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城市内涝积水监测系统
来源: | 作者:pmo1cd298 | 发布时间: 2017-08-03 | 2534 次浏览 | 分享到:
2016 版
城市内涝积水监测系统
方 案
(TC401W 无线电子水尺的应用)

2016 版城市内涝积水监测系统方案

   (TC401W 无线电子水尺的应用

 

 

一.

前言 .................................................................

1

二.

城市内涝积水监测系统简介 .............................................

1

三.

水位传感器的对比选择 .................................................

3

四.

电子水尺部分 .........................................................

4

 

4.1. 电子水尺基本特点.................................................

4

 

4.2. 电子水尺的技术参数...............................................

4

五.

无线端机部分 .........................................................

4

 

5.1. 设备基本组成.....................................................

5

 

5.2. 传感器接口类型...................................................

5

 

5.3. 数据通讯方式.....................................................

5

 

5.4. 电源与功耗.......................................................

6

 

5.5. 其它指标.........................................................

6

六.

结构尺寸 .............................................................

6

 

6.1. 传感器连接及安装孔尺寸...........................................

6

 

6.2. U 型连接件尺寸 ...................................................

6

 

6.3. 无线端机外型及连接尺寸...........................................

7

七.

无线电子水尺主要功能菜单 .............................................

8

八.

系统组成 .............................................................

9

 

8.1. 系统组成清单.....................................................

9

 

8.2. 软件系统功能.....................................................

9

8.1 .系统组成清单

系统

序号

产品名称

产品型号

数量

单位

长度

(米)

备 注

 

 

 

 

 

遥测站

 

1

感应式电子水尺

 

TC401

 

1

 

 

1.60

1cm 精度

(可以加长)

2

无线端机

TC401W

1

——

含天线

 

3

 

专用锂电池

18650

10AH/3.7V

 

1

 

 

——

专用定制进口电芯

4

太阳能板

10W/6V

1

——

定制

5

LED 显示屏

——

1

——

现场确定

 

6

 

安装附件

 

——

 

1

 

 

——

根据现场情况用户自制

 

中心站

 

1

上位机采集与设置软件

 

——

 

1

 

 

——

 

太工天成

 

2

数据管理/浏览软件(B/S 结构)

 

——

 

1

 

 

——

 

太工天成

. 前言

城市内涝积水监测系统方案

TC401W 无线电子水尺的应用)

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等低洼地带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 3 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与失踪事件……

2012 年 7 月 21 日,北京市区内的大暴雨造成 79 人死亡……

2013 年 3 月 22 日,长沙 21 岁女孩在暴雨中掉入下水道失踪……

2014  5  17 日,深圳突降暴雨,21 岁孕妇被水冲走…… 这些沉痛且深刻的教训,让全国人民记忆犹新……

“城市观海”的现象已经引起党中央、国务院的高度重视。国务院于 2013  9  6 日印发《关于加强城市基础设施建设的意见》,要求加强城市排水防涝防洪设施建设,用 5~10 年时间确实解决城市内涝的严重问题。

为此,城市内涝积水监测系统的建设极为必要,尤其是下穿隧道、低洼地带、城市内河等位置的积水监测。城市内涝积水监测系统即可以为决策机构的领导提供积水点的实时信息,也为市政/ 水务部门的排水调度管理机构提供数据,还可以通过广播、电视、手机等媒体为广大老百姓提供出行指南。

. 城市内涝积水监测系统简介

城市内涝积水监测系统主要对道路低洼地带、下穿隧道、城市内河等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。

遥测站监测站一般选在一下雨就积水的地点,主要功能是监测各个积水点的实时水位/雨量数据,并定时上报至中心站。

中心站一般设在相应的管理机构(如市政设施处、排水处、市防办、水文局、气象局等)的机房,通过相应的应用软件,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,有权限的上网人士通过浏览器就能够看到积水的实时信息。

