红岭灌区自动化工程初步设计

1、红岭灌区信息化建设专项工程 初步设计 (征求意见稿编制单位:海南新博海通科技有限公司 二一三年十月项目名称:红岭灌区信息自动化建设专项工程初步设计 项目法人:项目承担单位:海南新博海通科技有限公司项目负责人:吴 国 华审 定:陈 家 东审 核:林 国 辉校 核:胡 廷 会编写人员:吴 坤 雄林 国 辉陈 家 东郑 惟 锋赵 洪 滨胡 廷 会蒙 志 锦万 艳 雷目 录1、 引言 . 102.6、 参考资料 . . 183.3、 管理机构组织架构 . . 241、 引言本初步设计的目的在于从总体设计的角度明确红岭灌区信息自动化建设专 项工程的系统集成设计和各软件系统的设计。通过初步设计,明确系统的

2、功能、 项目范围和实现的技术手段,可以有针对性的进行下一步的系统实施、集成和 软件系统的开发等各方面的工作。2、 项目概述2.1、 工程概述红岭灌区工程设计灌溉面积 145.48万亩,总干渠渠首设计流量 45.0m 3/s,根 据水利水电工程等级划分及洪水标准(SL252 2000的规定,灌区工程规 模为等大(2型工程。红岭灌区由总干渠和东干、西干 2个灌溉系统组成的。其中灌溉总干渠、 东干渠桩号 0+00093+532段的设计流量均大于 20m 3/s;分干渠设计流量在 8.57m 3/s 3.12m3/s之间, 渠道均承担有供水任务; 支渠的设计流量均小于 5m 3/s, 其中包括有供水任

3、务的 11条支渠和其余 23条支渠。红岭灌区信息自动化建设主要是为了能够实时了解灌区渠系水资源分配状 况,对水资源进行及时有效的调度,减少因为水资源短缺而造成损失,提高田 间灌溉的保证率;充分发掘水源工程的水资源利用率,提高水源工程监控、水 资源优化调度和水行政管理的整体科技水平,促进水利管理业务的现代化,增 强管理调度能力,确保农业用水,为供水指挥决策提供科学、高效、可靠的技 术支持。根据工程的实际情况和需求,红岭灌区信息自动化系统的建设内容主要包 括:管理信息中心的建设、水情信息自动采集与监测系统、闸门自动控制系统、 安全监测系统、三防会商会议系统、计算机网络系统、用水管理决策支持系统 等

4、。海南省位于我国最南端,北隔琼州海峡与海南省相邻,西临北部湾,东南 和南边在南海与菲律宾、文莱和马来西亚为邻。海南省的行政区域包括海南岛 和西沙、中沙、南沙群岛的岛、礁及其海域。海南岛是我国仅次于台湾岛的第 二大岛。全省土地总面积 3.5354万 km 2(合 5303.1万亩,海域面积约 200万 km 2。海南岛呈东北 -西南向椭圆形状,长 300多 km ,西北 -东南宽 180km ,地处 北纬 18°10´20°10´,东经 108°37´111°03´,海岸线 1528km ,与海南省雷州半岛 相隔的琼

5、州海峡宽约 18海里。海南岛地处热带北缘,属于热带季风气候,长年无冬,素有 ” 天然大温室 ” 的美称,年平均气温 2226°C ,最冷的 1、 2月温度仍能达 1621°C ,年光照时数 为 18322558小时,光照率 50%60%,光温充足。日温差大,全年霜冻,冬季 温暖。 雨量充沛, 年平均降雨量 1639mm , 有明显的多雨和少雨季节, 每年 510月份为多雨季节, 总降雨量 1500mm 左右, 占全年 7090%, 11月至来年 4月为 少雨季节,仅占全年的 1030%,少雨季节常常发生冬旱或冬春连旱。红岭水利枢纽工程位于海南省中部五指山区琼中县中平镇境内,

6、是以城乡 供水和农业灌溉为主、结合防洪,兼顾发电等的综合利用水利枢纽工程,也是 海南省水利布局中不可缺少的大型调节性骨干水利枢纽工程。红岭灌区工程是红岭水利枢纽工程的配套项目,红岭灌区工程的主要水源 以红岭水库为主,属于跨流域引水灌溉工程,通过灌区的各级干支渠联结灌区内的已建的中小水库,组成大、中、小并举,蓄、引相结合的长藤结瓜式自流 灌溉系统。灌区工程位于海南省东北部,灌区范围涉及文昌、海口、琼海、定 安、屯昌等 5个市(县共 45个乡镇 13个国营农场,全灌区南北长约 162km , 东西宽约 68km , 国土面积 875.5万亩,灌区的地理位置和范围见下图 2.1-1, 红岭灌区在海南

7、省位置示意图。 图 2.1-1 红岭灌区在海南省位置示意图海南省是一个农村人口比例和农业产值占 GDP 份额都普遍偏高的省份,在 经济和社会发展过程中,农业一直起着重要的支撑作用。到 2010年,海南省是 全国唯一在 GDP 中农业增加值接近 30%的省份, 达到 27.94%, 与第二产业 26.80%相当,低于第三产业 18.36个百分点; 在农民收入结构中,来自第一产业的收入达 74.6%,远高于全国的平均水平,因此,农业是海南省经济的基础产业和支 柱产业,同时也是优势产业。灌区工程涉及文昌、定安、琼海、屯昌、海口等 5市县共 45个乡镇和 13个农场的农业用水、乡镇供水、人畜饮水和城市

