编号:2008GC02
项目名称:吉林省雨量自动测报系统以及吉林省跨界河流水文站网一期工程、亚行贷款项目
编制:刘震
审核:巩怀永
批准:顿书森
北京金水燕禹科技有限公司
2008年9月
目录
吉林省雨量自动测报系统以及吉林省跨界河流水文站网一期工程、亚行贷款项目是一项大型信息系统工程,用于防汛、防旱等信息的采集传输、处理以及防灾减灾决策支持和调度指挥。它是在吉林省水利行政部门所辖范围内建立的,覆盖吉林全省地市以上水利行政主管部门、具有综合业务功能的开放式大型网络系统,包含信息采集系统、通信系统、计算机网络系统和决策支持系统4个子系统。
本次系统建设的总体目标是实现6处水情分中心辖区内雨情信息的自动采集、传输、处理和入库。本系统此次建设测站194处。
一、建设内容:
l 遥测站集成:
1. 主要包括雨量站设施制安、防雷地网制安、雨量电缆的套管埋设、雨量计、水信号传输电缆、无线传输设备购置安装等。
2. 194个遥测站的设备安装。
l 分中心集成:
包括6个分中心地网安装,分中心软硬件安装,接收模块设置,系统联调,数据接收、显示、入库、处理。
二、建设目标
1.实现测站基本数据自动采集、远程传输、处理和入库(包括写入水情分中心、省水情中心数据库),满足水情报汛要求。
2.实现测站基本数据在本地的固态存储、远程和现场批量调取,满足水文站网资料整编自动化要求。
3.保证所有测站数据10分钟收集到分局,15分钟汇集到省局,30分钟内传递到国家防总的目标,提高报汛的时效性。
为了确保工程达到预期目标,在系统建设中应遵循以下原则:
1.坚持可靠、实用、先进和安全的原则。
2.在保证系统稳定可靠的前提下,考虑经济效益原则,以实用、可靠、先进、标准、开放、实时性为目标。
3.实现新旧系统完美融合。
4.在实现系统功能的基础上,考虑系统的可移植性、可配置性、可扩充性。
5.数据流程设计合理、数据传输安全可靠。
本项目所有设计、安装、调试和验收必须符合下列技术规范、标准和文件:
A、 “吉林省跨界河流水文站网一期建设工程招标文件”
B、 国家防汛指挥系统工程总体大纲
C、 国家防汛指挥系统工程总体设计实施纲要
D、 国家防汛指挥系统工程设计概算编制指导书和实施办法
E、 《水文基础设施建设及技术装备标准》SL276-2002
F、 《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》
G、 吉林省跨界河流水文站网工程项目可行性研究报告
H、 吉林省跨界河流水文站网工程建设设计指导书
I、 《水文情报预报规范》 SL250-2001
J、 《降水量观测规范》 SL21-90
K、 《水位观测标准》 GBJ138—90
L、 水文仪器总技术条件GB 9359-88
M、 水文数据固态存储收集系统通用技术条件 SL/T 149-95
N、 水文自动测报系统设备 遥测终端机 SL/T 180-1996
O、 水文自动测报系统设备 中继机 SL/T 181-1996
P、 《水利水电工程水情自动测报系统设计规定》 DL/T5051—1996
Q、 《水文自动测报系统规范》 SL61-2003
R、 水利水电工程通信设计技术条件 SL/T 102-1995
S、 《水文巡测规范》 SL195-97
T、 《水情信息编码标准》 SL330-2005
U、 《实时雨水情数据库表结构与标识符标准》 SL323-2005
V、 计算机软件开发规范 GB 8566-88
W、 国际标准化组织标准(有关电子设备和通信方面的标准)ISO
X、 国际电气电子工程师协会标准(有关接口标准) IEEE
Y、 国际电工委员会标准(有关电子设备电气特性标准) IEC
Z、 中华人民共和国产品质量法
北京金水燕禹科技有限公司的前身是北京海淀燕禹通信遥测联合新技术开发部,它成立于1988年,是针对国内水利市场的行业自动化、数字化、信息化建设及系统集成的高新技术企业,规模和实力均居于同行业前列。
公司现有正式职工人数28人,合同施工人员100多人,其中具有中、高级职称的人数占职工人数的65%,公司拥有多名项目经理,多年来凭借高素质的工程技术人员和精良的设备装备及专业化施工管理,主要承接水情(水文)自动测报系统、水情信息和现场工情图像自动测报系统、水资源自动化综合管理和调度系统、水环境及水质自动监测系统、闸门、泵站远程自动监控系统、灌溉及节水农业自动化系统、地下水及墒情自动测报系统、电力输配电网自动监控系统、大坝安全自动监测系统、供排水自动监控系统、污水处理自动监控系统等项目的工程咨询、工程设计、工程施工和项目运维等业务。
1.研发投入
我们每年将销售收入10%以上的经费用于新技术产品的研发。而多年来,公司在技术研发上的高投入取得了相应的高回报,逐步形成了与产品线相一致的技术体系。
2.研发机构
我们与北京大学联合成立的研发中心是公司的研发基地,常年聘请多名国内外知名专家学者以及归国留学人员为顾问,对公司研发提供技术决策意见,为公司发展出谋献策。在研发中心的带领推动下,公司的技术创新和成果转化能力得到极大提高,已累计完成多项中国水利系统需求的研发成果,并将之应用于各种水务工程项目中。
3.研发管理
公司的研发任务下达给项目研发小组。研发中心负责新产品的技术研发、重大技术攻关,以及新技术、软件工程方法的引进与推广应用;专业事业部负责技术成果市场转化及市场推广技术支持中的开发。对研发中心组建的项目小组,采用指定与竞争相结合的方法,项目小组制定详细的研发计划。公司的技术管理部负责研发项目的技术质量鉴定与监督;计划财务部负责研发经费使用的审核。研发过程中可邀请业界专家对项目进展进行阶段评审。项目提交由业界专家共同组成项目验收组进行验收。
1.立足顾客角度的经营思路
在经营模式上更进一步向技术型企业转变,而在营销策略上由过去的服务性销售向顾问式销售转变。
2.以人为本的服务观念
在发展过程中,我公司建立了严格的质量控制体系,从施工设计、设备采购、产品生产、设备检验、系统安装调试、系统自检、系统初验、系统试运行和系统终验均有相应的控制程序,确保系统的高质量。
我公司的所有产品均委托北京计算机一厂(易亨集团)加工生产,具有很强的生产能力,保证及时供货。YCZ-2A-101从生产、考机、测试到发货,具有严格的质量控制流程,确保产品质量。
公司的质量方针是:您的满意就是我们的追求。
我们不但对提供产品和服务的企业本身活动进行了有效规范,也实现了对合作客户的相关活动的有效规范,这样易于及时发现可能产生的质量问题,易于明确所发现的质量问题的责任和产生原因,更易于采取有效措施来解决所发现的质量问题,并进而预防所发现的质量问题的再产生。
1.丰富的项目实施经验
公司从事水文遥测系统工程建设一已有20年,成功实施了500多个水情(水文)自动测报系统5000多个遥测点。其中广东省水文局的429个测站的GPRS/GSM系统、广州梅州的75个测站的GPRS/GSM系统(现已升级为GPRS系统)、北江遥测系统改造一期及二期工程、陕西防汛雨情速报系统的64个测站和8个卫星测站的系统均获得了客户的一致好评。另外,江西吉安分中心(GPRS/GSM+PSTN)、河南南阳分中心(GSM+PSTN)、湖北恩施分中心(GPRS/GSM+PSTN)等系统的遥测终端由我公司提供,江西赣州分中心系统(GPRS/GSM/CDMA+PSTN)为我公司中标合同,目前已进入验收申请阶段;广西柳州分中心(GPRS/GSM+PSTN)、钦州分中心系统(GPRS/GSM+PSTN)为为我公司中标合同;江西双中心项目五个分中心中有四个使用我公司设备。
系统中的核心设备YCZ-2A-101遥测终端为我公司自主产品,该产品专门针对水情分中心的建设而设计,目前,共投入使用近4500套。
所以对于本工程项目来说,我公司可以保证在最短的时间内安全、可靠、高质地完成整个项目,保证满足用户的需求,确保此系统按时顺利启动和正常运作。
2.本地化实施、服务队伍