有市电电源条件的路桥桥洞口,可以通过 LED 大屏实时显示当前水位值,给行人和车辆提供明确的信息,进一步保证了行人和车辆的安全;同,中心站上位机可以对显示屏的内容进行设置管理。

系统的拓扑图如下:


.  水位传感器的对比选择

目前最常用水位的传感器,按测量方式大致可分为机械浮子式、光电浮子式、超声波式、电容式、压力式、气泡式、雷达等多种形式,它们各有优缺点。

机械浮子式和光电浮子式都是来用机械齿轮减速产生进位和退位的办法来形成编码,为了产生可靠编码,一般都用格雷码输出,量程变化范围大,可以高达到 80 米。优点:原理简单、误差来源少、价格相对较低。缺点:机械加工复杂、运行阻力大、使用寿命短,土建成本相对较高。在城市道路积水监测系统中,该传感器显然不适用那样的环境。

超声波液位计是通过探测自身发出的超声波被液面反射后的信号换算液/物面位置的。它是一种非接触式传感器,特别适用于温度变化较小、水面比较平稳、波浪比较小的场合。超声波对反射目标有一定的要求,受环境因素影响较大,其误差较大。优点:与介质无直接接触,耐腐蚀性强,安装简便,易维护。缺点:超声波受传输媒介的气体成分和容器几何结构特性影响较大,不适用于有气泡或悬浮物的介质;容易受电磁波干扰,精度一般,在野外使用经常会出现数据跳变现象,目前在室外已基本淘汰。该传感器仍然不适用于城市道路积水监测那样的环境。

电容式液位传感器是利用电容两极板间电容值变化测量液面的高低。优点:体积较小,容易实现远传和调节;适用于具有腐蚀性和高压介质。缺点:介质和液面上部的介电常数必须保持恒定才能准确测量;测量范围受金属棒长度限制;对容器材质有较高的要求;被测介质具有导电性。该传感器仍然不适用于城市道路积水监测那样的环境。

压力式水位计安装简单,一般要求被测介质较为干净。在道路积水监测中,其透水池一定会被泥沙淤积而失效。气泡式水位计实际上也是一种压力式水位计,它是通过气源从容器底部向介质内充气。供气系统内的吹气压力只有与容器底部的液体静压平衡时,

气体才会从气管内进入容器形成气泡。这时测量供气系统内的气压可换算出测量点的静压,进而得到液位值。优点:耐腐蚀性强;能够测量高温介质。缺点:安装过程复杂,成本较高,维护费用较大。该传感器同样不适用于城市道路积水监测那样的环境。雷达水位计也是一种非接触式传感器,它通过探测自身发出的微波(波长很短的电磁波)被液面反射后的信息换算液/物面位置。优点:温度、湿度、雾等外界自然因素对其影响比较小,且测量精度较高,安装简单;可以测量压力容器内液位,可以忽略高温、高压、结垢和冷凝物的影响;与介质无直接接触;耐腐蚀性强;可在真空环境中使用。缺点:价格昂贵;受容器几何结构和材料特性影响;易受电磁波干扰。在城市道路积水监测系统中,路桥的高度一般在 3.54.0 米之间,雷达水位计的波束一般在 12º~15º,被测量平面的直径在 0.9141.049 米之间,在这个范围内不得有任何遮挡物,因此这个数据是水位计离墙侧壁安装的最小距离,如右图所示。在该范围内的路边上,一定有行人或者车辆通过,必然会影

响测量的结果,因此该传感器仍然不适合该环境使用。

太原理工天成电子公司研制的TC401 感应式数字水位传感器俗称电子水尺,获2000年度国家技术发明二等奖”,具有测量精度高,不受环境如温度、湿度、泥沙、波浪、降雨等因素的影响,安装时不需要建测井,既可以垂直安装,也可以倾斜贴壁安装,还可以沿河道面自下而上阶梯安装。可广泛应用于江河、湖泊、水库、水电站、灌区及输水等水利水电