8、供水。灌区内 2010年末总人口 105.14万人,约占 5市县总人口 31.56%,占全省 总人口 11.72%, 其中农业人口 69.15万人; 城镇人口 35.99万人, 约占 5市县城 镇总人口 24.82%,占全省城镇人口 10.48%,区内城镇化率 34%;国民生产总值 (GDP 184.62亿元,占全省国民生产总值 8.18%。其中第一、第二、第三产业 分别为 95.89、 27.54、 61.19亿元,分别占全省的 17.51%、 3.89%、 6.11%;从人 口和产业比例上分析, 本灌区主要以第一产业 农业为主, 工业规模都很小, 是 本省比较典型的农业区域,灌区内耕地总面

9、积 257.2万亩(不含园地,约占全 省耕地总面积的 23.61%, 其中水田 123.79万亩, 约占全省水田总面积的 21.03%; 灌区内 2010年经济社会基本情况见表 4.3 2。灌区内的琼海、文昌、海口三市是海南省工农业经济较发达地区,土地资 源丰富,森林覆盖率高,盛产各种热带作物,有丰富的水产、矿产资源,也是 海南旅游热点地区,是琼东经济带的重点市县。2.2、 需求概述目前,红岭灌区还在设计规划阶段,根据国内大型灌区的建设经验,设计 规划应满足灌区三防指挥、工程监测监控、工程管理、水资源调配等要求,因 此,建设一整套灌区信息化管理系统,提升工程的现代化管理能力,使灌区有 效地发挥

10、灌溉、防洪的效益是十分必要的。海南省红岭灌区信息化项目建设需 求主要体现在以下方面:1、防汛抗旱随着我国从工程水利向资源水利转变,从传统水利向现代、可持续发展水 利转变思路的实施,计划供(用水已势在必行。在当前没有大型明渠流量计 的情况下,计划供(用水的核心是按计划指标交接水位。抗旱期间,行政领 导、管理人员及灌区调度中心都需要及时了解各输水渠道交接处的水位值。目 前对各交接处水位值的观测与传递很难满足及时、准确的要求,给抗旱指挥带 来极大的不便,难以实现上下游均衡受益、全灌区抗旱保丰收的管理目标。因 此,灌区防汛抗旱迫切需要建设一套水(雨情实时监测系统及合理工调配水 系统。2、农作物生长要求

11、灌溉科研成果表明,水对农作物生产既有正面的影响,也有负面的影响。 在完全缺水的情况下,将会导致作物颗粒无收;如果不能适时适量地满足作物 的需水要求,也会导致减产。灌区的灌溉范围涉及面广,各地土壤状况、气候、 降雨、作物及农事不同步等存在差异,各地作物生育阶段的进程也是不同步的。 在这种情况下,要适时适量地确保全灌区农田的灌溉,根据生育阶段满足其对 水分的需求,及时掌握农作物生长对水分的需求。3、综合管理发展综合经营,是红岭灌区自我维持、自我发展、最终步入良性运行轨道 的重要途径。首先,从单纯经营管理的角度来说,现代的经营是市场经济条件 下的竞争性经营。市场经济的竞争不仅包括人才、资本、产品的竞

12、争,更包括 信息量的竞争。实践证明谁掌握的信息量大,谁就取得了经营的主动权,同时 信息的时效性对经营的效果有着更大的影响。信息量的获得,没有信息化系统 是不可能的。 再从灌区水管理范畴发展综合经营的角度来看,完善灌区配套, 提高工程标准、管理手段的目的,就是为了提高灌区水资源的利用效益。提高 灌区水资源利用效益的主要途径,是在适时适量地满足区内农田灌溉的前提下,最大限度提高水资源综合利用程度,以取得最佳的水资源效率。城镇生活及工 业供水的发展,对水资源的管理(即经营管理提出了新的、更高的要求,需 在全面掌握用户信息的基础上,根据灌区水资源状况,采用系统分析方法,确 定水资源的优化利用方案,以取

13、得水资源的最佳利用效益。要实现灌区经营管 理的理想效果,不应用现代信息技术是无法做到的。4、供水调度与管理供水调度是灌区实施计划供(用水的重要环节,优化调度则是实施灌区 水资源优化配置、利用的保障措施。优化调度的前提是要及时、准确地掌握灌 区水资源、工程运行、作物生长阶段对需水要求、各用水户对水资源的要求、 雨情状况等灌区现状。由于灌区范围大,工程分散,分水建筑物多,区内气候, 土壤及农作物生长存在差异,降雨时空分布不均匀,工程状况及基础水资源的 动态性等,如果用传统的人工采集及传递信息方法来决策调度方案,往往使灌 区水资源调配滞后于客观实际的变化,很难满足优化调配的要求。在当前条件 下,灌区

14、习惯于编制静态配水计划,由于灌区范围大,灌溉定额难以考虑农田 土质的差异,造成实际需要与计划指标的不一致。大部分农田为沙质土壤,耗 水量相对较大,每到旱期,如果按配水计划指标供水,就难以满足农田需水的 实际要求。因此,要及时掌握灌区动态因素的变化状况,为优化调配灌区水资源提供 科学的依据,只有建设一套灌区信息化系统才能做到。 灌区供水管理,是灌区 水管理的重要内容,是使灌区有限的水资源,实施优化配置和利用,适时适量 地满足用户需水要求的重要环节。随着形势的发展,绝大多数灌区已由单向型 农业灌溉供水向综合型供水发展。大部分灌区不仅担负农业灌溉供水的任务, 而且还为周边市、县提供生活用水和企业等工

