萊西市區(qū)道路積水監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

萬勝磊，左林遠，王松吉

（青島水文水資源勘測局，山東 青島 266308）

萊西市屬溫帶半濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，干濕顯著，雨熱同季，多年平均年降水量692.8 mm，洪水形成主要集中在6—9月份。市區(qū)主干道煙臺路兩側(cè)部分路段地勢較低，遭遇突發(fā)降雨后容易形成積水，阻塞道路，造成居民出行困難。

萊西市市區(qū)道路積水監(jiān)測目前是一個空白，近年來萊西市水文局在市區(qū)主干道人工監(jiān)測部分區(qū)域的積水情況，逐步掌握了市區(qū)積水路段的分布，但降雨造成道路積水具有突發(fā)性強、來勢猛、速度快的特點，沒有專業(yè)的監(jiān)測設(shè)備，無法實時監(jiān)測積水的情況。因此，建立完善的市區(qū)道路積水監(jiān)測系統(tǒng)，將更好地為城市防洪泄洪、交通調(diào)控、居民出行等方面做好保障。

1 積水監(jiān)測系統(tǒng)組成

萊西市市區(qū)積水監(jiān)測系統(tǒng)包含：道路積水監(jiān)測傳輸系統(tǒng)和信息中心兩部分，道路積水監(jiān)測傳輸系統(tǒng)主要有雨量計、電子水尺、視頻監(jiān)控終端、傳輸系統(tǒng)等組成。系統(tǒng)自動采集雨量、水位、影像等信息，并自動傳輸?shù)叫畔⒅行?。信息中心對獲得的數(shù)據(jù)進行分析整理、入庫計算并顯示。

1.1 降水量設(shè)備

根據(jù)水利部《降水量觀測規(guī)范》（SL21—2006）的要求，降水量觀測任務(wù)是在觀測場內(nèi)用雨量采集儀器進行觀測，資料要求連續(xù)完整且滿足精度要求，能為防汛部門提供準確及時的雨情信息。

目前，降水量觀測設(shè)備有普通雨量器、自記雨量計、翻斗雨量計、YDJ-Ⅱ型報汛數(shù)傳儀、SMARTDATA-1000R型一體化雨量自動監(jiān)測站等。根據(jù)規(guī)范要求及設(shè)備現(xiàn)狀，降水量觀測設(shè)備確定采用SMARTDATA-1000R型一體化雨量自動監(jiān)測站作為數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，該監(jiān)測站集成了雨量計、遙測終端機、太陽能電池板、鋰電池、GPRS/GSM通信模塊等設(shè)備。

根據(jù)市區(qū)站點的設(shè)計情況，新建6處自動雨量監(jiān)測站，采用無線遙測傳輸方式，共需購置SMARTDATA-1000R型一體化雨量自動監(jiān)測儀6套，基礎(chǔ)為1 m3的混凝土預(yù)埋法蘭盤即可。

1.2 水位監(jiān)測設(shè)備

積水監(jiān)測站采用水文水資源測控終端機進行數(shù)據(jù)實時采集傳輸，并配置傳感器、太陽能電池板、鋰電池、GPRS/GSM通信模塊等設(shè)備。根據(jù)現(xiàn)場條件不同，采用不同的傳感器組建監(jiān)測站。

1.3 視頻監(jiān)控設(shè)備

監(jiān)視系統(tǒng)是采用先進的電子科技手段，對遠端場景進行傳感成像，信號傳輸、集中監(jiān)視、圖像記錄以及聯(lián)動控制的安全技術(shù)規(guī)范和管理系統(tǒng)。本系統(tǒng)設(shè)計在6處積水路段，建設(shè)相應(yīng)的視頻監(jiān)測設(shè)施，同時設(shè)置普通水尺，可以遠程視頻觀測積水深度。

