水情遥测站建立技术方案.docx
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水情遥测站建立技术方案
1概述
水情自动测报系统是利用传感器、通信、自动控制、计算机等技术和水文预报技术，自动采集水库或河流上下游实时水雨情信息，并提供洪水预报服务的综合自动化系统。
适用于水电站水情自动测报、中小河流治理、山洪灾害预警、城市防汛指挥、自动气象采集、地下水自动监测、流量在线监测系统、闸门和视频自动监测等领域。
2建设内容
本水情自动测报系统建设主要内容包括：
（1）遥测系统建设，包括：
5个单雨量站。
（2）水情中心站计算机网络平台搭建。
（3）水情中心站软件系统建设，包括：
实时水情、监控数据的采集与处理，水情数据库设计与管理，水情图形报表制作、数据查询。
3建设标准及规范
主要标准包括但不限于此：
序号
标准代号
标准名称
1
IEEE802.3
网络技术标准
2
IEC60950-91
信息技术设备的安全
3
GB23128
操作系统标准
4
SL199-97
水文自动测报系统通信电路设计规定
5
SL61-2003
水文自动测报系统技术规范
6
SL250-2000
水文情报预报规范
7
DL/T5051-1996
水利水电工程水情自动测报系统设计规定
8
SL330-2005
水情信息编码标准
9
IEC60870-6
数据通信传输协议
10
SL276-2002
水文基础设施建设及技术装备标准
11
SL196-97
水文巡测规范
12
SL21-90
降水量观测规范
13
GBJ138-90
水位观测标准
14
GB50179-93
河流流量测验规范
4系统主要性能指标
4.1遥测系统性能指标
（1）系统遥测数据到达中心站时间≤5分钟；
（2）系统数据收集的月平均畅通率达到平均有95%以上的遥测站（重要控制站包括在内）能把数据准确送到中心站。
（3）数据处理作业的完成率大于95%；
（4）系统通过网络向上传送数据的畅通率达到99%以上；
（5）系统误码率≤10-5；
（6）遥测站在连续无日照情况下能正常工作30天以上；
（7）平均无故障工作时间（MTBF）：
遥测站设备的MTBF＞25000h；
（8）能在特大暴雨、狂风、雷电、停电等恶劣条件下正常工作。
4.2中心站硬件设备的性能指标
（1）正常情况下计算机CPU负荷率≤30%（任意5分钟内）；高活跃状态下计算机CPU负荷率≤50%（任意5分钟内）；
（2）计算机硬盘容量留有50%的备用容量；
（3）计算机内存占用量≤50%；在任何时候，内存的使用率不大于80%；
（4）计算机网络的可靠度≥99.9％；
（5）设备在温度5℃～40℃，湿度小于90%（40℃）环境下可确保工作。
（6）设备的综合MTBF不小于6300h。
4.3中心站软件的性能指标
（1）调出新画面的时间不超过1～5秒；
（2）画面上实时数据刷新时间从数据库刷新后算起不超过1秒；
（3）报警或事件产生到画面刷新的时间不超过2秒；
（4）备用进程切换时间不超过60秒。
5遥测系统建设方案
5.1遥测站功能
遥测数据的采集与传输主要是实时可靠的完成系统所有站点的雨、水情数据的采集与处理，按照设定的工作方式、时间间隔、增量范围以及数据传送目的地等，将其通过选定的信道传送至系统中心站。
可接收中心站的命令，更改遥测站参数设置。
遥测站的主要任务和功能是：
实时采集水情数据，以自报方式按设定的规则自动向中心站上报水情信息。
（1）现场设置功能
即在现场对本遥测站运行用到的参数进行设置；设置好后自动保存，掉电后不丢失。
（2）远程控制功能
测站运行参数可在中心站进行遥控修改，并能响应和执行中心站发出的其它控制命令。
（3）数据采集功能