15、业用水,在我国水资源相对匮乏 的情况下,供水管理,特别是综合性供水管理就显的特别重要。5、信息交流随着科学技术的进步,通信和计算机技术的发展,以及信息技术在社会各 个领域中的快速普及,如果灌区仍然应用传统方法与外部交流,那将是完全不 相适应了,何况灌区的各项管理工作需要得到上级和社会各界的大力支持。 因此,应用现代通信和计算机网络技术加强与当地三防等部门的交流,既 是灌区水管理的实际需要,也是时代对灌区的要求。2.3、 建设目标本工程管理信息系统建设的总体目标是:建成以红岭灌区管理分局为中心, 覆盖灌区各管理区、管理站和信息点,集遥测、遥信、遥调和遥控为一体的水 资源综合利用和管理网络,借助灌

16、区管理信息系统,进行灌溉水资源的优化, 实现节水增效、可持续发展的目标。2.4、 建设内容根据红岭灌区可行性研究报告,结合本工程信息化的实际需求,工程 信息管理系统设计内容主要包括:(1信息采集,包括水情自动测报系统,信息采集自动测报站及其无线通讯 网络的建设;水闸泵站远程自动控制系统,利用无线通讯网络,实现水闸站的 远程监控;渠道流量监测系统,在东、西干渠、 3条分干渠的各个分水口及重要 的供水户(乡镇供水水厂取水口布置流量监测设施,实现渠道流量在线监测 及管理。(2通信和计算机网络系统结构平台建设;包括管理分局信息中心、各管理 区、管理站的计算机网络系统建设以及他们之间的通信网络,和管理分

17、局信息 中心与省政务专网等的网络通信。(3 综合数据库及应用支撑平台建设, 包括建设一套红岭灌区综合数据库, 含数据库建设、数据库维护管理系统,应用支撑平台采购,包括地理信息系统 和应用服务平台。(4灌区信息化管理系统建设,包括监测与管理、用水调度、防汛预警、水 费计收、管理维护等模块。(5实体环境建设,包括建设会商会议室,视频异地会商系统、服务器及 存储管理平台和机房环境建设。2.5、 设计依据国家防汛指挥系统工程水情信息采集系统分类设计指导书水文基础设施建设及技术装备标准 LS276-2002水文自动测报系统技术规范 SL61-2003水文情报预报规范 SL250-2000水情信息编码标准

18、 SL330-2005水文情报预报拍报办法水利系统通信业务导则 SL292-2004实时雨水情数据库表结构与标识符标准 SL323-2005基础水文数据库表结构与标识符标准 SL324-2005水库工程管理设计规范 SL106-96土石坝安全监测技术规范 SL60-94水利水电工程施工测量规范 SL52-93工业企业通讯接地设计规范 GBJ79-85建筑物防雷设计规范 GB 50057-94(2000版数据通信基本型控制规程 GB3453数据元的交换格式、信息交换、试运行、日期的时间表示法 GB/T7408-1994电子设备雷击保护导则 GB1450水利信息网命名及 IP 地址分配规定 SL

19、307-2004建筑物电子信息系统防雷技术规范 GB 50343-2004水利信息网建设指南 SL 434-2008软件工程术语 GB/T 11456-1995计算机软件单元测试 GB/T 15532-1995软件包质量要求和测试 GB/T 175441998软件可靠性和安全性设计准则 GJB/Z 102-96计算机软件测试文件编制指南 GB/T 9386-1988软件文档管理指南 GB/T 15570-1995网络技术标准 IEEE802.32.6、 参考资料(1红岭灌区可行性研究报告(2 ISO9001:2000 质量管理体系-质量手册(3 CMM3软件管理标准手册3、 系统总体设计3.1

20、、 系统规模结合工程的实际需求,海南省红岭灌区管理信息系统涉及的监测站点包括 流量监测点 76个,其中东干渠 29个,西干渠 7个, 3条分干渠 17个,重要供 水户 23个;远程自动化控制闸门 27座(含总干渠、东干渠和西干渠上各节制 闸、分水闸、泄水闸和退水闸闸门,以及 10#12#支渠的渠首 3座泵站;各类 遥测站 27个(包括中型水库已建的 13个水位雨量站,新建遥测水位雨量站 8个(含水位井,新建遥测雨量站 8个。 监测信息详见表 3-1。表 3-1 监测信息点表 3.2、 总体设计思路灌区信息管理系统总体拓扑结构如图 3.2-1所示。 图 3.2-2 灌区信息管理总体拓扑结构图灌区

21、管理分局(信息中心是本系统的集中监测和实时控制中心,也是本 系统的管理、维护中心,各管理区、管理站是所管辖范围内的集中监测和管理、 维护中心,对所管辖范围的监测作为信息中心灌区信息综合管理系统的一个远 程客户端。现地监控点用于现场操作人员对本地设备的监测和控制,同时负责采集本 地各种设备的实时信息,并及时通过数据通信网络将信息上传,接受并执行上 层系统下发来的控制指令等;根据调度要求,闸泵站远程监控点能够从中心站 和管理区、管理站直接对现场设备进行监控。灌区信息管理系统总体框架如下图 3.2-2所示。 整个系统划分为信息管理系 统和为管理系统提供支撑的基础设施两大部分,而为完成基础设施和管理系

22、统的建设必须有相应的保障体系。系统在规范安全的保障体系框架内,由信息采 集与传输网络两个系统获取监测数据,在统一的硬件支撑平台和应用服务平台 的支撑下,实现水环境监测与管理、用水调度、防汛调度、水费计收四大业务 应用系统。 图 3.2-2 灌区信息管理总体框架图基础设施建设包括信息采集系统、数据传输网络和硬件支撑平台三部分。 其中硬件支撑平台主要是指机房环境和监控会商室的建设;信息采集系统由水 情测报系统、水闸泵站远程控制系统、渠道流量监测系统组成。(1传输网络传输网络是整个系统网络数据交换的基础,建设内容包括采集系统的信息 传输网络建设、和灌区管理分局、管理区、管理站三级网络建设,以及管理分