工程中的水位监测,也可用于自来水、城市污水、道路积水等市政工程中的水位监测,特别适合于水文、城市内涝、城市道路积水、灌区渠道等水位变幅不是很大的场合使用。尤其适用于测量精度要求高,水位变幅不大的场合。

在城市道路积水监测系统中,首当其冲选用该数字水位传感器。

TC401W 无线电子水尺是由无线端机和电子水尺两部分集成一体而成, 下面就TC401W 感应式电子水尺”予以详细介绍。



. 电子水尺部分

4.1 .电子水尺基本特点

1) 电子水尺是一种采用先进微处理器芯片为控制器、内置通讯电路的数字式水位传感器,具备高可靠性及抗干扰性能。

2) 该产品采用了先进的生产工艺技术,不锈钢防护外壳,内部用高性能的密封材料进行特殊处理,产品具有防腐、防冻、耐热、耐老化的特点, 可在泥桨、污液和腐蚀性液体、冰冻等多种恶劣的环境中使用,即不受大气压力、湿度、含沙量、冰冻等外界因素的影响。

3) 电子水尺的采样精度与传感器的测量体长度无关,不同变幅的电子水尺, 其测量精度保持不变,都是 1cm

4.2 .电子水尺的技术参数

 

具 体 指 标

备 注

单元规格

40cm/80cm/120cm/160cm/200cm/240cm

6 种长度规格

变幅范围

可由以上不同单元规格自由组合

 

1cm(全量程等精度测量)

 

采样频率

20 秒

 

静态电流

≤15mA(160cm 传感器)

 

≤180mW(160cm 传感器)

 

工作温度

-20℃~60℃

 

. 无线端机部分

无线端机是集 RTUGPRS/CDMA/GSM 通讯模块、充电控制器和防雷模块为一体的新一代智能化遥测终端机,其各项功能使用说明如下:

1该端机壳体为铝压铸防水壳,尺寸为 125×80×55mm,密封性能良好。

2) 该端机内置袖珍 10AH/3.7V 锂电池,并配备充电引线接口,可直接接入 6V/10W 太阳能电池板或

5~6V 开关电源;内置锂电池可供系统连续阴雨天气正常工作 25 天以上。

3) 无线遥测终端机与传感器一体连接,通讯方式使用移动、联通或电信的 GSM/GPRS/CDMA 网络。安装时只需要打开盖子,安装 SIM 卡,并接入太阳能电池板,联网调试后即可固定安装。

4) 手机即为端机模块的手操器,上电启动后,模块会给指定的目标手机、GPRS 目标 IP(端口送该测站的编码等登陆信息;用手机短信可以修改其工作参数,使其符合工程的实际情况。

5) 通讯方式用 GSM 配置完以后,一般用 GPRS/CDMA 方式通讯。当 GPRS/CDMA 参数配置正确并工作正常后,GPRS/CDMA 就成为主通讯方式,其通讯命令与 GSM 方式兼容。

6) 有自动定时上报、增量触发上报以及有超限短信报警功能。

7) 实时数据召测功能:拨打站点的 SIM 卡手机号,三次振铃后自动挂断,无线端机会立刻采集当前实时数据并以 GPRS/CDMA 方式将数据发回中心站。要求该卡开通语音业务。

8) 白电话功能:无线端机可以启用并设置 3 个白电话,第一个是手机号,其它两个可以是座机或手机。启用白电话功能后,只有这 3 个电话可以设置和召测,防止其它的恶意电话骚扰。要求该卡开通来电显示业务。

5.1 .设备基本组成

 

基本部件

选配部件

1) RTU 模块

2) 通讯模块GPRS/GSM/CDMA

3) 3.7V/10AH 锂电池

4) 太阳能充电控制器

5) 避雷模块

6) 电话振铃检测模块

7) 压铸铝壳体

 

 