我们在深圳、湖南、湖北、江西、广西、山东等全国各地几个重要地区配备了专业技术人员、现场服务人员和代理公司,将全面负责并配合本公司提供该项目的售后服务,保证向用户提供及时、全面、周到的本地化服务。目前正准备在吉林省寻找长期合作伙伴负责技术服务。
3.强大的系统集成技术优势
我公司设有总工办和专门的软件开发部,技术力量实力雄厚,以最先进的技术、可靠的产品和真诚的服务,满足行业用户的需要。
我们非常重视企业创新氛围的营造,创新机制的建立和完善,在技术创新、制度创新等方面建立了一系列员工创新激励制度,包括员工培训制度、合理化建议制度、表扬与投诉制度、技术奖励制度等,形成了良好的创新意识和创新环境。
公司的经营管理机制完善,在公司经营管理中以法治和人性化管理作为治司根本;不断提高公司整体管理水平;完善公司各项管理制度,规范企业行为,吸纳稳定人才队伍。
1.我公司是集系统集成和软硬件开发为一体的水利行业的高新技术企业。
2.我公司有20年的水利行业系统设计及集成施工经验。
3.我公司是水利部水文局、北京大学、北京水利自动化研究所三家合资企业。具有强大的技术后盾和发展保障。
4.近年来金水燕禹做了多个同类水文测报系统,并取得了良好的工程效果。
5.北京金水燕禹科技有限公司(原燕禹开发部)具有过硬的产品质量和良好的售后服务。
1.主要器件为军品,其余为工业级,并且交由专业机构测试、老化。
2.专人负责对设备进行一个月以上的考机,保证设备可靠。
3.产品出厂必须经过系统联调、并由质检部测试全部功能。
4.产品最终经过业内权威机构检验认证。
1.我公司有大批多年从事水文自动测报设计、并具有丰富经验的工程师。
2.我公司有水利部、黄委、淮委高级顾问作为本项目总顾问。
3.我公司计划投入本项目高工3人,硕士以上学历4人,本科学历以上6人,其他相关人员6人。
1.YCZ-2A-101已在几十个水文自动测报系统中使用良好。
2.YCZ-2A-101经过水利部质量检测中心检验合格。
3.YCZ-2A-101优秀的技术性能是用户选择的出发点。
4.其他相关设备均为原装、厂家正规进货,它们与YCZ-2A-101的良好配合与长期测试是系统稳定性的保障。
1.我公司以北京大学为技术后盾,产品技术支持可以得到有效保障。
2.我方承诺提供设备使用水文测报最新技术规范。
3.我方承诺对提供的软硬件将进行长期服务和支持,直到该系统退出运行。
根据招标文件要求,本系统涉及测站信息采集、报汛通信、防雷建设、中心站建设以及系统整合等多项内容。信息采集要求测站具有雨情自动采集、存储和主动上报功能,报汛通信要求遥测站采用“GPRS通信为主,GSM短信通信为备”的通信方式,整个系统是一个集数据采集、数据存储、数据传输、数据转发、数据处理等功能于一体的综合性的遥测系统。
本系统作为吉林省跨界河流水文站网体系的重要组成部分,不仅要实现其防汛预警、各种信息的动态监测等功能,同时又要考虑资料整编以及今后系统扩展的实际需要,因此本系统设计的重点在于以下几点:
一、 系统的可靠性
系统的可靠性是系统设计的重中之重,也是本系统设计的难点所在。作为水文测报系统的两大组成部分:遥测站和中心站,其核心是遥测终端(RTU)和中心软件。因此系统建设必须选用成熟可靠、经过实践检验的RTU和中心软件,以保证系统具有关键时刻报得出、报得准、抗干扰、出现故障自恢复等良好特性。
1、 本系统我们拟选用YCZ-2A-101型RTU,该型号RTU自投入市场至今已有六年多的时间,在国内上百个水文自动测报系统中使用稳定可靠、功能全面、性能先进、易于扩展、易于操作维护,并且有诸多使用于“GPRS/GSM通信”等相似系统的实际工程(如:广东省水文局水文数据召测建设项目【429个遥测站,GPRS/GSM通信方式】、陕南二期改造项目【75个遥测站,GSM/超短波/北斗卫星/PSTN通信方式】、北京两网合一改造项目【121个遥测站,GSM/海事卫星/800兆数字集群/PSTN】)。实践证明YCZ-2A-101型RTU在功能性、先进性、扩展性、设备稳定性以及综合性能方面,均比国内同类产品有较明显的优势(具体指标见5.1遥测终端机)。
2、 中心软件可靠性是中心站数据接收、处理和转报的关键,我们的中心软件从整体上分为两大模块:通信软件和应用软件。
A、 作为多年从事水文自动测报系统建设的专业公司,我们充分发挥自己的通信优势,研发出了针对各种信道的通信软件,其中GPRS/GSM通信软件在广东、江西、湖北、广西、河北、湖北等省十多个分中心系统以及山东、陕西、北京、河南、河北等省水情遥测系统中得到了良好的验证,取得了用户的一致认可。
B、 为保证系统具有更好的可维护性,我们联合水利部水文局下属专业软件公司共同开发了各种水文自动测报系统后台应用软件,从而使中心软件可靠性和标准性有很好的保证。
C、 经过众多水文自动测报系统的建设,我们的软件逐渐形成了功能多、可兼容各种WINDOWS操作系统、容错性强、稳定性高、易于扩展功能等特色。
3、 另外,系统建设所需其他设备(含外购设备),均选择长期合作伙伴的正规渠道产品,并且是在众多水文自动测报系统中验证过的成熟产品,以保证整个系统的稳定性不受影响。
二、 遥测数据的实时性
本系统建设的主要目的之一是用于防汛指挥和防汛预警,遥测数据能否在规定时间内及时地从遥测站上报到中心站,并转发至相关机构,是管理者进行决策的前提。尤其是恶劣天气条件下,务必保证遥测数据的实时性,才能使遥测系统真正发挥出其应有的作用。
针对本系统“GPRS/GSM通信”的传输特点,我们采取了自动信道监测、多次重发、远程自动召测等机制,以保证中心接收数据的实时性。
对于各个遥测站,发送数据首先以GPRS方式进行,如果GPRS发送失败,则进行3次重发,如果依旧失败,则自动转用GSM短信发送;GSM短信发送过程同样具有3次重发机制。
因此具有上述通信机制可以保证分中心在第一时间收到遥测站数据。
三、 遥测数据的有效性
对于本次项目所建的水情遥测系统来说,其数据是否可信、有效,将直接关系到管理者的决策是否正确,也关系到数据资料的精确度,因此必须采取数据合理性验证、纠错编码、校验、通信应答等多种措施保证遥测数据的真实有效性。
四、 系统的规范性和标准性
本系统设计严格采用统一的规范和标准,例如标准的数据库结构、统一的通信协议接口、标准的设备接口等,这不仅有利于系统的扩展性和开放性而且有利于系统的管理维护,也有利于降低系统建设成本,便于其他系统的接入
五、 系统的可扩展性
本系统作为吉林省跨界河流水文站网工程中的一期工程,要充分考虑系统以后的扩展性,能够方便的接入新建站点,并能同时处理新加站点数据。我公司采用中心软件和遥测站软件同时控制方式,中心软件通过乡镇方式区别测站地理信息,同时可以方便的添加测站,扩展系统。
市场上兼容GSM和GPRS两种机制的模块并不少见,选型关键把握两点:
一、 尽量选用在水文遥测系统中大量使用并获得成功应用的机型。
二、 尽量选用能适应吉林省低温环境的机型。
根据我公司多年来的项目经验和本次招标要求,我们建议使用深圳宏电公司H7718C型低温通信模块,该模块是深圳宏电公司专门为我公司研发的用于低温环境的通信模块,经过宏电公司和我公司长达三个月的低温测试,已经证明了其稳定可靠,能够完全胜任低温环境下的工作。而且,宏电公司的模块也大量的用于各地的水文遥测系统,通过各地水文系统的反映,证明了该种模块在稳定性和可维护性方面具有优异的性能。
考虑到系统运行的可靠性以及维护的便利性,建议本系统采用如下运行模式:
1.报汛通信
遥测站首先将数据以GPRS方式发送至分中心,如果测站未收到分中心确认或者分中心确认信息显示数据有误,则数据将以GPRS方式重发,重发过程维持3次;如果3次GPRS通信均失败,数据将以GSM短信方式发送,短信发送过程也具有3次重发机制;当短信失败时会再次自动切换道GPRS,尝试连接。基于系统长期稳定运行的考虑,整个过程会持续三分钟,之后会将数据存储下来,然后掉电,等待下一次通信成功后补发。
2.遥测站的远程管理
本系统通过GPRS信道实现对遥测站的远程管理。
分中心可以随时下达远程参数修改等指令,等遥测站与分中心建立GPRS链接后,参数修改指令得以执行,此过程采用多次应答通信,可保证参数安全可靠。