23、 局至省三防办、水务局的网络建设。(2机房环境机房环境建设作为业务系统运行的基础支撑环境,主要建设内容包括服务 器及存储设备、 UPS 后备电力设备和机房装修等。(3监控会商监控会商室是分析灌区调度、汛情、水情、工情监测等信息,进行调水会 商,或重大问题决策及指挥的场所,也是有关领导和专家会商处理工程调度突 发事件和大型水事件的重要场所(具备异地会商功能。同时会商室还兼顾着 与外界技术交流、学术讨论的用途。根据会商实际需求,同时考虑兼顾一些中 小型会议等用途。建设内容及配置包括:大屏幕显示系统、会议扩声系统、中 央控制系统 , 以及支撑工作环境的其他辅助设备(即:灯光、空调、防雷接地、 综合布

24、线、环境装修等。(4水情测报建设灌区水情测报系统,收集各供水水源的来水资料,进行合理调度,优 化配置水资源,减少水资源浪费,使工程发挥出最大的灌溉、发电等效益。并 对灌区工程的施工安全、水库的防洪调度、经济运行起重要作用。灌区主要为各干、支渠渠首、各水库补水口的水位测报、 81宗中小水库及引水工程的水位、 雨情及各管区的雨量测报。(5水闸泵站远程控制水闸泵站远程控制系统主要实现将干渠以上具有流量调节功能的各主要闸 门(含总干渠、东干渠和西干渠上各节制闸、分水闸、泄水闸和退水闸闸门, 共计 27座水闸,以及 10#12#支渠的渠首 3座泵站,实现自动化控制和远程 遥控。(6渠道流量监测渠道流量管

25、理至关重要,灌区如何准确计量渠道流量是向用水户提供优质 服务的关键,是实行计划用水、定额供水、科学管理的基础,是灌区运行管理 决策的依据,也是提高工程运行管理效益的必要手段。根据本灌区的实际情况, 确定在东、西干渠、 3条分干渠的各个分水口及重要的供水户(乡镇供水水厂 取水口布置流量监测设施,并实现远程自动化监控。整个灌区共布置流量监测 点 76个,其中东干渠 29个,西干渠 7个, 3条分干渠 17个,重要供水户 23个。管理系统建设包括应用服务平台建设和灌区信息化管理系统两大部分。其 中应用服务平台建设是整个灌区信息化管理系统运行的软件基础,具体建设内 容包括综合数据库和应用支撑平台;灌区

26、信息化管理系统是项目的核心管理平 台,具体包括水环境监测与管理、用水调度系统、防汛调度系统和水费计收系 统。(1 综 合数据库根据数据库系统的功能特性,结合红岭灌区的具体情况,建立灌区综合管 理数据库,综合管理数据库可以与三防、水务局的综合数据库进行数据共享与 交换,形成红岭灌区数据库管理系统。(2 应 用支撑平台灌区信息管理系统在应用支撑平台的支持下运行,应用支撑平台是灌区信 息管理系统的软件支持环境,是连接灌区信息管理系统与采集系统之间的桥梁。 (3 灌 区信息化管理系统运用当代先进的计算机和应用软件技术,以信息化数据为基础,以业务流 程为主线,以安全、科学的利用数据为目的,通过遥测采集、

27、地理信息系统等 技术手段,构建先进的灌区信息管理系统,为灌区的信息化管理及其业务应用 提供技术支持,为主管部门决策支技提供有力手段。3.3、 管理机构组织架构红岭灌区管理分局拟设立于屯昌县屯城镇,内设办公室、工程科、调度科、 综合经营科、工程维修队和灌溉试验站。局下设置屯城、黄竹和大致坡 3个管 理区。管理区下按渠道划 12个片,设置相应的管理站,管理站下设乡镇管理组组下设斗长。 4、 信息采集信息采集包括水情测报系统、水闸泵站远程控制系统和渠道流量监测系统。 4.1、 信息采集流程信息采集流程:各测站灌区管理分局管理区或管理站。测站点的流量、水位数据信息分别由数据采集设备负责采集,通过数据采

28、 集遥测终端(RTU 校对处理后,保存在终端里;采集终端按照系统设置的时间 定时发送到灌区管理分局(管理信息中心上保存,管理区及管理站通过 WEB 页面访问灌区信息化管理软件获取监测数据。4.2、 采集组网方案无线传输方式。以修建通信铁塔 (超短波 为主的自建无线网络。方案优缺 点:一是为实现灌区的统一防汛调度,管理局与灌区管理站需建设多处通信铁 塔,投资费用大,但后期维护费用较低。既可以充分利用国家和地方配套投资, 又可以减轻灌区在网络体系运行中的维护经费负担。二是受灌区地形限制,需 增建多处中继站,建通信铁塔费用过高,运行受恶劣天气影响大,无线传输信 号不稳定。自建光纤传输方式。自建光纤的

29、专业性较强,维护任务大。随着白建光 纤技术的推广,其优点不断显现。一是灌区测站、水闸等信息化节点沿渠道布 置, 在网络结构方面易于铺设光纤组网, 二是自建光纤传输具有抗干扰、 传输 距离远、保密性好等优点。缺点:各信息化节点相距较远,全程自建光纤一次性 投入较大, 自行维护的工作量大、 费用高, 并且渠道穿行 于山区、 河流和沟谷, 采用深埋、架杆、放置等手段铺设光纤,极受场地限制。有线传输。 2005年以后,随着互联网发展日臻成熟,灌区组网主要倾向 于利用公网。方案优点:一是随着灌区内各县 (市 的经济发展,公网辐射或延伸 区域范围加大,在客观上为公网组网创造了条件;二是,利用 (或者租用