1) 5V 开关电源

2) 6V/10W 太阳能板

5.2 .传感器接口类型

 

接口

可连接的 I/O 设备

指标说明

 

RS485

LED 显示屏等

显示水位实时值等

TC401 电子水尺

分辨力:1.0cm

12V 供电的传感器

如雷达水位计等

雨量

雨量计

按雨量计规格确定分辨率

5.3 .数据通讯方式

 

通讯方式

方式类别

 

线

1) GSM+GPRS 或者 GSM+CDMA

2) GPRS 或者 CDMA

3) GSM

4) 可以给多个中心同时发送数据。


5.4 .电源与功耗

 

指标类别

指标说明

1) 工作电压

3.7V4.2V

2) 静态电流

4 mA(通讯模块待机)

3) 静态功耗

16 mW

 

5.5 .其它指标

 

指标类别

指标说明

 

1) 工作环境

温度:-20℃~+60℃ 湿度:95%RH 无凝露

2) 时钟精度

≤30 /年,可与中心时钟同步

3) 平均无故障时间(MTBF)

30000 小时

4) 固态存储容量

4MB

. 结构尺寸

6.1. 



. 系统组成

8.1 .系统组成清单

 

系统

序号

产品名称

产品型号

数量

单位

长度

(米)

备 注

 

 

 

 

 

遥测站

 

1

感应式电子水尺

 

TC401

 

1

 

 

1.60

1cm 精度

(可以加长)

2

无线端机

TC401W

1

——

含天线

 

3

 

专用锂电池

18650

10AH/3.7V

 

1

 

 

——

专用定制进口电芯

4

太阳能板

10W/6V

1

——

定制

5

LED 显示屏

——

1

——

现场确定

 

6

 

安装附件

 

——

 

1

 

 

——

根据现场情况用户自制

 

中心站

 

1

上位机采集与设置软件

 

——

 

1

 

 

——

 

太工天成

 

2

数据管理/浏览软件(B/S 结构)

 

——

 

1

 

 

——

 

太工天成

. 部分用户案例及照片

该系统的部分客户如下:

1. 上海市水务局(2011/12 两期下穿隧道共 200 余套,2013  8 套,2014  42 套,2015 

20 套,2016 年 20 套)

2. 北京市排水集团2008/09 年约 120 多套,2013  22 套,2014  6 套,2015  5 套,

2016 年 6 套)


3. 芜湖市市政工程管理处(2012/13 分别共 40 

4. 南京市城防办(2013 年道路积水监测 10 

5. 长春市城市内涝(2013 年道路积水监测 5 2014  36 

6. 广州市水文局(2011 年道路积水监测 10 

7. 佛山市水文局2011 年道路积水监测 6 套,2013  4 套,2014  6 套,2015  5 套,

2016 年 4 套)

8. 桂林市水文局(2013 年道路积水监测 5 

9. 青岛市城建局(2011 年道路积水监测 6 2013  11 

10. 济南市城市内涝监测(2013 年道路积水监测 5 

11. 菏泽市城市内涝监测(2013 年道路积水监测 8 

12. 东莞市三防办(2011 年道路积水监测 12 

13. 宁波市公路局/市政管理局(2012 年立交桥下积水监测 2 2014  4 套,2015  36 套,2016  45 

14. 杭州市市政设施监管中心(2014 年城市内涝监测 10 

15. 深圳市水务局(2014 年城市内涝监测 28 2015 年南山区 11 

16. 广州市荔湾区水务设施管理中心(2014 年城市内涝监测 14 )

17. 中山市市政维管处(2015 年城市内涝监测 30 

18. 惠州市水文局(2015 年城市内涝监测 10 

19. 温岭市水文站(2015 年城市内涝监测 5 

20. 海口市市政局(2016 年海口市城市内涝监测 19 

21. 昆山市政(2015 昆山市立交桥下积水监测 3 套,2016  21 

......

 


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