由于实现了系统时钟同步,因此所有遥测站发送定时报的时刻基本一致,即:所有遥测站在同一时刻同时与分中心建立链接(这是GPRS通信的优点之一),因此可在几分钟内完成所有遥测站的远程参数修改。
对于个别GPRS链接失败的测站,等下次链接成功后,参数修改指令仍然可以执行。
3.远程提取固态数据与自动资料整编
根据我公司的设计方案,分中心软件可以通过GPRS信道远程提取全部或部分遥测站的固态数据,并将提取到的数据自动整编为水文用户所需格式。
² 带来的好处:
(1)有效提高通信可靠性和畅通率,保证数据不丢失,可实现中心接收数据与测站固态数据互为备份;
(2)系统管理者足不出户,即可实现对测站进行远程诊断、远程控制,大大减少了系统管理者的工作量。
(3)远程提取固态数据与自动资料整编功能带来了如下好处:
根据广东省水文局的统计,远程提取固态数据与自动资料整编功能带来的好处主要表现在节约原始记录材料、减少工时、减少租赁费用、提高资料质量、提高工作效率等方面。见下表:
阶段 | 项目 | 单位 | 单价 (元) | 传统手段用量 | 远程管理用量 | 节约用量 | 折合金额 (元) |
观测记录 | 墨水 | 瓶 | 3 | 1924 | 0 | 1924 | 5772 |
雨量纸 | 张 | 0.28 | 41900 | 0 | 41900 | 11732 | |
水位纸 | 张 | 0.60 | 6200 | 0 | 6200 | 3720 | |
资料收集 | 邮寄费 | 次 | 6 | 5772 | 0 | 5772 | 34632 |
资料整编 | 工时 | 人日 | 100 | 7260 | 0 | 7260 | 726000 |
资料审查 | 工时 | 人日 | 100 | 1680 | 1000 | 680 | 68000 |
场租费 | 天 | 1000 | 140 | 100 | 40 | 40000 | |
资料复审 | 工时 | 人日 | 100 | 600 | 336 | 264 | 26400 |
场租费 | 天 | 1500 | 20 | 14 | 6 | 9000 | |
合计 | 925256 |
备注:上述计算基于广东省数据召测建设项目全部测站一年的工作量
遥测站避雷设计主要考虑以下几个方面:
l 敷设地网
根据水文自动测报系统规范,遥测站应敷设地网,保证避雷接地点对地电阻小于10欧姆。对于个别直接敷设地网达不到接地电阻指标要求的,建议采用降阻材料。另外,如果有条件,建议测站增设避雷针。
l 使用信号避雷器
我们建议雨量线、水位线均使用信号避雷器,以满足信号线的防雷要求。
l 使用带屏蔽的雨量线、水位线和电源线,并穿管埋地
遥测站建设有一些细节容易被人忽视,因此也容易成为众多集成商欺瞒用户的环节。雨量线、水位线、电源线由于处于室外,容易受到电磁干扰,因此一般应采用带屏蔽层的线缆,并将屏蔽层与接地线相接。如果有条件,雨量线、水位线尽量穿入铝塑管,然后埋地,直至站房。为保证系统建设质量,建议实施时采用屏蔽线。
根据经验:建议雨量线线径大于0.2mm,电源线线径大于0.4mm,接地线线径大于1.5mm。
l 使用直流电源避雷器
太阳能板通常安装于房顶等阳光充足的地方,位置一般较高,而且如果测站是楼房,则太阳能线有可能较长,因此也是雷电侵入的主要通道之一。所以建议本系统每个遥测站增加一台直流电源避雷器。
l 太阳能板安装建议
雷电一般为尖端放电,高处的设施容易遭受雷击而引雷,所以如果有条件,太阳能板等设备尽量安装于较低位置或避雷保护区,例如通过三角架固定于墙体或其他地面设施。
² 带来的好处:从多方面提高了防雷可靠性,增加了系统稳定性。
作为“GPRS/GSM”通信方式的水情自动测报系统,为保证其工程顺利实施,除设备准备、软件开发等显见的工作外,施工前还应做好以下安排:
1. 业主和用户各自成立专门的项目组,做到专人专管。
2. 需求分析
需求分析主要包括:分中心软件功能、遥测站功能、系统工作模式等很多方面,需求分析是系统实施的前提,合同签订需要了解需求,签订后更需要双方技术人员进行详细的沟通,以保证系统按照用户的真正意图进行实施。
3. 分中心GPRS专线或固定IP的开通
4. SIM卡准备、GPRS功能开通与测试
5. 确定GPRS通信计费方式(与移动协商)
6. 遥测站现场勘查,内容包括:
l 检查现场是否具备交流电
l 雨量计安装基座是否符合要求,或具备其他安装条件
l 太阳能安装基座是否符合要求,或具备其他安装条件
l 雨量线、水位线、太阳能线穿管、埋地
l 现场GPRS/GSM信号强度检查(如信号弱,应事先准备信号放大器)
l 地网建设情况检查
提前做好上述安排,就可以保证系统安装调试如期进行,施工进度不受影响。
² 带来的好处:做好施工安排,有效保证施工进度和施工质量。
遥测数据由测站终端采集,经GPRS信道、GSM信道汇集到分中心,然后按规定格式进行整合汇总,并由分中心自动转发至省中心;系统内所有测站向省中心或各自分中心服务器校时。
图1:系统通信模式
根据招标文件要求,本系统通信体制可以归纳为以下几点:
1. 遥测站站以GPRS为主,GSM短信为备,二者自动切换,互为备份。
2. 定时自报、限时增量加报与查询-应答报送相结合。
3. 分中心通过GPRS信道远程管理遥测站。
为便于系统管理,本系统RTU具有远程管理功能,即RTU参数的远程修改功能、RTU的远程诊断维护功能等(例如:远程设定报送频度、加报阈值、定时自报时段值等)。
本系统RTU支持GPRS远程管理方式。
为了保证RTU远程管理的可靠性,本系统采用端到端的多次确认机制,从而确保了RTU运行参数的安全性及其与分中心系统配置参数的一致性(分中心微机中有一张系统配置参数表,这张表中包含了所有测站当前的运行参数,用户可以通过该表了解测站当前设置,因此该表必须与测站参数保持一致)。
遥测站的时钟是保证其正常运行的基础。遥测数据的定时报送、水文数据资料整编都要求系统时钟具有一致性。系统时钟以中心站微机时间为基准。
RTU每天在通信中进行校时。
校时过程描述:遥测站发送GPRS数据到达分中心,分中心进行应答,应答信息中包含有分中心时钟信息,遥测站RTU收到此信息后自动校时。
水情遥测系统是为防汛、水文等部门服务的,这就要求数据采集、传输、处理必须快速而准确。
本系统遥测站的数据采集时间一般小于1秒钟,而完成一次GPRS传送的时间一般在30秒左右,GSM短信发送时间一般在几秒之内就可以完成。所以遥测站从采集到传输结束,并收到确认信息,一般小于1分钟。正常情况下,通信延时可以忽略不计,所以本系统中心站收集全部遥测站数据的时间一般在1分钟内就可以完成,遥测数据的实时性足以得到保证。
我们的RTU以及中心软件采用多次采集、数字滤波、数据合理性验证、纠错编码、CRC校验等手段,确保中心站接收到的遥测数据真实有效性。
遥测站RTU平时处于“掉电”低功耗工作模式,值守电流小于2毫安,GPRS/GSM通信单元及相关传感器完全掉电。配置24AH蓄电池和20W太阳能板可保证系统连续无日照30天以上正常工作。
RTU的唤醒有三种情况:雨量触发唤醒、时钟定时唤醒、人工唤醒。
1、雨量触发唤醒。记录降雨时刻、处理累积雨量值,比较当前雨量累积值与上次上报雨量累计值,同时比较当前时刻与上次上报时刻,如果二者均满足加报条件,则进行加报(限时增量加报)。处理完毕,重新进入“掉电”状态。
2、时钟定时唤醒。发送定时报,报送完毕,重新进入“掉电”状态。
3、当现场人员操作键盘时(终端测试、人工拍报、终端设置),RTU将被唤醒,退出键盘操作10秒钟,RTU自动进入“掉电”状态。
固态存储功能是遥测终端必备的重要功能,其数据的准确性、可靠性直接影响到水文资料整编的结果。
在RTU的设计中,我们主要采用了以下措施来提高固态数据的安全性:
1. 选用内部含有锂电池的高性能非易失性固态存储模块,它具有数据掉电不丢失,10年以上数据保持能力,抗电源冲击性能强等优点;
2. 电路设计方面,采用了电源滤波、浪涌抑制等电路,确保固态存储模块在上下电过程中受到的冲击最小,以保护其数据不被意外破坏;