30、公网的 费用逐年下降;三是公网在稳定性、安全性、兼容性、通用性等方面技术优势 日益显现,利用公网是未来网络传输的大趋势。方案缺点:一是灌区渠首偏僻, 距离城镇较远,公网通信的带宽受限,运营的范围尚不能实现全覆盖;二是公 网常年使用和长期维护费用较多;三是网络 (有线 在灌区各类水情、工情信息传 输中存在局限性。无线传输。 GPRS(通用分组无线业务 是在现有 GSM 网络上开通的一项分 组数据传输业务适用于间断的、突发性的和频繁的、点多分散、中小流量的数 据传输。其优点是数据传输稳定,建设费用较低,使用简单,设备功耗低,运 行时间长,维护成本很小,可随运营商设备的升级而升级。其缺点是由于其自

31、身特点,适用范围受限,其传播速率受到网络和终端现实条件的制约, GPRS 分 组通过不同的方向发送数据,最终达到相同的目的地,数据在通过无线链路传 输的过程中,可能发生一个或几个分组丢失或出错的情况。根据上述组网方案的优缺点,结合红岭灌区信息化建设任务及灌区属线状 工程的特点,考虑灌区通信网络系统主要担负着水情遥测、闸门远程控制,及要求在实施之前对每个站点的信号进行实地测试,对于信号不满足实施要 求的测点,可以与当地移动运营商协商解决,运营商整改后如仍无法满足要求 的,可采用 CDMA 或 WCDMA 信道测试并实施。通信信道测试主要完成测试点的雨量、水位、流量等信息的综合通信信道 传 输测试

32、,测试的通信信道采用 GPRS/GSM 双通道方式。参照中国移动公司基站设立测试方案,结合信息采集传输系统的通信信道 需求,同时 采用三种方式测试 GPRS/GSM 信号。(1站点 GPRS/GSM 无线电信号场强值勘察测试以拟设站点 500 米地段周边选取最佳点,再以该点为中心,以半径 200m 进行 差落分析,并附信号变化说明。测试频段为 GSM/GPRS900/1800/1900MHz,每站点测试时间为 2h。 测试结果以表格和曲线图方式表 达。(2站点 GSM/GPRS 数据通信终端实测在 GPRS/GSM 无线电信号场强值勘察的基础上,以拟设站点半径 200m 范 围,主 要测试数据

33、通信传输延迟、通畅率和误码率等三个技术参数。首先要测试出所在地周边基站信息,即 GSM 位置区号码(LAC 、网络 小区号(CID 、频点(BCCH 、电平强度(RxL 、话音等级(RxQ 等参数。 然后进行数据通信测试,测试流程为:从终端拨号登陆上网数据交换 挂号等 GPRS 数据通信全过程。(3主要的取用原水企业终端设备 RTU 现场实测 -综合实测综合实测是站点选择可靠性最为直接的保证。在站点 GSM/GPRS 数据通信终端实测的基础上,以拟设站点半径 200 米范 围,主要测试数据采集通信终端实地数据采集与数据交换的实际效果。测试项目包括中心站向遥测站发送命令或数据:中心站高级参数设置

34、、中 心站发送召测命令、中心站常规参数设置、中心站发送召测命令,以及遥测站 向中心站发送数据:遥测站发送数据、遥测站发送整点自报数据。最后须对现场测试过程和结果进行描述。在测试点安装相应的传感器,并通过数据采集终端采集若干组相关数据信 息,然后 通过 GPRS/GSM 传送;在中心站进行接收,处理和显示,并得出相应 的数据统计结果,给出测试报告。遥测终端安装水位传感器、流量计、和雨量计,采用定时自报、时段加报 和实时招测相接合的工作体制,实现水位、雨量、和流量的定时或实时采集, 并通过 GPRS/GSM 网络传输至中心站。中心站完成数据入库,报表和显示。 每个站点的测试运行时间为 2h,测试结

35、束后,给出各测试点的信道传输速 率、通畅率、误码率和传输延迟时间等数据统计报告。4.3、 水情测报系统水情自动测报系统是本工程信息管理工程中的一个重要子系统。本系统主 要任务是采用现代科技实现水位、雨量等信息自动采集、传输及处理,包括各 遥测站的自动采集和固态存贮;向信息接收中心站传输数据;中心站进行数据 处理,计算并输出相关水文信息供水源工程综合信息管理系统调用,并可对外 发布。 图 4.3-1 水情遥测数据流程图红岭灌区水情测报系统具有实时采集传输水雨情信息、数据库管理、信息 查询、水情预报、监控告警等功能。建设灌区水情测报系统,可以收集各供水 水源的来水资料,进行合理调度,优化配置水资源

36、,尽量减少水资源浪费,使 工程发挥出最大的灌溉、发电等效益。并对灌区工程的施工安全、水库的防洪 调度、经济运行起重要作用。灌区水情测报系统是利用宽带网络、移动无线通信和光纤通信、自动控制、 视频监视、计算机信息等技术,为水源工程管理各项工作的现代化进程提供先 进的技术手段。建设覆盖整个工程的通信网络系统要保证通信畅通,使信息监控中心指挥 的命令能迅速下达,各监测信息情报及时上报,提高管理水平,增加社会效益, 配合视频监视,使水源工程的水资源调配更合理、更实时。灌区主要为各干、支渠渠首、各水库补水口的水位测报、 81宗中小水库及 引水工程的水位、雨情及各管区的雨量测报。根据红岭灌区水库群、渠道灌

