萊西市區道路積水監測系統設計

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氣候區，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。市區主干道煙臺路兩側部分路段地勢較低，遭遇突發降雨后容易形成積水，阻塞道路，造成居民出行困難。

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

1 積水監測系統組成

萊西市市區積水監測系統包含：道路積水監測傳輸系統和信息中心兩部分，道路積水監測傳輸系統主要有雨量計、電子水尺、視頻監控終端、傳輸系統等組成。系統自動采集雨量、水位、影像等信息，并自動傳輸到信息中心。信息中心對獲得的數據進行分析整理、入庫計算并顯示。

1.1 降水量設備

根據水利部《降水量觀測規范》（SL21—2006）的要求，降水量觀測任務是在觀測場內用雨量采集儀器進行觀測，資料要求連續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，降水量觀測設備有普通雨量器、自記雨量計、翻斗雨量計、YDJ-Ⅱ型報汛數傳儀、SMARTDATA-1000R型一體化雨量自動監測站等。根據規范要求及設備現狀，降水量觀測設備確定采用SMARTDATA-1000R型一體化雨量自動監測站作為數據傳輸設備，該監測站集成了雨量計、遙測終端機、太陽能電池板、鋰電池、GPRS/GSM通信模塊等設備。

根據市區站點的設計情況，新建6處自動雨量監測站，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測儀6套，基礎為1 m3的混凝土預埋法蘭盤即可。

1.2 水位監測設備

積水監測站采用水文水資源測控終端機進行數據實時采集傳輸，并配置傳感器、太陽能電池板、鋰電池、GPRS/GSM通信模塊等設備。根據現場條件不同，采用不同的傳感器組建監測站。

1.3 視頻監控設備

監視系統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、集中監視、圖像記錄以及聯動控制的安全技術規范和管理系統。本系統設計在6處積水路段，建設相應的視頻監測設施，同時設置普通水尺，可以遠程視頻觀測積水深度。

1.4 信息中心數據采集傳輸設備

此次系統建設中心硬件平臺設計配備1臺機架式多路服務器、1臺網絡交換機、1臺3 kVA UPS、1臺計算機，服務器連接Internet外部網絡采用專線（光纖）方式接入并配備固定公網IP。軟件平臺由數據接收軟件與應用軟件、視頻監控接收軟件構成。數據接收軟件主要負責遙測站數據在線接收、解碼、校驗與入庫等功能，系統應用軟件具有基于地理信息系統的數據展示、分析計算、統計、查詢與報表等功能，視頻監控軟件主要實現遠程監控等功能。

2 道路監測系統功能及特點

2.1 軟件平臺功能

2.1.1 數據接收軟件功能

數據采集系統應具備以下幾點功能：

1）系統能夠在5 min內收齊全部所有6處監測站的雨量、水位、積水深等數據。

2）系統自報、自報-確認、應答混合工作體制。

3）系統通訊組網可在GSM短消息通訊或GPRS通訊之間選擇，每個監測站可根據需要進行動態配置選擇GSM短消息通訊和GPRS通訊方式。

4）中心能及時了解各監測站的設備工作狀態（如電壓、自計內存狀況等）。

5）實時數據能自動寫入水情數據庫。其他各部門可以通過廣域網實時查詢系統所有測站的數據。

6）中心具有數據存儲、統計、報表顯示及打印和過程分析功能，如動態雨量水位顯示、柱狀圖、水位過程線等。

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

8）監測站通信信道調整可通過設置完成。

9）系統能區分調試數據和實際數據，設備調試狀態下的數據不能進入數據庫，只作顯示供維護人員使用。

10）系統具有可擴展性，可以方便地增減測站數量和傳感器的數量。修改工作將通過密碼控制由有關管理人員進行操作，實現系統數據庫管理功能。

2.1.2 WEBGIS監控軟件功能

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

2.1.3 數據及圖像采集系統功能

1）視頻動態分布功能；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）可通過區域網進行遠程錄像查詢、回放、參數設置、實時監控；7）可程序控制錄像時間表，可自動循環錄像；8）可捕捉靜態畫面；9）儲存、回放、剪輯、處理方便。

2.2 監測系統特點

1）遙測站功耗控制機制。采用特有的軟、硬掉電技術，極大地降低遙測站的功耗，并可延長傳感器、通信設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^設置參數選擇遙測站以不同通信模式工作，可使遙測系統在通信效率和通信可靠性之間達到很好的平衡。

4）動態配置機制。可在本地或遠程動態地修改遙測站配置，十分有利于控制遙測系統在不同的時段（如汛期或非汛期）以不同的模式運行。

5）數據自記及遠程讀取。提供遙測數據的備份，使遙測系統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據的可靠性。

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進行數據交換、擴展應用開發，可通過簡單的升級硬件系統達到提高軟件性能的目的。

7）B/S軟件結構。采用流行的B/S結構，使得系統的運行管理十分簡便，只需調整WEB服務器即可達到增加服務能力、提升軟件功能的目的。

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

2.3 監測系統通信組網特點

數據系統通信設計采用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送各遙測站數據。圖像傳輸系統采用公網傳輸的方式。其優點如下：

1）實時性強：與短消息服務比較，由于GPRS具有實時在線特性，系統無時延，無GSM短信數據傳輸滯后現象，可以同步接收、處理多個或所有監測點的各種數據?？珊芎玫貪M足系統對數據采集和傳輸實時性的要求。

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

3）監控范圍廣：構建信息采集傳輸系統要求數據通信覆蓋范圍廣，擴容無限制，接入地點無限制，能滿足山區、鄉鎮和跨地區的接入需求。

4）具有良好的可擴展性：由于目前全市GSM/GPRS網絡已全覆蓋，基本不存在盲區，可實現大范圍的在線監控，滿足信息采集傳輸系統對覆蓋范圍的要求。

5）系統的傳輸容量大：中心站要和每一個信息采集點實現實時連接。由于信息采集點數量眾多，系統要求能滿足突發性數據傳輸的需要，而GPRS技術能很好地滿足傳輸突發性數據的需要。

6）數據傳送速率高：每個信息采集點每次數據傳輸量在15 bps之內。GPRS網絡傳送速率理論上可達171.2 kbit/s，目前GPRS實際數據傳輸速率在40 kbps左右，完全能滿足本系統數據實時性的需求。

3 效益分析

萊西市市區道路積水監測系統建成后，滿足城市防洪、城市規劃、城市建設的需要，增強城市防洪的預警和處理能力，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，為防汛抗洪、水資源開發利用和城市管理提供技術指導。同時也為市民出行提供便利，減輕自然災害對社會的影響。