3. RTU软件设计上,分别考虑了上下电缓冲区保护、写状态判断等方面,确保数据掉电不丢失,并避免了因存储单元损坏导致数据写入失败的情况。
4. 将数据存储模块设计为可插拔的形式。一旦RTU出现故障,不能正常读取固态存储数据时,可以将数据存储模块取下,插到其他正常RTU主板上,完成固态存储数据的读取,增加了一个保护固态存储数据的方式。
固态存储数据的提取是水情遥测系统的重要功能之一,是完成资料整编的重要环节,本系统支持两种固态数据提取方式:
1. 远程提取(通过GPRS信道提取)
由于遥测站分布的范围很广,如果全部采用人工现场提取的方式,将会有很大的人力、物力和财力的投入,是很不经济的。
我们的方案是:利用GPRS信道进行远程固态数据提取,并由分中心软件自动完成资料整编。
为便于系统维护,固态存储数据的远程提取方式设计为指定测站提取方式和全部测站提取方式两种。在指定测站提取方式下,需要用户选中进行固态数据提取的某些测站完成数据提取过程;在全部测站提取方式下,用户只需点击全部提取功能按钮,分中心微机会自动完成所有测站的固态数据提取。
2. 现场提取(用便携机提取)
我们的RTU支持用便携机进行现场数据提取。用户只需将RTU串口与便携机串口用收发线连接,然后在便携机上运行我们免费提供的本地固态提取软件,设定要提取的日期范围,点击“开始提取”,即可自动完成测站固态数据的本地提取。
良好的接地设计是各种雷击保护措施发挥最佳作用的前提,同时也是保证人身安全和系统设备正常运行的必备条件,因此必须充分考虑雷击保护措施。
遥测站大多地处野外,易受雷击。能否有效地保护遥测设备不受雷击的干扰和损坏,是遥测站设计必须考虑的问题之一。本系统遥测站避雷设计主要有以下几点:
1.RTU电路设计
a.所有接口使用响应速度极快的半导体防雷器件。
b.采用具有高压ESD保护的接口器件。
c.采用浪涌抑制电路,滤除接口窜入的电磁干扰。
d.信号线接口采用光隔离技术。
e.所有通信接口均采用TVS(瞬态抑制二极管)保护。
f.需供电的传感器采用隔离电源模块供电,防止干扰从电源通道进入RTU。
g.平时处于“掉电”状态,有利于抵抗雷击等带来的电磁干扰。
h.数字地、模拟地分开。
2.选用合适的避雷设备
采用信号线避雷器、电源避雷器等。
3.遥测站机箱设计
a.金属全密闭机箱有利于保护内部终端设备。
b.内部设有RTU放电接线柱,有利于防雷。
c.机箱外壳设有防雷接地点(应与地网以最短距离良好连接)。
4.地网设计
遥测站应安装良好的接地网,具体技术要求如下:
(1)接地电极应埋在站房围墙内侧的几个点上。使用截面积为22mm2的铜软绞线把各个电极连接起来构成接地母线。
(2)为消除各种接地之间的电位差,故采用均衡电压接地方式。
(3)要求接地电阻尽可能低,保证在8Ω~10Ω以下。
(4)如果电极间的距离不大于接地电极棒长度(深度)则接地无效(建议接地电极2m,间距2.5m)。
(5)室内设备的接地线应以最短距离和母线连接。
(6)室外设备接地电缆,应接到房子内侧接地导线上,要使用单独的接地线。
中心站负责整个遥测系统的数据接收、统计、报图报表、转发等工作,直接为管理者提供决策依据,因此中心站必须有足够的可靠性,而防雷措施则是保证可靠性必不可少的一项重要内容。本系统中心站防雷主要有以下几点:
1.中心站接地网设计应符合一定的要求。
中心站机房接地设计应满足人身安全、计算机正常运行和系统设备的安全要求。中心站机房应采用下列四种接地方式:
(1)交流工作接地,接地电阻≤4Ω。
(2)安全保护接地,接地电阻≤4Ω。
(3)直流工作接地,接地电阻应按计算机系统具体要求确定。
(4)防雷接地,按现行国家标准《建筑防雷设计规范》执行。
2.中心站电源设计应采取多级交流避雷措施。
包括:交流隔离变压器、电源避雷器、交流稳压电源等设备。
一、遥测站供电方案
1、遥测站供电:采用蓄电池组联合太阳能电池板浮充供电方式。
2、采用充电控制器对蓄电池进行过充过放保护。
3、蓄电池容量、太阳能电池板功率以及UPS的容量根据终端工作电流、值守电流、工作模式、水文测报需求以及当地天气、供电情况而定,并留有余地。
二、遥测站功耗计算及供电设备配置
水文测报系统中,遥测站大多地处边远山区,由于农网电压不稳定,而且得不到连续供电的保证,因此不宜使用交流供电方式。所有遥测站均采用太阳能电池浮充免维护蓄电池供电的方式。并且要求阴雨天气持续30天的情况下,能保持正常工作。
(一)遥测站工作电流、工作时间
遥测站值守电流小于6mA(假定使用德国STECA充电控制器,其工作电流为4mA),24小时值守;
采集雨量时的工作电流小于40mA,每次小于100ms;
采集水位时的工作电流小于40mA,每次小于1秒;
GPRS/GSM主信道工作时的通信平均工作电流小于200mA,GPRS/GSM主信道每次处理时间小于30秒(每小时发送一次定时报)。
(二)遥测站30天的功耗包括以下几个方面:
遥测站功耗=(值守功耗)+(采集功耗)+(通信功耗)
a.值守功耗:
6mA×24小时×30天=4.32 A.H
b.采集功耗:
l 雨量采集功耗(按30天降雨2000mm计算):
40mA×0.1秒/3600×2000=2.2mA.H(忽略不计)。
c. 通信功耗:
l GPRS/GSM主信道功耗
200mA×30秒/3600×24小时×30天=1.2 A.H。
l 信道不通情况下极限功耗:
200mA×3分/60×24小时×30天=7.2A.H。
正常情况下:
遥测站30天的总功耗为:a+b+c=4.32 +0.0022 +1.2 =5.522A.H
GPRS/GSM主信道30天内一直不通的极限情况下:
遥测站30天的总功耗为:a+b+c=4.32 +0.0022+7.2 =11.52.H
结论:
根据上述功耗计算,并综合考虑电池性能、负载相关系数、电池自放电系数等各种因素,我们的遥测站蓄电池容量设计为24安时。
再考虑吉林省的平均日照时间、太阳能电池板充电电流、以及电池充电安全系数,本系统遥测站太阳能电池功率配置为20W(峰值充电电流:1A~1.2A)。
综上,本系统遥测站配置24安时蓄电池、20瓦太阳能板,即可保证连续阴雨30天情况下,遥测站能够正常工作。同时亦可保证5天内将24AH蓄电池充满的技术要求。这样的配置已经考虑了测站的极端功耗情况,同时保留了足够的设计余地,完全可以保证遥测站供电的可靠性。
中心站的PC服务器采用UPS不间断电源供电。可靠的做法应当采取:“交流三相避雷+隔离变压器+交流稳压电源+UPS”的联合方案。
为了确保系统建成后可靠、有效地运行,发挥其应有的作用,系统在设计、施工方案的制定等诸多方面采用了新思路、新技术和新方法,体现了系统的先进性,本节简单总结如下:
1. 充分利用GPRS/GSM无线公网特点,采取GPRS传输、GSM短信传输传输相结合、主备通信方式自动切换等手段,有效地保证了遥测数据的实时性。
2. 数据通信采取合理性验证、纠错编码、CRC校验、多次重发等手段有效地保证了遥测数据的可靠性和有效性。
3. 系统数据安全机制。为了确保水文数据的安全,制定了硬件和软件系统从采集、存储、传输、收集、入库到查询等各个环节的数据安全机制,极大限度地提高了水文数据的安全性。其方案是:
A、测站数据采集处理采用数字滤波、数据合理性检查、编码、校验等手段。
B、中心软件收集数据合理性检查、检查校验码、要求重发等手段。
C、中心数据采用前后台数据库机制。
D、中心数据可查询纠错,具有多重身份验证机制。
4. 我公司提供遥测终端设备具有以下特点:
YCZ-2A-101终端已在全国上百个水情测报系统中得到了应用,实践证明其性能可靠,同时编码符合“部颁新编码标准”的要求。YCZ-2A-101终端是以高性能微控制器为核心,具有众多传感器I/O接口和多个通信接口,集数据采集、显示、存储和转发等功能于一体的高性能遥测数字终端设备,具有易于操作、易于维护、易于扩展、可配置性强等特点。具体指标见5.1遥测终端机。