37、溉的任务及流域暴雨洪水特性,从通信组网、 便于建设、管理等原则,进行本系统的站网布设。红岭灌区的水情测报系统主 要由信息接收管理中心站、水情遥测站等部分组成。根据红岭灌区工程现代水利设施开发利用信息系统采集和流程需要,拟设 计信息系统由信息接收管理中心站、水情遥测站等部分组成。由于水闸泵站远 程监控系统(4.4章节已考虑对干支渠渠首的水位观测设备的设置,故在本章 节不再考虑。1 雨量站雨量站的设置应能保证设计区域面雨量的计算精度和各产汇流计算单元面 雨量的计算精度。因此,站网应达到足够的密度,原则上以每 50km 2设立一个 雨量监测站为宜,并且面雨量站在大范围内尽可能均匀,雨量高值区和低值区

38、 均应设站,各单元面积皆应有代表性测站,在雨量等值线梯度明显变化处也应 设站,并且加密。降雨较少且分布均匀的,站点可稀些;暴雨区的站点要密些, 灌区水库已有的雨量站也并入水情测报系统。2 水位站主要从几个方面需求进行设置:满足灌区运行安全和预报计算需求而设置的,包括中型水库和小一型水库, 引水工程;与工程任务有关的下游遥测水文 (水位 站。3 优先在有资料测站布设原则通常遥测水文 (水位 站应尽量布设在原测站, 遥测雨量站应尽量布设在原雨 量站附近。4 尽量利用现有测站原则利用现有测站可减少投资,同时现有测站也是经过规划论证而进行设置的, 积累了一定的资料。5 减少测站原则当现有站网密度较大,

39、在满足预报精度的要求的前提下,通过相关分析等 手段,可在遥测站的布设中选择有代表性的测站存在即可。6 增加测站原则预报范围内的现有站网密度达不到水文预报的精度要求需增设测站时,为 满足水文预报精度和可靠性要求, 可适当增加遥测站数目, 但冗余度应小于 10%。 7 便于通信组网原则遥测站布设要便于通信组网。8 避让原则遥测站均应注意避开强电磁场干扰以及强震动等干扰源,还应避开可能发 生塌方、滑坡或泥石流等的危害区,避开强噪声、强震动和有遮挡物等干扰区。 9 便于建设和维护原则站网布设过程中,应便于建设、运行和维护管理,交通方便。红岭灌区站网的布设,根据灌区降雨特性、灌区江河流域洪水特性、产汇

40、流特点、水库分布、各干支渠的布置、已建站网分布及资料条件,结合水文预 报技术的现状,红岭灌区灌区水情管理系统布设各类遥测站 27个(包括已建成 的中型水库观测站,其中新增遥测水位站 18个:各中型水库在除险加固建设 中已增设了水情测报系统,因此可将其纳入红岭灌区水情测报管理系统进行统一管理,不再新增站点,本次主要考虑小(一型水库及引水工程。灌区范围 内,与灌区有水利联系的小(一型水库有 68座,数量较多,仅考虑囤蓄的 8座,小型水库现状均为设水尺观测,除险加固后也没有增设观测设备,因此本 次增设遥测水位雨量站,共增设 8个水位站,并建水位观测井;由于灌区内有 水利联系的引水闸引水流量均较小,因

41、此不考虑对其进行相关观测;灌区雨量 站按灌域考虑,西灌域设 2个雨量站,东灌域设 4个,共 6个雨量站;灌区需 设中心站一个。 另外为便于管理、维修,需配工具车一辆。 各类测站数量统计 见表 4.3-1。表 4.3-1 红岭灌区水情遥测系统测站统计表 中心站子系统由数据接收、处理系统及入库自动转发软件以及洪水预报软 件等组成。系统主要实现各遥测站信息的实时接收处理和对遥测站的远程控制, 能同时具有接收 GPRS (GSM 信道实时数据信息和工况报告,经检查及预处理 后存入水情数据库和运行档案数据库中,水情数据库按国家防汛指挥系统工程 的库表结构建立。并具有数据转发、查询、打印等功能。同时向分中

42、心站和上 级水情中心发送水情信息。中心站系统集成内容包括:1、建立实时水雨情等信息接收、转发、处理系统。2、按统一的数据库结构在中心站建立遥测数据库、历史数据库。并要求按 国家防汛指挥系统的要求实现数据入库。数据处理系统在此基础上对数据进行 进一步的处理,生成 1小时及其他时段数据存放到时段数据库中。3、遥测数据按统一标准汇集到上级。4、建立中心站水情(远程查询、分析、报表生成等应用系统。提供常用 的数据表的自动生成功能,生成的报表可以打印或存入文件中。包括:水位日 报表、雨量日报表、雨量月报表、逐日平均水位表、逐日平均流量表、逐日降 水量表、逐时降雨量表、降水量摘录表、水文要素摘录表,可进行

43、任意时段的 雨量累积计算,并形成报表。报表可以打印、输出。5、按信息编码标准编制转报软件。通过报文编码系统,计算机可以设定成 自动拟定报文,也可以通过人工交互方式生成报文。具有将遥测数据和解析合 成后的实时水雨情及遥测设备运行状态等信息存储到后台计算机的遥测数据库 中的功能,并实现自动转发,可根据用户需求实现群发功能。中心站具有实时接收、处理等功能,并建立相应的水、雨情的实时和历史 数据库,按国家防汛指挥系统的要求将接收的数据存入数据库;并将数据实时 转发到分中心站及上级部门;遥测站和中心站具有对系统管理和维护的功能,可现场和远程对遥测站运 行参数读取、设置和更新;中心站具有对系统管理和维护的