能实时采集雨量信息，定时读取水位数据，随时接收人工置入的人工观测数据，并对这些数据进行校验和存贮。
当水位、雨量值发生增减变化时或达到设定的时间间隔时，可自动采集、存储水位、雨量数据，并按水位实时值、雨量累计值予以发送。
（4）自动传输功能
增量自报：
当水文参量变化达到设定的增量值立即向中心站报数。
定时报数：
即在水文参量无任何变化的情况下，但设定的定时报数间隔满足时，也自动上报一次水文数据。
（5）电源检测与告警功能
自动检测电源电压，当电源电压低于正常运行最低电压时，即自动发出告警信号。
（7）自动校时功能
遥测站每天自动校时一次（可设置），可消除时钟累积误差。
（8）多目标传送数据功能
能向多个不同的目标地址发送数据。
即具备同时向中心站和指定的其他地点传送数据。
5.2遥测站工作体制
采用混合式工作体制：
遥测站以定时自报为主，具备增量自报的功能，并能响应中心站的召测和查询，以满足水文基本资料的记录过程连续性和实时动态的要求。
中心站实时接收遥测数据，接受人工输入的查询和召测指令。
5.3通信组网
根据系统流域内的自然地理条件，参照类似条件下的地区已建水情自动测报系统的实践经验以及当今通信和网络技术发展趋势，同时考虑到系统建成后便于运行管理、维护，确保系统信息的畅通、有效和可靠，以满足水电站水情预报系统对信息传输的要求。
本系统遥测站网数据传输采用北斗卫星通信方式。
5.4遥测站的组成
为保证系统可靠、有效地运行并充分发挥其作用，系统采用先进的自动测报技术、现代的通信技术和远地编程控制技术，遥测站采用测、报、控一体化的结构设计，由遥测传感器（雨量计、水位计）、数据采集器、遥测终端机、太阳能电池板、蓄电池、机箱/筒等组成。
遥测雨量站配置
序号
项目名称
单位
数量
备注
1
雨量计
台
2
2
遥测终端机
台
2
3
卫星电台
套
2
4
接插件及连接线缆
套
2
5
太阳能电源板
块
2
20W
6
太阳能充电保护器
个
2
7
免维护蓄电池
块
2
12V/24Ah
8
接口面板及仪器筒
个
2
10
法拉第筒
个
2
5.5遥测站设备选型
遥测站设备选择的原则：
在满足系统总体要求的基础上，采用具有高性能、高性价比、维护方便的设备，保证系统长期可靠运行。
5.5.1雨量计
生产厂商：
南水产品型号：
JDZ05-1
技术指标：
Ø承雨口内径：
ф200＋0.6mm；
Ø分辨力：
0.5mm；
Ø测量精度：
±0.5mm（自身排水量≤25mm时），±4%（自身排水量＞25mm时）；
Ø输出：
一组或多组接点通断信号输出。
其接点允许承受的最大电压≥15V；允许通过电流≥50mA；输出端绝缘电阻≥1MΩ；导通电阻≤10Ω；接点工作寿命在50000次以上；
Ø工作环境：
温度0℃～60℃湿度≤98%RH，40℃（无凝露）；
Ø防堵塞：
雨量传感器具有防堵、防虫、防尘措施。
在无人维护情况下，至少能正常工作30d不被堵塞。
Ø防雷电抗干扰：
雨量传感器及输出信号传输线具有防雷电和抗干扰措施。
Ø可靠性指标：
在满足仪器正常维护条件下，MTBF不小于40000h。
5.5.2数据采集器
生产厂商：
南京南瑞产品型号：
ACS500
技术指标：
Ø4个RS-232串行口。
用于GPRS、CDMA、GSM、卫星、有线、VHF等各种远程通信、本地显示或参数设置
Ø1个SDI-12接口。
允许同时接入8路SDI-12接口的传感器或适配器
Ø1个单/双干簧管雨量计接口
Ø2个开关信号输入口
Ø2个开关信号输出口
Ø1个六芯12V供电口
Ø1个受控12V供电口
Ø3对电源输入口
Ø1个浮充电源输入口
Ø现场测试功能。
Ø供电电压：
10.8Vdc～16Vdc，16.7Vdc（Max.）
Ø静态功耗：
≤50uA
Ø工作电流≤50mA
Ø可靠性：
MTBF≥10年