5. YCZ-2A-101遥测终端是“烟台GSM水情遥测试验系统”(2001年--2002年)的主要设备,该系统由水利部“项目办”立项,我公司于2002年完成为期一年的试验运行。该项目通过山东省科委的鉴定,评价为:国际先进,国内领先。
6. YCZ-2A-101遥测终端是“广东省水文数据召测建设项目”(2004年--2005年)的主要设备,该系统包括1个省中心、8个分中心、429个遥测站,通信方式以GPRS为主, GSM短信为备,该项目通过广东省水利厅组织的鉴定,评价为:国际先进。
7. YCZ-2A-101遥测终端是“江西吉安水情分中心”、“江西赣州水情分中心”和“江西山洪预警一期、二期工程”(2005年,2006年,2007年,2008年)的主要设备,二者通信方式均以GPRS/GSM(或CDMA)为主,PSTN为备,目前吉安、赣州水情分中心验收通过,山洪一期、二期运行良好,已进入验收阶段。
8. 系统软件实施方案特点:
B/S和C/S相结合的软件结构,既可以满足用户对系统功能复杂性的要求,又有利于系统使用和维护;模块化设计保证了系统软件的可移植性和可扩展性;可兼容各种操作系统、容错性强。
9. 系统供电是系统可靠稳定运行的关键因素之一,为此,我们从设备选型、系统的运行方式等方面进行了节电设计,保证整体降低系统功耗。具体方案是:
A. RTU电路设计选用低功耗器件,采用低功耗通信设备及传感器。
B. 平时RTU处于掉电状态,值守电流小于2mA。
C. GPRS主信道设备平时完全掉电,不产生功耗。
D. 对于遥测站来说,无论是定时采集、发送报文,还是执行其他任务,执行完毕后如果没有其他任务,RTU立即进入掉电状态。
10. 除地网外,我们的系统整体防雷方案是:
A. RTU电路设计充分考虑防雷措施。
l RTU所有传感器接口、通信接口均采用了浪涌抑制、光电隔离或继电器隔离等避雷措施。
l RTU接口选用具有抗高压冲击性能元器件
B. 选用合适的避雷设备,例如信号避雷器、电源避雷器等。
C. 遥测站机箱具有防雷设计。
可靠性设计是任何水情测报系统都要重点考虑的问题。历史的经验和教训告诉我们,如果忽视系统可靠性设计,将会导致设备损坏、系统功能不稳定、乃至系统瘫痪的严重后果。本系统设计从设备可靠性、软件可靠性、通信可靠性、数据可靠性、系统集成可靠性、遥测站可靠性、分中心可靠性以及施工可靠性等多个方面进行了全面的考虑,采取的具体措施如下:
本系统所用RTU已使用于国内上百个水文自动测报系统中,其中包括多个GSM、GPRS相似系统,是一个稳定可靠的成熟产品。
本系统设计主要从RTU可靠性和相关设备可靠性两个方面进行了考虑:
一、RTU可靠性
1.电路设计:终端电路设计考虑了电源滤波,信号滤波,信号保护,掉电保护,所有接口电路采用磁隔离、继电器隔离、光隔离或浪涌抑制等多种手段来提高硬件的可靠性。
2.终端软件设计:采用了实时多任务管理机制、看门狗技术以及自检、软件陷阱等保护措施,良好的软件流程也为系统的可靠性增加了筹码。
3.器件:使用的都是工业级以上芯片,所有芯片都要经过航天部专业检测机构对芯片性能进行了严格的测试,筛选和老化。
4.电路板:终端电路板都由专业厂家进行流水焊接和检验,可靠性有保障。
5.机箱设计:强固型设计,考虑了防雷、防潮、防尘以及电磁隔离等问题。
6.权威机构检验:终端经过水利部质量检测中心检验合格,符合行业标准。
7.终端测试:专人负责对终端进行测试,记录,现场模拟,进场前进行一个月以上的考机,保证设备的可靠进场。
8.采取了掉电保护措施,不但节省了功耗,而且有利于系统的抗干扰性能。
9.选用电源监控芯片,对固态存储器采用双重保护。
二、相关设备可靠性
相关配套设备,如GPRS/GSM模块、传感器、供电设备等,都由本公司长期合作伙伴提供,且都是国际、国内知名品牌,已成功应用于大量的水情遥测系统,实践证明其可靠性、稳定性是有保证的。
中心站负责所有遥测站水情信息的接收、处理、入库、发布以及上报分发等重要工作,这些功能的实现主要依赖于中心站软件的稳定性和可靠性。本系统从软件运行环境的可靠性、应用软件自身的可靠性等多个方面进行了分析和设计。
通信设备的性能,通信网络的质量,通信工作方式的选择以及通信协议的制定等方面都是影响通信可靠性的因素。结合招标要求,本系统在通信可靠性设计方面主要考虑了以下几点:
1、 GPRS/GSM网络是可靠的无线通信网。
2、 遥测站发送数据与分中心进行协议握手,传输可靠性有保障。
3、 采用的GPRS/GSM通信终端在国内水情遥测系统中运行稳定。
4、 采用多次重发机制。
5、 采用主备信道自动切换机制。若GPRS不通,则自动转向GSM短信通信。
6、 采用差错编码。
7、 采用CRC校验。
8、 采用自动信道侦听、碰撞检测和碰撞自动重发、拥塞调度等机制,确保通信误码率小于10-6,可靠度大于99.99%。
水情遥测系统建设的根本任务是取得各遥测站的实时水情数据,作为资料整编和防汛调度的依据。因此必须采取充分的措施保证水文遥测数据的可信度、完备性以及安全性。本系统设计在数据可靠性方面采取的措施如下:
1、 采用数据合理性检查机制。
对遥测数据设定合理的取值范围,测站测量参数完毕,对各参量测量值进行判断,如果测量值在设定的取值范围内,则认为数据可信,否则重新测量。中心站收到遥测数据时,也进行同样的数据合理性检查。
2、 固态数据删除保护。
当测站收到中心站固态数据删除命令后,首先要求中心确认是否属实,中心收到请求后,再次发送固态数据删除命令。测站连续三次收到固态数据删除命令,并获得中心确认,方可进行固态数据的删除。另外,固态数据存储本身以时间为序,存储空间上是固定的,而固态数据删除以年为单位,因此不易出错。
3、 采用差错编码和CRC校验。
保证数据可靠传输。如果校验错误,采用重发机制。
1.自主研发产品质量有保证,并经过长期测试。
2.外购设备具有可靠的质量保证,并经过全面的性能测试。
3.系统联调:设备进入现场前进行严格的系统联试,保证其性能可靠稳定。
4.设备安装调试严格按照有关规范和标准进行。
4.系统安装完毕,要经过全面细致的测试和验收。
遥测站处在整个测报系统的前端,负责数据采集、存储和上报,数据能否可靠地传送至分中心是整个系统正常运转的关键,因此遥测站的可靠性至关重要,可以说保证系统可靠性的重点和难点在于遥测站的可靠性。
1.设备可靠性有保障:本系统采用的RTU、GPRS通信终端以及其他辅助硬件设备,都经过了严格的器件筛选、细致的考机、测试和联调,并已经在目前国内诸多防汛系统中得到了切实有效的使用,实践证明其运行稳定可靠,为防汛减灾作出了很大的贡献,并取得了用户的一致认可(详见2.2.13.1设备可靠性设计)。
2.遥测站防雷可靠性有保障(详见2.2.10.1遥测站避雷与接地)。
3.遥测站集成可靠性有保障(详见2.2.13.5系统集成可靠性设计)。
4.采用低功耗工作模式,并配置合理安全的供电方式和容量,有效保证供电可靠性。相同电源配置条件下,在连续阴雨天气中可维持更长工作时间。
本系统是一个集数据采集、数据存储、数据传输、数据转发、数据处理等功能于一体的综合性的水情遥测系统。采用的测站设备、分中心设备和软件,组成了一个运行稳定可靠、便于管理维护、便于扩展升级、功能全面、技术先进的遥测系统,并可实现与其他遥测系统的无缝连接。系统不仅可以全面实现招标要求中所提到的所有功能,而且具备很多独特的优点。例如:远程管理遥测站、测站固态数据和分中心遥测数据互为备份、系统自动固态整编、支持GPRS方式远程提取固态数据、避免频繁加报的限时增量报机制、遥测设备的自诊断及故障自恢复特点等。
除此以外,本系统还重点考虑了数据保护、数据查错纠错、接口保护、系统防雷保护、系统故障自恢复、预留系统升级扩展标准接口、系统易维护性等方面,是一个完整的水情遥测系统。
水文遥测系统设备对环境的适应性主要考虑以下几方面因素:温湿度、电磁干扰、雷击、易于管理维护。
我公司提供的所有设备满足水文自动测报系统技术规范及其他相关设备规范对温湿度指标及抗电磁干扰能力提出的要求。遥测站核心设备,均达到了工业级以上指标。系统内其他配套设备也按照工业标准进行选择,因此可以承受较大的环境温湿度变化(-20~+70℃)。