44、功能,可绝对实现远程对遥测站运行参数 读取、设置和更新;中心站具有接收、处理、存储、上网转发遥测雨、水情数据统计分析等主 要功能;中心站具有遥测状态管理如运行时间、蓄电池电压、遥测站数据终端存储 空间、传输路由、通信方式的设置、读取、查询显示;分中心站对遥测数据终 端进行自动校时等功能;中心站具有遥测数据库数据查询及维护功能;能对实时雨、水情数据进行 查询显示,可达到动态监测,根据管理级别可对数据库中的数据进行修改、插 入、删除,并能自动更正数据库中的相应统计数据。为了保证数据传输的可靠性, 降低丢包率, 每个分中心都配备了 GSM/GPRS通讯机进行数据接收,通过事先设定个每个通讯机的接收站

45、点,即使在遇到系 统数据发送频繁时,能保证分中心的数据接收不会因为短信条数太多而造成的 信息堵塞现象。通过这种冗余机制,可以将数据错码率减至最少,从而达到规 范要求的水平。根据本系统选定的组网方案和系统需求,本系统测站采用自报 /应答兼容式 的工作体制。测站平时处于睡眠状态,当系统满足自报条件(增量或时段时,马上唤 醒工作;另外,通过定时开机或者通过定义通信协议来实现系统的应答功能。 这种工作体制结合了自报式和应答式的优点,是比较灵活的工作体制。遥测站功能应满足国家遥测系统遥测通信站建设要求,其单站功能还具有 现场和远程设置、读取设置本站站号、雨量初值、水位初值、传感器类别、水 位采样间隔时间

46、、报汛段次、水位雨量变化阀值、主备信道选择等参数,以及 系统自动对时、自维护、蓄电池欠压中心站报警等功能。其总体功能如下:具有实时、定时自动采集、存储所有遥测站点雨、水情数据;具有自动采集蓄电池实时电压值,并随水情数据发送到中心站;通过建立的 GPRS (GSM 通信信道能将遥测站水情数据及时地传输到中心 站。采用主备式通信信道的遥测站, 具有在主信道 GPRS 失效时自动切换至备用 信道(GSM 的功能;整机结构合理,具有现场置数和显示功能,通过置数键盘可置入人工测量 参数(如流量、水位量、雨量发送至中心站;具有现场对遥测站运行参数地读取、设置和更新。系统数据畅通率: 98%。(1测站可根据

47、实际情况设定为采用增量自报或定时自报结合定量加报的 工作体制,当满足自报条件时自动把测站的信息发回中心站,定时间隔(124小时可设置。(2雨量采集:雨量每次翻转触发 CPU 将雨量记录首先写入数据采集终端的 固态存储器。(3水位采集:遥测终端通过时钟定时,每 5分钟采集一次水位。 CPU 将采 集到的一条水位记录写入数据采集终端的固态存储器,当(整时定时一到, 马上将该整时采集到的(瞬时水位值上报,若满足加报条件,则立即加报, 然后,设备再次进入掉电状态。(4测站能响应管理信息中心或管理所远程取数的命令,将固态存储数据批 量上传。(5随机自报:当被测参数变化超过规定阈值(如 5mm 雨量或 1

48、cm 水位变 化等,阈值可在本地或远程设置时,遥测通信终端设备及相关电路自动上电 工作,将雨量累计值和实时水位值发送至中心站;(6定时自报:按设定的定时时间间隔 (按照时段要求,如 1小时、 3小时、 6小时、 12小时、 24小时等等,可任意设置 ,定时向中心站发送当前的水位雨量 数据。发送的数据包括遥测站站号、时间、电池电压、报文类型等参数。时间 间隔可在本地(通过置数键盘 /计算机或在中心站远程设置;(7蓄电池电压采集:定时采集蓄电池电压,并在定时报时段自动向中心站 报告并存入相应的数据库中,即可在中心站可查询测站的电压运行轨迹,可由 中心站软件设置不同电压报警等级,方便运行维护人员提前

49、作好维护决策; (8参数设置:现场和远程可设置本站站号、雨量初值、水位初值、传感器 类别、水位采样间隔时间、报汛段次、水位雨量变化阀值主备信道选择等参数; (9人工置数:可通过置数键盘将人工测量参数(如流量、蒸发量、泥沙量 等人工置数发送至分中心站,并接收中心站发回的数据接收成功的回执信号; (10数据存贮:采集的水位、雨量等数据具有现场存贮功能,其容量不小于 32MB 。 能响应分中心站召测指令, 将现场存储的数据批量报送至中心站。 同时, 能提供现场人员在现场进行数据查看和下载,存储数据数据能用于资料收集和 整编;(11硬件自动开关通信终端:通过遥测终端硬件控制,具有自动开关通信终 端功能

50、;(12本地实时显示:在本地通过置数键盘能实时显示水位、雨量、时间、电 压等参数;(13调试开关功能:通过软件设置,保证遥测终端和分中心站接收终端在存 贮和接收处理时能判断调试报文和正常报文;(14所有外部接口具有光电隔离防雷电破坏及防外部电磁信号影响。典型的遥测站设备主要包括:遥测数据采集终端(RTU 、传感器(根据测 量参数需要包括雨量、水位计、蒸发器等传感器等、通信设备(GSM/GPRS模 块、太阳能电池、蓄电池等。遥测站(以雨量水位站为例结构如图 4.3-1所 示 充电控制器 电池DTU图 4.3-1 遥测终端站结构图在测站终端机的控制下,自动完成定时自报和雨量、水位达到加报标准时 拍

