据通过高清解码器解码视频图像上墙显示，通过软件平台管理前端现场的图像。

前端数字视频图像上墙显示和控制需要，以及对高清视频解码输出的需要，监测中心采用海康高清嵌入式解码器，实现数字图像解码上墙显示等功能。

采用视频综合平台实现视频图像切换控制和输出显示的方式具有以下优势：

支持通过模拟方式接入已建模拟视频图像，进行统一编码和切换输出显示;

实现视频编码、矩阵切换和前端控制等功能；

支持通过数字方式接入已建数字视频图像，进行视频解码输出和上墙显示，实现对已建数字图像的显示和控制管理；

支持新建标清和高清视频图像的解码输出显示功能，实现数字视频矩阵功能；

通过一套硬件平台、一套软件平台在分控中心实现对已建系统和新建系统的统一管理和控制。

视频采集系统结构图如图所示6-5：

机房布线图

第七章系统功能

数据发送到监控中心，软件自动对测量数据进行换算，直接输出监测物理量利用光纤网络进行数据传输或者内部局域网方式，完成对传感器数据的采集和监控。

传感器通过光纤接入INTERNET网，软件可设置上限报警命令，手机短信报警能够时时掌控，PC接入INTERNET网络就可进行数据采集和监控。

7.1数据采集终端软件

数据采集终端软件是通用的管理各种采集水位、流量、雨量、视频、LED提示屏、等监测设备的信息系统。

数据采集终端软件负责配置采

集设备的基本信息及采集频率，即支持定时采集，又采用主动式触发数据发送模式，即保证了数据的实时性，又保证了数据的有效性。

在系统初始化的过程中，数据采集终端软件可以快速的完成设备的调试工作。

示意图

7.2信息发布平台

信息发布平台主要功能包括在线监测、数据分析、排洪管理、预报预警系统管理五大部分。

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，保证了监测信息全面、及时、准确。

数据分析：

针对排洪运行中的各项指标集中分析，提供了历史数据查询及多个安全指标数据对比的功能。

防洪管理：

对排洪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，使管理在防洪积水管理上更加信息化、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。

系统软件功能结构7-1

7.3巡检管理系统

巡检管理系统包括系统管理、设备管理和采集管理三大部分。

主要负责采集设备的管理和设置。

系统管理：

对设备的预警信息进行详细的设置，数据备份为用户提供定时的数据自动备份保证了数据安全。

设备管理：

对所有的采集设备进行统一的管理，在管理上更加集中、方便。

可实时检测各个设备的运行状态，发现异常，及时在防汛机房主机上声光报警。

采集管理：

对系统采集的原始数据进行了集中预处理，使其在信息发布系统中更加快速、直观的展示。

采集管理提供了很强大的扩展功能，使整个系统能够更好的兼容各种采集设备，具有良好的扩展性及兼容性如图7-2。

系统软件功能结构7-2

7.4预警方法及预案管理

基于城市道路积水防洪管理系统，在积水防洪的运行过程中，除了应及时掌握各种监测技术指标的最新数据外，还要有积水防洪安全和预警技术和响应方法。

结合积水深度评定安全评价方法，通过对积水防洪的安全评价和监测指标数据安全度分析后，可以建立积水防洪排涝运营管理的预警技术和响应方法。

7.5软件功能

在线监测系统软件部分包括数据采集、处理软件、数据分析软件，数据采集、处理软件分模块。

数据采集、处理软件将传感器采集数据接收并保存至数据库，同时将设计的报警限制也保存在数据库，数据分析软件实时比较最新的实时数据和限制的关系，如果超限随即出发声光报警器、短信报警模块、网络报警功能实现多种方式同时报警。

可实现多级管理平台工作模式，可实现监测信息市安全生产主管部门等多级管理和信息共享。

采集软件支持雨量、水位、流量、LED屏等监测设备监测数据的采集和数据的上传，同时可以远程控制各监测设备，支持串口、TCP/IP等协议。

GIS数据处理软件支持稳定性的判断雨量、水位、流量、LED屏等各个传感器的采集和接收。

数据采集巡检时间小于2分钟，单点采集时间小于1分钟。

测量周期为1分钟~30天可调。

数据分析软件支持雨量、流量、水位模块分析，自动异常报警、自动生成报表等功能。

设备防雷要求：

雷感应＜5%，防雷及抗干扰功能。

软件同时满足以下功能：

安全监测系统软件功能

1、具有在线采集和安全监测管理分析两个模块，安全监测管理分析模块应具备基础资料管理、各项监测内容适时显示发布、图形报表制作、数据分析、综合预警等功能。

其中数据分析部分应包括各项监测内容趋势分析、综合过程线分析等内容

2、多级管理平台工作模式，可实现防汛积水安全监测信息在监测中心站、多级管理和信息共享

3、实时显示各个监测点的监测数据，并可以图表等形式直观显示各项监测、监控信息数据的历史变化过程及当前状态

4、设置预警参数，能及时发出预警信息（声音报警、系统动画闪烁警报、报短信预警）

5、具有远程登录、远程访问、远程管理、远程控制和运行软件远程维护功能

6、历史报警记录查询:

报警类型、区域名称、报警时间，报警期间最大值及时刻、每次报警期间最大值及时刻及时间

7、中心站应对每个系统采集数据或报警数据进行存储备份，备份数据保存二年以上

8、数据自动采集功能

9、雨量监测功能

10、水位监测功能

11、流量监测功能

12、视频监控功能

13、LED提示功能

第八章机房监控中心设计

8.1供电部分

8.1.1设计概述

根据上级要求，要满足监控中心及设备72小时的不间断供电需求。

我们采用发电机和山特6KVAUPS相结合的实施方案，其中监控中心做到24小时人员值班。

在市电断电状况下，UPS保证满足12小时不间断供电；同时监控值班人员在这4小时内保证启动发电装置，来应对UPS的后续供电。

并确保在市电断电后为监测设备连续供电72小时以上。

监控中心设备总功率统计：

电视墙功率为（260W×2+75W×6=970W）

视频存储服务器功率（450W）

监测数据存储计算机功率（350W）

交换机、及视频解码器功率（45W+20W+40W×2=145W）

数据采集仪功率（150W）

管理计算机（350W）

监控中心设备功率合计：

2415W<4800W（6KVA主机所承受的最大额定功率）;6KVAUPS电池计算方法（通信电源设备安装工程设计规范YD/T5040-2005）：

一、已知条件：

1、U