另外,我们在设备抗干扰设计方面也做了很多工作,例如:硬件上选用抗高压接口元器件、设计浪涌抑制电路、防雷接口电路、物理全隔离电路等;软件上采用纠错编码、定时自检自诊断、故障自恢复等手段;设备箱体结构上采用全金属防雷防潮防尘加固机箱,并设计有专用泻雷通道;上述手段可以确保设备具有良好的抗电磁干扰性能和防雷能力。
我公司实施的遥测站采用一体化设计,除太阳能板和传感器外,GPRS/GSM通信模块、充电控制器、避雷器、蓄电池等外围设备全部集成于RTU箱体内部,整个遥测站形成一个有机的整体,便于施工、便于野外防护。
本系统采用的集成方案已在多个遥测系统及水情分中心中实施,并取得了良好的工程效果,获得了用户的认可和好评,是一个成熟可靠的集成方案。系统采用的设备仪器及软件经过长期磨合,不断改进和完善,设备已经达到标准化设计、功能全面、性能先进、可配置性强、可维护性强等特点;软件方面,在原有基础上,采用水利部新颁标准,采纳众多水文用户好的意见和建议,实现了标准化、模块化,不仅运行稳定,而且运行速度快、界面简洁清晰、功能强大、易于维护、易于扩展。因此整个系统的设备仪器与软件具有良好的协调性、通用性和完整性。
一、 协调性
本系统测站设备、分中心软件均选用我公司长期使用、并在多个遥测系统中配合良好、运行稳定、优秀合格供方提供的国内外著名品牌设备和软件。我公司提供的遥测站核心设备RTU是我公司自主研发产品,已在国内水文遥测系统中大量投入使用,并发挥了良好的社会效益,具有良好的协调性。
本系统设备进入现场前要对测站设备、分中心软件进行严格的系统联试,保证其性能可靠稳定。长期的系统建设经验告诉我们,系统的协调性除体现在实现系统要求功能外,很重要的一点就是测站设备及分中心软件对意外或故障情况的处理对策。我公司测站设备和分中心软件相互配合,实现了分中心对遥测站的远程监控、远程诊断和远程管理。系统管理者无需下现场,即可方便地查询到测站状态信息、修改测站运行参数、召测测站数据、修改测站时钟、提取测站全部固态数据,对于测站出现的故障情况,RTU会自动启动自诊断和故障排除程序,分中心软件也会自动采取不同的远程控制措施,确保系统稳定运行。
二、 通用性
本系统采用的RTU可实现水位、雨量、风向风速、温湿度、气压、墒情、流量、蒸发量、弦式、大坝渗压等各种参量的采集,并可接入目前水文系统中使用的GPRS、GPRS/GSM、卫星、超短波、800M、微波、PSTN、专线等各种通信设备,具有传感器接口多、通信接口多、多功能等特点,并且各种接口均为标准接口(RS232,RS485,SPI,I2C,模拟接口等),协议采用标准协议,因此具有良好的通用性。
本系统采用的GPRS通信终端核心模块为德国西门子工业级无线通信模块MC35I,具有标准的空中通信接口。集成了TCP/IP、UDP等常用网络通信协议,具有GPRS传输、GPRS/GSM短信传输、MODEM透明传输等多种工作模式,具有很强的可配置性和通用性。
本系统采用的分中心软件采用模块化设计,各模块相对独立,可在不影响其他模块的情况下进行单独的扩展或升级。并预留各种标准接口,便于其他系统信息的接入。系统采用的开发模式和运行平台应采用目前最先进和成熟的技术,以保证系统未来良好的可扩展性、通用性和使用寿命。
三、 完整性
本系统是一个集数据采集、数据存储、数据传输、数据转发、数据处理等功能于一体的综合性的水情遥测系统。采用的测站设备、分中心设备和软件,组成了一个运行稳定可靠、便于管理维护、便于扩展升级、功能全面、技术先进的遥测系统,并可实现与其他遥测系统的无缝连接。系统不仅可以全面实现招标要求中所提到的所有功能,而且具备很多独特的优点。例如:测站固态数据和分中心遥测数据互为备份、支持GPRS和PSTN两种方式远程提取固态数据、避免频繁加报的限时增量报机制、遥测设备的自诊断及故障自恢复特点等。
除此以外,本系统还重点考虑了数据存储补报、数据保护、数据查错纠错、接口保护、系统防雷保护、系统故障自恢复、预留系统升级扩展标准接口等方面,是一个完整的水情遥测系统。
根据招标要求以及我们的经验,本系统分中心软件集成包括两大块任务:
(一) 数据接收软件开发
包括:遥测主控站接收处理软件、后台查询系统软件。
(二) 数据整合、转发及综合查询软件开发
包括:数据整合软件、数据转发软件、综合查询软件。
功能具体包括如下几个方面:
1. 通过GPRS、GSM网络以及水利信息网全天候实时接收本地区遥测站上发的全部信息;
2. 对所接收本分中心内的全部遥测信息进行解码、合理性检查、自动纠错,并按要素分类进行存储、转储、备份。按水利部新颁编码中水雨情数据库表结构的要求写入水情分中心系统综合数据库中并上报到省中心数据库中;
3. 按照标书要求建立遥测信息数据库库,管理遥测站的落地信息;
4. 建立实时雨水情数据库,及时将从不同渠道接收的雨水情信息进行译电、处理,保存进入数据库,当写入失败时,系统具备缓存能力;
5. 保证数据信息的时效性,有新的雨水情信息到来,可实现实时自动处理。
6. 编制信息查询分析软件,实现遥测雨水情信息的查询、显示、打印(以柱状图、地图、过程线、报表等多种形式实现,并采用C/S 、B/S两种版本);
7. 编制专用程序对数据库系统进行管理、维护;
8. 分析遥测站电源电压数据,存储到运行分析结果数据库并打印结果,辅助数据接收系统工作,将遥测系统运行状况直观地展示给非专业人员;
9. 对流域水文参数能够具有输入,更新及查询功能,并能够修改存储数据,雨量的插补及人工置数;
10. 能实时监控显示整个分中心遥测站的雨水情遥测信息,并具有对错误信息进行纠错、改错功能,同时还应具有用修改后的正确信息自动修改本地遥测数据库和省中心遥测数据库的功能;
11. 提供各种故障信息情况和故障排除手段;
12. 能实时监控显示整个分中心遥测站的越限参数,设备故障,事故记录及设备运行状态,具有声光报警功能;
13. 具有远程批量下载和删除报汛站固态存储数据的功能,并能将本地数据库存储完整的时段报汛数据直接生成固态资料整编数据文件。利用远程批量下载和在本地数据库直接生成固态资料整编数据文件格式;
14. 随时向报汛遥测站发送指令,实现单站或多站召测、查询;
15. 向省中心、市防办相关防汛机构发送实时雨水情信息;
16. 远程管理遥测终端(对遥测站进行远程工作设定和工作参数修改等,包括报汛时段的变更和开机、关机等),并提供人性化的管理界面;;
17. 可以与其他遥测系统中心站进行联网,实现信息共享。
18. 数据库的本地、远程查询。
19. 雨水情信息可提供15,30分钟和1,2,3,6,12,24 小时等任意时段的Web远程查询。
20. 数据整编、数字显示、以图表、文字、图形、影像(包括动画)、声音等方式为用户提供实时雨水情查询。
21. 根据数据接收情况判断各站运行状态,显示各遥测站工作状态。
22. 能实时监控显示整个分中心遥测站的越限参数,设备故障,事故记录及设备运行状态,具有声光报警功能。
23. 远程写库功能。
24. 故障后的数据恢复功能。
25. 数据维护(人工填补数据、去除冗余、合理性检查等),具有对错误信息进行纠错、改错功能,同时还应具有用修改后的正确信息自动修改本地遥测数据库和自动修改省中心遥测数据库的功能。
26. 站点管理(改变属性、配置参数、站点增减),直接控制遥测站采集传输方式、召测、时钟同步等具体行为,直接修改遥测端站的运行参数。
27. 能够按照拍报标准规定的时段,从遥测数据库中提取信息,编成新编码标准格式;将雨水情信息写入实时雨水情数据库;将实时雨水情信息通过水利信息网发送至省中心。
28. 预留其他信息入网接口。
29. 可与其他系统联网,实现信息共享。
30. 对数据接收准确性、误码率、畅通率、迟报、误报、漏报以及设备的状态信息进行分析,进而分析整个遥测系统的数据采集、通信情况,得出各种统计报告。