1.4 信息中心數(shù)據(jù)采集傳輸設(shè)備

此次系統(tǒng)建設(shè)中心硬件平臺設(shè)計配備1臺機架式多路服務(wù)器、1臺網(wǎng)絡(luò)交換機、1臺3 kVA UPS、1臺計算機，服務(wù)器連接Internet外部網(wǎng)絡(luò)采用專線（光纖）方式接入并配備固定公網(wǎng)IP。軟件平臺由數(shù)據(jù)接收軟件與應(yīng)用軟件、視頻監(jiān)控接收軟件構(gòu)成。數(shù)據(jù)接收軟件主要負責遙測站數(shù)據(jù)在線接收、解碼、校驗與入庫等功能，系統(tǒng)應(yīng)用軟件具有基于地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)展示、分析計算、統(tǒng)計、查詢與報表等功能，視頻監(jiān)控軟件主要實現(xiàn)遠程監(jiān)控等功能。

2 道路監(jiān)測系統(tǒng)功能及特點

2.1 軟件平臺功能

2.1.1 數(shù)據(jù)接收軟件功能

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)具備以下幾點功能：

1）系統(tǒng)能夠在5 min內(nèi)收齊全部所有6處監(jiān)測站的雨量、水位、積水深等數(shù)據(jù)。

2）系統(tǒng)自報、自報-確認、應(yīng)答混合工作體制。

3）系統(tǒng)通訊組網(wǎng)可在GSM短消息通訊或GPRS通訊之間選擇，每個監(jiān)測站可根據(jù)需要進行動態(tài)配置選擇GSM短消息通訊和GPRS通訊方式。

4）中心能及時了解各監(jiān)測站的設(shè)備工作狀態(tài)（如電壓、自計內(nèi)存狀況等）。

5）實時數(shù)據(jù)能自動寫入水情數(shù)據(jù)庫。其他各部門可以通過廣域網(wǎng)實時查詢系統(tǒng)所有測站的數(shù)據(jù)。

6）中心具有數(shù)據(jù)存儲、統(tǒng)計、報表顯示及打印和過程分析功能，如動態(tài)雨量水位顯示、柱狀圖、水位過程線等。

7）具有采集數(shù)據(jù)密度動態(tài)控制機制，以在滿足數(shù)據(jù)密度和精度要求情況下最大限度節(jié)約通信費用和電源消耗。

8）監(jiān)測站通信信道調(diào)整可通過設(shè)置完成。

9）系統(tǒng)能區(qū)分調(diào)試數(shù)據(jù)和實際數(shù)據(jù)，設(shè)備調(diào)試狀態(tài)下的數(shù)據(jù)不能進入數(shù)據(jù)庫，只作顯示供維護人員使用。

10）系統(tǒng)具有可擴展性，可以方便地增減測站數(shù)量和傳感器的數(shù)量。修改工作將通過密碼控制由有關(guān)管理人員進行操作，實現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理功能。

2.1.2 WEBGIS監(jiān)控軟件功能

基于WebGis平臺的數(shù)據(jù)查詢展示系統(tǒng)，可以可視化圖形界面完成監(jiān)測點的地理分布及實時雨量、水位數(shù)據(jù)動態(tài)瀏覽、查詢、定位和緊急告警；并根據(jù)用戶的需求定制各種數(shù)據(jù)報表及圖形報表，實現(xiàn)水位過程線、柱狀圖、等值面圖形分析、站點管理等多種功能。

2.1.3 數(shù)據(jù)及圖像采集系統(tǒng)功能

1）視頻動態(tài)分布功能；2）多畫面顯示功能；3）圖像字符疊加功能；4）視頻報警功能；5）智能圖像檢測功能；6）可通過區(qū)域網(wǎng)進行遠程錄像查詢、回放、參數(shù)設(shè)置、實時監(jiān)控；7）可程序控制錄像時間表，可自動循環(huán)錄像；8）可捕捉靜態(tài)畫面；9）儲存、回放、剪輯、處理方便。

2.2 監(jiān)測系統(tǒng)特點

1）遙測站功耗控制機制。采用特有的軟、硬掉電技術(shù)，極大地降低遙測站的功耗，并可延長傳感器、通信設(shè)備及蓄電池的使用壽命。

2）蓄電池充放電保護機制。集成的蓄電池充放電功能可避免蓄電池損壞，大大降低將來的運行維護費用（視頻監(jiān)控需接交流電源）。

3）自報式、自報確認式及主備通信機制?？赏ㄟ^設(shè)置參數(shù)選擇遙測站以不同通信模式工作，可使遙測系統(tǒng)在通信效率和通信可靠性之間達到很好的平衡。