Ø工作温度：
－40℃～＋70℃，工作湿度≤95%（40℃）
Ø电源极性防反接保护
Ø外部接口光电隔离
Ø全铝外壳
Ø1个SD卡接口。
可用于本地数据下载或固态存储容量扩充
Ø1个RS-485/SDI-12复用接口。
配置成RS485方式时，允许同时接入8路RS485接口的传感器或适配器，配置程SDI-12方式时，允许同时接入8路SDI-12接口的传感器或适配器
Ø内嵌TCP/IP协议栈：
如果配置的短信模块具有GPRS或CDMA功能，系统能方便地从短信系统升级到GPRS/CDMA系统。
Ø支持远程/本地程序下载：
用户在本地可以通过PDA或计算机对ACS500的固件程序进行升级，在具备远程透明传输的信道（如GPRS、PSTN信道）条件下，用户甚至还可在不用到现场，在远程即可对ACS500进行固件升级，具有非常大的系统扩展性。
Ø自动补数功能：
在信道因某种原因导致数据未发送成功时，ACS500会将数据保存，并在信道恢复正常后再将数据发送出去，从而大大提高系统畅通率。
Ø各种传感器适配模块，可以将各种类型的传感器转换成标准接口。
5.5.3BD（北斗）卫星通信终端
生产厂商：
神州天鸿产品型号：
YDD-3-01
技术指标：
Ø天线波束宽度：
俯仰方向25°～90°，水平方向0°～360°；
Ø频率：
接收S波段，发射L波段，抗雨衰能力强，对雨雾衰减小于0.3dB
Ø接收灵敏度：
C≤-157.6dBW
Ø接收信号误码率：
≤1×10-5
Ø首次捕获时间：
≤4秒（从开机通道接收并解调出信息所需时间）
Ø失锁再捕获时间：
1秒
Ø传输时延：
＜5秒
Ø发射EIRP值：
≥13dBW
ØMTBF（平均故障间隔时间）：
25000小时
Ø功耗：
平均功耗≤6W，发射最大功耗＜100W
Ø环境条件：
湿度98％（45℃）
Ø工作环境温度-30～+55℃
Ø电源：
9～32VDC
Ø接口标准：
RS232
Ø可随时上下电
5.5.4DT4100GPRSDTU无线传输装置
生产厂商：
南京南瑞产品型号：
DT4100
DT4100是一款工业级低功耗GSM无线传输装置。
通过该产品，可以在远程遥测终端和数据中心之间建立透明传输通道，实现二者之间的数据交换。
产品具有极低的在线空闲功耗（<2mA），工作温度范围宽（-40℃-+85℃），可在极其恶劣的环境条件下应用。
同时低功耗的特性也可明显降低遥测设备的电源容量，从而带来设备体积以及运输成本的减小。
主要特点：
■超低功耗，在线空闲功耗仅相当于市面上其它产品的1/10
■工作温度范围达到扩展工业级标准
■防雷等级高，适合野外应用
■自弹式SIM卡接口，使用方便
■包含电源防反接功能
■支持多数据中心
■支持纯透明模式传输
■支持数据中心采用动态域名
■支持短信备份（GPRS传输失败时通过短信重发数据）
■可以作为纯Modem使用，支持使用标准AT命令操作
■包含独立的配置接口，可通过该接口进行参数设置或查看动态信息
主要技术指标：
1.电源
■供电电压:
5VDC-32VDC
■空闲功耗:
<2mA@12V
■GPRS通信平均功耗:
100mA@12V
2.无线射频
■EGSM900/1800Mhz
■符合ETSI GSM Phase2+标准
■短信息服务功能：
支持TEXT及PDU，点对点（MT/MO），小区广播
■GPRSClass2-10
■编码方案：
CS1-CS4
■符合SMG31bit技术规范
3.接口
■天线接口:
50欧姆特性阻抗/SMA阴头
■SIM卡接口:
自弹式
■电源接口:
凤凰端子（2芯）
■RS232串行口:
凤凰端子（3芯），波特率300-115200bps
■RS485串行口:
凤凰端子（2芯），波特率300-65536bps
■RS232配置口:
凤凰端子（3芯），波特率300-115200bps
4.电磁兼容等级
■静电放电抗干扰度等级：
3
■工频磁场抗干扰等级：
3
■射频电磁场抗干扰等级:
3
5.温度特性
■工作温度范围：
-40℃~+85℃
■工作湿度：
0~95%RH，无凝结
■存储温度范围:
-60℃~+100℃
6.机械特性
■尺寸：
90mm×60mm×24mm
■重量：
0.2kg
5.5.5电源系统
为保证系统在“有人看管、无人值守”的运行模式下，测站设备能在雷电、暴雨、停电的恶劣条件下可靠、正常的工作，测站的供电系统采用太阳能板浮充蓄电池直流供电，充电电压钳位控制。
太阳能板浮充蓄电池直流供电的优点是可防止感应雷击，防止恶劣天气时供电线路毁坏。
太阳能板的功率、蓄电池的容量以及充电控制器，根据以下因素选配：
Ø设备功耗，包括守候功耗、工作功耗以及通信设备发送数据的功耗。
Ø保证在30天连续阴雨天气情况下，能维持蓄电池正常工作。
Ø在连续30天阴雨天气后，能在7天时间内，将蓄电池充足。
Ø当地的日照指数。
Ø充电控制器的钳位电压阈值保证电池充足且不因过充而损坏。
（1）免维护蓄电池：
生产厂商：
广东EAST
规格及基本配置
Ø额定容量：
24Ah（雨量站）,38Ah（水位站/水位雨量站）
Ø公称电压：
13.8V
（2）太阳能电源板
生产厂商：
英利集团
规格及基本配置
Ø额定功率：
20W（雨量站）,40W（水位站/水位雨量站）
Ø工作电压：
17V
（3）太阳能充电控制器
生产厂家：
南京南瑞产品型号：
ACS-SR
技术参数：
Ø最大充电电流：
12A
Ø最终充电电压：
13.8V
Ø最大自消耗电流：
≤6mA
Ø具备防电源线反接、反充保护，涓流充电
Ø具备过载、过充、过放、短路保护
Ø具备自动解除过充保护恢复充电功能
Ø蓄电池过充电断开电压：
14.4V±O.2V
Ø蓄电池过充电恢复点电压：
13.8V±O.2V
Ø环境温度：
-40℃～+70℃
Ø环境湿度：
＜95％RH（40℃）
5.5.6法拉第筒
本系统遥测站采用法拉第金属大筒安装方式。
立筒金属双圆筒结构，达到双层屏蔽的效果，其中通信终端、数据采集器和蓄电池等设备集成在全密封筒形机箱内，筒形机箱置于高强度防锈铝合金立筒（直径约300mm，高度2m/3m，亦称“法拉第筒”）内；太阳能电池、天线和传感器等安装在铝合金立筒上。
考虑到本地区植被生长速度较快，采用3m法拉第筒，保证植被不遮挡雨量筒及太阳能板。
采用以上总成方式具有如下优点：
Ø极佳的抗雷击性能。
Ø遥测站无须配置同轴避雷器，无接地电阻要求，方便远方站建设施工。
Ø无须建造站房，征地面积仅1~2m2，基建成本降至最低。
Ø安装方式灵活，可采用直埋式，也可采用房顶安装方式。
6中心站计算机网络系统
6.1网络结构
中心站计算机网络结构采用交换式快速以太网技术，采用开放的总线型网络系统，关键设备采用磁盘冗余配置，计算机工作方式采用C/S和B/S方式结构，规模灵活可变，具有良好的扩充性，可根据用户的需要，灵活配置。
中心站计算机网络拓扑结构如下图所示。
中心站网络结构拓扑图
中心站服务器与GSM、北斗卫星终端相连，在服务器上安装数据采集程序实现遥测数据的接收，服务器同时事负责所有水情相关应用和数据的存储和处理，24小时连续运行的一些关键进程，如实时数据处理、常规数据处理、报警服务等。
中心站共配置2台工作站，负责实时监视流域水雨情信息及电站运行的情况，负责水情应用功能的启动、应用结果的分析，负责报表制作、浏览、打印等。
配置交换机1台，实现上述中心站设备的连接，组成中心站网络。
配置1套UPS电源，保证中心站在能够在UPS供电情况下运行4小时。
6.2中心站主要设备选型及详细技术指标
6.2.1服务器
生产厂商：
曙光产品型号：
A420r-G