51、报,具体要求如下:实时采集水情数据、采用定时、加报、召测兼容的工作体制报送数据。 本系统应能够通过软件设置,无需修改硬件,自动或根据中心站指令增减 传送数据频度。并完成如下自动报汛的操作:定时自动报汛每日按时段定时,在水雨情参数未达到报汛标准时,均采集和报送一次数 据。定时时间间隔在本地、远程均可设置。雨量自动报汛a 、时段降雨量自动报汛按照水文情报预报拍报办法的基本规定和广西区“报汛任务书”的要 求,设定时段,在对应的报汛时段(即每日的 2时、 8时、 14时、 20时等时 刻自动报汛。b 、暴雨加报自动报汛当时段降雨量累计达到规定阀值时,或设定暴雨加报起报标准的雨量参数, 当一个时段内累计

52、降雨量达到起报阀值标准时,则立刻自动报汛,否则按时段 降雨量自动报汛。雨量阀值在本地、远程均可设置。水位自动报汛设定不同水位报汛阀值,当水位达到起报阀值标准时,则立刻自动报汛, 否则按时段自动报汛。为了便于数据管理,系统按信道的不同分有:GSM 报文、 GPRS 报文、 PSTN 报文、人工置数报文等,各信道报文应设有不同的标志位。每种信道报文还应 按正常报文、人工置数、调试置数(系统安装调试或维护维修时随机输入的数 据、告警信息等分别加注第二标志位,以方便中心站对数据的分类、入库和 处理。发报报文应包含采集时间、发报时间、发报端站号、中心端站号、遥测站 电源电压等工况信息和水文信息。具有本地

53、实时水文参数数据显示、参数设置修改功能、人工置数功能,在 传感设备发生故障时可以人工置入其它自动采集的水情数据。具有远程修改测站参数和时钟校正的功能。遥测站设备功耗低,采用蓄电池组和太阳能电池板,需保证在连续阴雨 50天内正常供电。遥测站对中心站下达的指令均给予确认,以保证中心站运行状态与遥测站 状态一致。遥测站每天处于待机状态以便随时接收指令,唤醒遥测终端;在遥 测站发报后等待回执的过程中,还可以接收中心站的指令,并执行相应的操作。 信源编码 (传感器 , 采用格雷码或带奇偶校验的二十进制码 (BCD。信道编码采用抗干扰编码 , 以发现和纠正在传输中产生的错码。如汉明码 (BCH、循环冗余校

54、验 CRC -16等。通过编解码措施,使遥测站数据畅通率 >98%。信息采集站在有市电时采用市电供电,并配备太阳能供电装置,在极恶劣 气候下,设计考虑在没有市电时,由所配备的太阳能装置供电,能降级使用基 本的测站数据采集和无线数据传送。遥测站电源是整个遥测报汛通信网的基本保障,特别是地处偏远山区的测 站,电源的合理配置更为重要。为保证固态存储器基本水文资料的安全,本方 案将 RTU 电源容量适当扩大,针对本中心各报汛站具体情况,各报汛站电源配 备统一配置太阳能光板 20W 一套,蓄电池 65AH 1台。根据常规计算方法,上述的电源配置已经可以保证遥测站连续阴雨工作时 间大于 50天,且连

55、续 7天晴天可以将蓄电池充满。方案考虑到野外环境的恶劣,配备知名品牌的优质免维护蓄电池组,使用 寿命保证大于 5年。太阳能电池选用了名牌产品, 其工作温度为 -10+80, 迎风强度不小于 2400Pa 寿命大于 10年。支架抗风能力达 12级。为了延长蓄电池的使用寿命,太阳能充电控制器也选用进口产品,采用脉 动脉冲宽度调制充电方式充电,自动采用三段式充电方式,有效保护蓄电池, 太阳能充电控制器具备过充保护、反接保护、过载、过温和短路保护、过压欠 压保护等。当 GPRS 在线时,系统具有实时时钟校准功能,可以每天定时接收中心实时 时钟广播,并自动进行时钟校准。或当遥测站时钟误差 n 分钟 (n

56、为 1-5 时中心 站计算机自动发出修正指令。系统中采集部分的主要内容有:水位、雨量、土壤湿度(含水量。 1 水位计水位采用两种传感器, 当渠道最高相对水位大于 2米时采用浮子式水位计, 当渠道最高相对水位小于等于 2米时采用磁致伸缩水位计。 浮子式水位计的接 口为 12位 gray 码接口;磁致伸缩水位计的接口为 RS485接口(12VDC 供电。 2 雨量计雨量计采用翻到式雨量计,脉冲计数方式计量雨量。(1水位测井建设水位测井建设采用可靠的简易井形式,最常用的是直立岸坡式测井。直立 岸坡式测井即水位井安装支撑面为垂直面或大倾角斜面 (倾角大于等于 80度 , 而本信息系统建设水位测井处都有几乎垂直于水面的建筑可以附着。建设材料 为直径 300mm 的 UPVC 管, 多根 UPVC 管垂直连接起来作为一个水位测井, 在 依附建筑面做好支撑支架,并在测井顶部安装一个水位计安装箱用于放置水位 计,底部加网兜以保护水位计的浮子和平衡锤流失。(2遥测站防雷地网虽然遥测站的仪器室不高,但考虑尽量减小雷电对于遥测站设备的影响, 还需在遥测站所在地建设防雷地网,现场勘察各