31. 以电子地图方式管理和显示水系、地形、流域边界、站点分布,行政区划等,具备在电子地图上实时动态显示雨水情信息、预报信息、站点信息的多途径多方式的查询功能。
32. 支持网上信息发布等不同形式的查询方式。
为实现招标要求,各分中心应具备以下配置:
l GPRS专线(1条)
l GPRS通信模块(1台)
l DC12V(10A)供电设备(1套)
l 分中心防雷接地网,具有二三级防雷。
l 分中心软件,包括:
数据接收处理软件1套。
数据整合转发软件1套。
数据查询发布软件1套。
服务器系统软件1套(Server 2003)。
数据库软件1套(SQL Server 2005)。
根据招标文件要求以及我公司多年的水文测报系统建设经验,本系统遥测站具有以下功能:
1、 满足水利部新颁水文遥测编码标准,体积小、功耗低、可靠性高、可智能化管理。
2、 具有操作简单、容易掌握、易管理维护、系统运行维护费用低等优点。
3、 可接入目前水文遥测系统中使用的所有通信方式(如:可以通过PSTN、专线、短波、超短波、微波、GPRS/GSM移动通信网及卫星通信,包括北斗卫星、海事卫星、VSAT、全线通、全球通等通信组网方式),并可同时接入2种以上通信设备,并可实现主备自动切换,可以实现高效可靠的数据传输,完成数据采集、处理、存储以及传输等任务,并可实现系统的远程管理。
4、 可以接入目前水文遥测中所使用的大多数传感器(如:浮子、激光、压力、超声波、气泡等各式水位传感器,各规格单/双簧翻斗式雨量传感器,测风传感器,温湿度传感器,气压传感器,弦式传感器,渗压、堰流、位移等各式大坝传感器。),并且经过简单的扩展,可接入新式传感器。
5、 配置4Mbit大容量固态非易失存储模块,可存储2年以上的水位和雨量数据,其编码满足水文资料整编要求,便于便携机提取和远程提取。
6、 可配置性高,可实现本地或远程修改工作参数。遥测终端机功能多样,并且具有较强的可配置型,便于用户进行设置,来选用不同的传感器及通信设备。遥测终端机可配置的参数有:接口速率、定时报频度、加报门限值、时钟、时段值、日起始时间、源地址、目的地址、区号(超短波)、电话号码、雨量计类型、水位计类型、通信接口速率、传感器(485或弦式)的个数等
7、 远程可管理性强,具有远程系统同步校时、远程修改工作参数、远程提取固态数据等功能。
8、 抗干扰性强,具体采用方式如下:采用耐高压接口元器件;通信接口、传感器接口、电源电路采用浪涌吸收电路;所有接口采用物理隔离(光耦)方式;机箱采用电磁屏蔽设计,并带有防雷接地点;各种接口采用与避雷器配合使用的方式,增强防雷性能。
9、 具有强大的智能化管理功能:具有现场、远程可配置性;可接受中心站的远程管理、远程校时、远程诊断、远程召测;可自动判断各监测参数,如变化超限,则自动加报;采用看门狗、实施多任务编程机制等软硬件措施保证不死机(自恢复);可自动判断天气阴雨晴、水位涨落平状况,并将这些信息发送出去;具有自动信道切换功能,两种信道都不通时,可反复切换联系,并能声音示警,并在液晶界面上给出提示。
10、 具有较高的可靠性:符合水文自动测报系统提出的无故障运行时间MTBF大于100000小时的标准要求;具有严密的防雷及可靠性措施;可以在暴雨、雷电、太阳能无充电等恶劣情况下正常工作。
11、 具有较高的可管理性:触摸式键盘和液晶显示器用于人机交互,实现本地参数设置、修改时钟、功能测试、人工置数等功能;主板配有蜂鸣器、每个端口配有LED指示灯,终端机的每一步操作都有LED指示、LCD指示或声音提示,操作简单直观,便于理解;支持持远程管理方式,只需在中心站远程修改遥测终端机的时段值或加报门限,即可达到目的。
12、 遥测站平时报汛采用定时自报、限时增量报和查询—应答式兼容的混合式工作体制的工作方式。
13、 定时自报:定时报送时刻可设置。定时报送时刻到来,遥测站自动把水位、雨量、电压等信息发回中心站,定时间隔(1小时~24小时)可设置。
14、 雨量增量加报。雨量加报阈值可设置。雨量计每翻斗一次,RTU使雨量累计值增量,同时比较当前雨量累计值和上次上报的雨量累计值,如果二者之差超过设定的阈值,并且当前时间和上次上报时间之差也超过设定的阈值(1~59分钟),则RTU进行一次加报。
15、 水位加报
水位拍报有多种方式,可根据用户要求进行定制。例如:
l 方式一:水位每变化一定高度,则立即拍报(加报门限可设置);
l 方式二:按照水利部三级拍报标准进行拍报。
16、 查询/应答式:由分中心随机召测,遥测站自动响应,接受分中心的查询(召测),能实时采集水文数据并发送给分中心。
17、 固态存储器数据可以到测站用便携机本地读取,也可以通过GPRS信道读取。
18、 可本地或远程清除固态存储器数据,清除以“年”为单位,具有防误删功能。
19、 雨量采集:雨量计每次翻斗触发RTU将降雨时间写入固态存储模块,并使雨量累计值增量。
20、 水位采集:每5分钟(采集间隔可设置)采集一次,并将采集到的水位值写入固态存储模块。
21、 水位定时报和增量报:在每个时段正点向分中心发送定时报;水位采集时进行阈值判断,比较当前水位值和上次上报的水位值,如果二者之差超过设定的阈值,并且当前时间和上次上报时间之差也超过设定的阈值,RTU进行一次加报。则加报;上报完成后,设备再次进入睡眠状态。时段值可现场或远程设定;
22、 RTU配有键盘和液晶显示器,以便于现场显示水位、雨量等数据,或者修改系统的配置参数。
23、 支持远程参数修改。可远程修改的参数包括:定时自报时段值、目的地址,水位加报阈值,雨量加报阈值,时钟等。
24、 可以发送人工观测数据,每次可发送电文的数目可达到30组;
25、 本地或远程修改系统参数后,与中心站进行通信确认,保证遥测站参数与中心站存储参数的一致性。
26、 具有实时钟,以完成对水位、雨量的自动记录与定时上报。
27、 采用GPRS/GSM通信模块作为通信工具,同时支持GPRS传输、短信息传输。当GPRS传输失败时,自动切换为GSM短信方式发送水情数据。
28、 报送完毕,如果没有任务,则立即进入掉电状态。
29、 具备测试功能,测试数据只显示、不存储。
30、 具有看门狗,可实现掉电数据自保护、死机自动复位。
31、 具有实时钟,并具有自动校时、系统时钟同步功能。
32、 发送报文中含有:采集时间、发报时间、测站站号、中心站号、电源状态等工况信息和一小时内间隔5分钟的雨量累计值,1小时内间隔5分钟的水位值等。另外每帧报文具有一个特征字节,表示本报文的信道类型(GPRS/GSM信道数据,PSTN信道数据)以及信息类型(如正常报,加报数据,人工置数,调试数据,告警信息等)。
33、 若定时自报“时段”大于1小时,则雨量、水位为最近1小时内间隔5分钟的数据。
综上所述,终端机应用功能简单描述如下:
Ø 配有键盘和中文液晶显示器,可以本地显示测站状态、蓄电池电压、日期/时间及水雨数据等,可发送人工观测数据,并可对配置进行修改(包括站址、水位基值、雨量初值、发送前导时间、数据传输体制、数据报送频次等)
Ø 支持远程诊断和远程管理(远程管理采取端对端确认机制)。可远程配置的系统参数包括:定时自报时段值、目的地址,当前雨量、水位加报阈值,雨量加报阈值(2个),定时唤醒开机后的等待时间长度、测报间隔、时钟等。
Ø 配有4Mbit大容量非易失存储模块,可存储两年以上的水位和雨量数据
Ø 测站数据可用便携机本地读取,也可通过GPRS/GSM信道远程提取
Ø 固态存储器数据可本地或远程清除
Ø 发送数据满足《水情信息编码标准》(2005)
Ø 具有命令确认和校验机制,不会发生误操作
Ø 具有增量口,并行口,串行口,频率口,模拟量口等各种接口
Ø 可测量水位、雨量、风向、风速、气压、温湿度、墒情、大坝渗压等
Ø 可采用交流供电或蓄电池直流供电方式
Ø 具有较强的通信能力:四个串行接口,可同时连接任意两种具有标准RS-485接口或RS-232C接口的设备
Ø 具有自报、应答、自报加应答三种工作模式,可灵活自动调整
Ø 可按部颁新标准键入并发送人工置数
Ø 具有存储转发功能
Ø 采用电源监控技术,对数据和时钟进行双重掉电保护