技术指标：
ØCPU:
处理器:
≥2颗CPU，每颗CPU核心数≥6核，每颗CPU主频≥2.8GHz
Ø内存：
16GBDDR3
Ø硬盘：
1TSATA；
Ø网口：
2块100/1000MB以太网卡
Ø远程管理：
集成远程管理端口
Ø电源：
单电源
Ø显卡：
NVS300显卡
Ø光驱：
DVD-ROM1个标准串口，
Ø21.5寸显示器
Ø提供原厂商三年质保证明文件。
6.2.2工作站
生产厂商：
DELL产品型号：
PrecisionT3420
技术指标：
ØCPU：
第六代智能英特尔酷睿i7-6700（四核3.40GHz,4.0GhzTurbo,8MB,含HD显卡530）；
Ø内存：
4GB;
Ø硬盘：
1TB3.5英寸SATA（7,200Rpm）硬盘;
Ø网卡：
10/100/1000千兆以太网卡;
Ø光驱：
DVD-RW;
Ø操作系统：
Win10H；
Ø21.5英寸液晶显示器、键盘鼠标；
Ø三年质保。
6.2.3交换机
生产厂商：
华为产品型号：
S3700-28TP-SI
技术指标：
产品类型快速以太网交换机纠错
应用层级三层
传输速率10/100Mbps
交换方式存储-转发
背板带宽64Gbps
包转发率9.6Mpps
MAC地址表16K
端口参数
端口结构非模块化
端口数量28
端口描述24个10/100Base-TX端口，2个1000Base-XSFP端口，2个千兆Combo口（10/100/1000Base-T或100/1000Base-X）
传输模式全双工/半双工自适应
6.2.4UPS
生产厂家：
山特产品型号：
C3KS
技术规格：
ØUPS类型：
在线式UPS
ØUPS额定容量：
3KVA
Ø标称后备时间：
在系统掉电的情况下能维持系统4小时以上
ØUPS电源效率：
85%
Ø电池类型：
外接电池
Ø输出电压：
215-224V
Ø输出电压频率范围：
50（1±0.2%）Hz
Ø输入电压：
118-300
Ø输入电压频率范围：
40-60Hz
Ø8×12V/100AH蓄电池组
Ø配备蓄电池机柜
6.2.5遥测数据接收设备
（1）配置1台北斗终端，选用神州天鸿YDD-3-01。
（2）配置1台GSM通信终端，选用南瑞DT4100。
（3）配置1台工业级12V直流电源给接收设备供电，选用朝阳电源4NIC-X120。
7中心站软件系统建设方案
7.1系统软件
（1）服务器操作系统采用Windows2012Server标准版，工作站操作系统采用Windows7专业版。
（2）商用数据库选用SQLServer2012标准版软件（5用户）。
7.2水情系统平台软件
采用南京南瑞集团自主研发的并已在上千套水情系统中投运并取得优良业绩的NARI水情水调自动化系统软件V2.0（最新版本WDS9100），来满足本项目水情中心站软件的所有功能，包括数据采集与传输、数据处理、图形报表、数据库管理及应用、实时报警、洪水预报等。
7.2.1软件框架
WDS9100系统应用平台全面采用面向对象软件设计技术，通过对软件系统的分层设计和平台功能的模块化设计，实现软件系统的集成，对于不同的水库、电站，通过配置实现数据接入和管理。
系统的各项功能模块主要以控件和组件的方式提供。
WDS9100软件平台结构复杂，功能丰富，软件平台采用多层结构。
逻辑分层包括数据库层、业务逻辑层、界面层，系统通过将数据处理、业务逻辑和表示分开，允许用户在平台上对应用系统的范围和功能进行定义，也可以对用户界面的方式和表现形式进行定制。
这样，软件系统具有很强的伸缩性，可以适应复杂的应用环境、复杂的系统结构和不同用户的特殊应用和配置要求，确保系统具有技术先进、符合标准、可靠、通用、可扩展、便于升级、易于配置、适应用户定制和自行扩展等特点。
7.2.2平台软件功能