4）動態(tài)配置機制?？稍诒镜鼗蜻h程動態(tài)地修改遙測站配置，十分有利于控制遙測系統(tǒng)在不同的時段（如汛期或非汛期）以不同的模式運行。

5）數(shù)據(jù)自記及遠程讀取。提供遙測數(shù)據(jù)的備份，使遙測系統(tǒng)可滿足防汛和水文資料整理的不同需求，進一步提高了遙測數(shù)據(jù)的可靠性。

6）標準的TCP/IP軟件接口。采用標準的軟件接口有利于和其他系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換、擴展應(yīng)用開發(fā)，可通過簡單的升級硬件系統(tǒng)達到提高軟件性能的目的。

7）B/S軟件結(jié)構(gòu)。采用流行的B/S結(jié)構(gòu)，使得系統(tǒng)的運行管理十分簡便，只需調(diào)整WEB服務(wù)器即可達到增加服務(wù)能力、提升軟件功能的目的。

8）系統(tǒng)安全管理。系統(tǒng)提供了不同層次的安全管理功能，有利于遙測系統(tǒng)的完全運行和故障恢復(fù)。

2.3 監(jiān)測系統(tǒng)通信組網(wǎng)特點

數(shù)據(jù)系統(tǒng)通信設(shè)計采用GPRS為主、GSM短消息為輔助的方式，當GPRS信道不通時遙測站自動切換到GSM信道，以手機短消息的形式發(fā)送各遙測站數(shù)據(jù)。圖像傳輸系統(tǒng)采用公網(wǎng)傳輸?shù)姆绞?。其?yōu)點如下：

1）實時性強：與短消息服務(wù)比較，由于GPRS具有實時在線特性，系統(tǒng)無時延，無GSM短信數(shù)據(jù)傳輸滯后現(xiàn)象，可以同步接收、處理多個或所有監(jiān)測點的各種數(shù)據(jù)?？珊芎玫貪M足系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采集和傳輸實時性的要求。

2）可對各監(jiān)測點儀器設(shè)備進行遠程控制：通過GPRS雙向系統(tǒng)還可實現(xiàn)對儀器設(shè)備進行反向控制，如：時間校正，狀態(tài)報告，召、巡測等控制功能，并可進行系統(tǒng)遠程在線升級。

3）監(jiān)控范圍廣：構(gòu)建信息采集傳輸系統(tǒng)要求數(shù)據(jù)通信覆蓋范圍廣，擴容無限制，接入地點無限制，能滿足山區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)和跨地區(qū)的接入需求。

4）具有良好的可擴展性：由于目前全市GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)已全覆蓋，基本不存在盲區(qū)，可實現(xiàn)大范圍的在線監(jiān)控，滿足信息采集傳輸系統(tǒng)對覆蓋范圍的要求。

5）系統(tǒng)的傳輸容量大：中心站要和每一個信息采集點實現(xiàn)實時連接。由于信息采集點數(shù)量眾多，系統(tǒng)要求能滿足突發(fā)性數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?，而GPRS技術(shù)能很好地滿足傳輸突發(fā)性數(shù)據(jù)的需要。

6）數(shù)據(jù)傳送速率高：每個信息采集點每次數(shù)據(jù)傳輸量在15 bps之內(nèi)。GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送速率理論上可達171.2 kbit/s，目前GPRS實際數(shù)據(jù)傳輸速率在40 kbps左右，完全能滿足本系統(tǒng)數(shù)據(jù)實時性的需求。

3 效益分析

萊西市市區(qū)道路積水監(jiān)測系統(tǒng)建成后，滿足城市防洪、城市規(guī)劃、城市建設(shè)的需要，增強城市防洪的預(yù)警和處理能力，提高水文信息的時效性和利用率，為萊西市區(qū)城市防汛、排水泄洪提供準確及時的雨水情信息，為防汛指揮部門提供可靠的決策依據(jù)，為防汛抗洪、水資源開發(fā)利用和城市管理提供技術(shù)指導(dǎo)。同時也為市民出行提供便利，減輕自然災(zāi)害對社會的影響。