7.2.2.1数据库管理
数据库系统由水情主数据库、一级实时数据库、二级实时数据库组成。
主要以下几部分组成：
Ø系统配置数据库：
主要存储管理系统中各类对象和各类数据点，以多种报警、通信定义；
Ø静态资料数据库：
主要存储管理系统中使用到的各类参数；
Ø实时数据库（H2）：
在内存中保存系统的时间断面状态，最大限度地提高实时画面的刷新速度；
Ø实时数据库：
存储管理系统的实时数据；
Ø历史数据库：
存储管理各数据点的时段（最小5分钟）、小时、日、旬、月、年数据。
Ø高级应用结果数据库：
存储管理由各种预报软件计算产生的结构数据，常见的有洪水预报结果；
Ø辅助数据库：
存储系统运行所需的各种辅助参数，如用户权限定义，流域、行政区、河流定义等；
Ø人机界面数据库：
WDS9100为了加强网上人机界面修改的同步性，将全局性的人机界面装载到数据库中，由数据库统一存储管理；
Ø执行文件数据库：
WDS9100的执行文件，包括（.jar.ocx.ini）文件存储在数据中，从而实现全系统版本更新同步；
Ø其他资料数据库：
存储管理由于流域的特殊性，水调系统涉及到一些特殊的资料；
Ø文件库：
存储管理系统间来往的文本类文件。
7.2.2.2数据采集
数据采集子系统主要实现对系统各种来源、不同类型的数据进行在线实时采集；数据处理子系统主要实现对系统采集的各种来源、不同类型的数据依据应用要求进行自动加工处理，其结果供其它子系统调用或再加工。
作为一个长期在线运行的子系统，要求其运行稳定、可靠性高、处理速度快、资源占用尽可能少。
数据采集为7×24小时连续运行的在线程序，采集的信息主要包括：
Ø遥测雨量站采集的雨情信息；
Ø遥测水文/水位站采集的雨水情信息；
Ø人工报汛站点上报的数据；
数据采集具有以下功能：
Ø遥测数据采集；
Ø具有遥测站运行状态的监视、报警功能；
Ø具有自动重连功能；
Ø具有对遥测站进行远程参数设置、召测、软件更新等功能。
Ø预留其他对外通信接口。
7.2.2.3数据处理
数据处理软件由实时数据处理、常规（时段）数据处理组成。
（1）实时数据处理
在本系统中有许多量是通过某些实际测量点的实时数据转换获得的，系统将所有的实时数据在网络上发布，实时数据处理根据对计算要求的定义，对需要进行计算的数据点进行实时计算，供系统的实时监视、报警等模块使用。
（2）常规数据处理
在本系统中水位、雨量等主要数据均是以实时数据，在数据处理中，对实时数据进行筛选和处理，最大范围地保留有效数据，确保数据的正确性，其结果供其它子系统调用或再加工。
7.2.2.4人机界面
人机界面系统提供了丰富多彩的监视、查询和分析画面，图形界面既可展示实时动态数据、图形，又可对历史数据进行综合分析比较以图形、列表显示。
由于采用了可组态的图形、报表设计，图形、报表可混合显示；数据接口采用DCOM模型与数据服务子系统交换数据，由数据服务子系统从实时数据库和自动提取数据，为图形子系统提供各种数据。
人机界面子系统由人机框架、图形编辑子系统及图形运行子系统组成。
（1）人机框架：
采用了一体化架构加模块化设计模式，创新的采用了UI框架+视图+总线方式,不管是内部模块的接入,还是高级应用的模块的添加,甚至第三方厂家也可以在此基础上方便开发嵌入功能模块。
（2）图形编辑子系统：
作为图形系统的支撑软件，用图元组合在多层画面上，用户无需编程，按照自己的要求形成丰富多彩图形文件。
（3）图形运行子系统：
通过调用图形文件，驱动各个图元，运行图形。
本子系统提供的所有图形都可以自由放大缩小，若图形大小超出窗口范围，可利用导航器方便图形定位操作。
（4）图元设计
WDS9100系统提供
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