Ø 采用实时多任务的编程方法,使该设备具有更强的响应能力
Ø 完善的软件编程思想和硬件保护措施,增强了设备的可靠性
Ø 按键可进入测试状态,便于安装调试或维护维修。当RTU处于测试状态时,发出的数据均为具有测试特征字符的测试数据,以便中心区别处理。RTU不存储测试数据,并可自动退出测试态。
Ø 具有振铃检测功能,值守状态有线MODEM不加电,但可随时响应中心的召测命令
Ø 可定时自动唤醒处于开机状态,以完成定时测报、响应中心站提取固态存储数据和修改参数等指令。
Ø 具有分析记录报送天气阴雨睛、水位涨落平峰的功能。
Ø 具备补发数据功能(主备信道通信均失败时,存储数据等待下次发送)
Ø 具有实时钟,可接收中心校时命令,并自动校时
Ø 具有定时自检功能、存储转发功能
Ø 具有故障报警功能
Ø 支持休眠唤醒,具有掉电数据保护功能
Ø 具有看门狗,具备死机自动复位功能
Ø 可接受中心站的远程管理、远程诊断
Ø 所有外部接口采用光电隔离,有效防止雷电的破坏及外部电磁信号的影响,保护终端机的安全
遥测站的单站配置如下:
l YCZ-2A-101终端(1台)
l GPRS/GSM通信终端(1个)
l 24AH免维护蓄电池(1个)
l 20W太阳能光电板(含支架)(1套)
l Solsum6.6C充电控制器(1台)
l JDZ05-1型雨量计(1件)
l LDS2 12信号避雷器(1套)
l LD SF24-DC电源避雷器(1套)
l 地网设施(1套)
一、雨量采集
本系统选用0.5mm规格的单簧翻斗式雨量计,降雨达到一定数量将引起雨量计翻斗发生翻转,每0.5mm翻斗一次。雨量计翻斗每次翻转将输出一组开关脉冲信号,RTU自动记录脉冲次数及脉冲发生时刻,存入固态存储模块。根据脉冲次数可得雨量累计值、日雨量等数据,脉冲发生时刻则代表降雨时刻。
二、其他扩展量采集
当需要接入其他传感器时,配置好工作模式和采集时间,终端机就会在固定时刻采集传感器数据,并记录在存储器中,同时报送到中心。
遥测站采用GPRS通信为主,GSM短信为辅的组网方式惊醒通信。
遥测站需要报汛时,首先选择GPRS通信方式发送数据至分中心;GPRS方式下发送三次,如果三次均失败,则转用GSM短信方式发送数据;如GSM也不通,则保存数据并掉电,等待下次通信成功时再发送。
选用型号:YCZ-2A-101。
选用理由:
(1) YCZ-2A-101终端机是北京金水燕禹科技有限公司于2000年针对水情分中心的特殊要求而研发的,经过6年多的不断完善和升级,不但完全符合水情分中心建设目前对遥测终端机的要求,而且融合了众多水文防汛用户的好的建议,是一款性能优异、质量可靠、操作简单、维护方便、故障率低、具有智能化管理特点的终端机。已在国内众多水情分中心系统、普通水文遥测系统、城市防洪预警系统、山洪预警系统等方面广泛应用,目前已提供全国各地用户5000多套。
(2) YCZ-2A-101终端机可满足本系统所有要求,另外还具有以下优异性能:
l 多传感器接口
101终端具有模拟量、数字量、开关量以及RS232、RS485等多种传感器接口,可以接入目前水文遥测系统中使用的绝大多数传感器,通过简单扩展,即可增加其他种类传感器的接入。用户更换水位或雨量传感器类型,无需改变软件或硬件。例如,可接入如下种类:
水位传感器(浮子式、激光、超声波、压力式、气泡式等)
雨量传感器(各种规格的单/双簧翻斗式雨量计)
测风传感器
温湿度传感器
气压传感器
振弦式传感器
墒情传感器
(注:根据用户需要可连接其他数字传感器或模拟传感器)
l 多通信接口
101终端可以接入目前水文遥测系统中使用的所有通信方式,包括: PSTN、专线、短波、超短波、微波、GSM(短消息或数据业务)、GPRS、CDMA以及卫星通信(北斗卫星、海事卫星、VSAT、全线通、全球通)等通信组网方式。
l 具有较强的兼容性和可扩展性
101终端兼容目前水文遥测系统中使用的各种通信方式和绝大多数传感器,因此利用101终端进行组网很容易对系统进行功能扩展、更换传感器或改变通信方式。
另外,101终端在结构上分为主板和接口板,主板负责通信、数据处理、存储等功能,接口板负责数据采集。如果用户希望增加功能,则只需更换接口板软件或硬件即可。因此101终端不论从功能上还是结构上都极易扩展。
l 可靠性高
101终端从元器件选型、元器件检测、电路设计、结构设计、整体集成等多个方面进行了抗干扰设计,可保证其具有较强的防雷、抗干扰性能,具有较高的可靠性(详见2.2.13.1)。
l 人机交互友好,易于维护
101终端配有触摸式键盘和中文液晶显示用于人机交互,可实现本地参数设置、修改时钟、功能测试、人工置数等功能。
101终端主板配有蜂鸣器、每个端口配有LED指示灯,终端机的每一步操作都有LED指示、LCD指示或声音提示,因此操作简单直观,便于理解。
l 具有大容量数据存储能力,可存储2年的水、雨数据
另外,即使主板故障,仍可读出其中的固态数据,可有效保证资料的完整性和可靠性。
l 具有较高的可配置性,可实现本地或远程修改工作参数
l 具有较强的智能化特点
101终端的智能化特点主要体现在以下几个方面:
Ø 具有现场、远程可配置性
Ø 可接收中心站的远程管理、远程诊断
Ø 数据采集具有数字滤波特性
Ø 可自动判断各监测参数,如变化超限,则自动加报。
Ø 采用看门狗、实施多任务编程机制等软硬件措施保证不死机
Ø 具有自动信道监测、切换功能
Ø 可方便地扩充传感器接口的类型和数量,变换数据传输格式
Ø 可通过参数设定,定义传感器接口或通信接口的输入输出;
l 低功耗
101终端具有良好电源管理性能,值守功耗小于2毫安。
l 一体化设计
RTU采用强固型三防金属机箱,内部可以安装GPRS/GSM模块、充电控制器和蓄电池等,便于安装维护。
(3) YCZ-2A-101终端机是集数据采集、显示、存储、转发和智能管理等功能于一体的高性能遥测数字终端设备。其参数易于配置、可兼容多种水位、雨量等采集设备、易于扩展、易于组网、支持多种通信方式的远程管理、各种接口均具有光隔等防雷设计。该型号终端已在国内上百个水情测报系统中得到了应用,实践证明其性能可靠,符合“国家防汛指挥抗旱指挥系统一期工程水情分中心初步设计指导书”的要求。
(具体指标见5.1遥测终端机)。
选用型号:H771 8型通信终端。
选用理由:
(1)H7718型通信终端已广泛使用在广东、河北、河南、湖北、山东、江西、江苏等诸多水文遥测系统中,实际使用情况表明:其性能稳定可靠,故障率低。在性能、稳定性及可维护性等方面,远高于市场上其他同类产品,是一款高性能成熟产品。
(2)它与RTU采用RS-232C标准接口,与RTU的通信协议基于AT指令集,不但可以很方便地应用于本系统,而且测试简单方便,利于维护。
(3)H7718型通信终端兼容GPRS和GSM短信通信两种模式,可实现两种模式的自动灵活切换。
选用型号:JDZ05-1
选用理由:
(1) JDZ05-1雨量计为0.5mm规格的翻斗式雨量计,其技术指标完全符合本系统招标要求;
(2) JDZ05-1雨量计为单簧雨量计,比双簧雨量计稳定(双簧中的一个簧长期被吸合有可能造成“疲劳”)
(3) JDZ05-1雨量计结构简单,可靠性高,能够满足国家防汛指挥系统雨量测量精度的要求,并符合水情自动测报系统规范,已被广泛使用于国内水情自动测报系统中。
(具体指标见5.2.1雨量计)。
选用型号:BS12-24,BS12-100
选用理由:
(1) BS12系列蓄电池为日本滨松全密封铅酸免维护蓄电池,具有良好的低温特性、过充特性和具有极低的自放电特性,对其他设备无腐蚀、无污染。
(2) BS12系列蓄电池容量可以满足连续阴雨30天情况下,测站仍能正常工作的需求(蓄电池容量的选择见2.2.11.1遥测站供电设计)。
(具体指标见5.4.1)
选用型号:TDB75-38-P(20W)、TDB100-36-P(40W)
选用理由:
(1) TDB系列太阳能板为宁波太阳能电池有限公司的单晶硅产品,该公司太阳能板产品使用于水文遥测系统已有十余年历史,已得到众多遥测系统的长期考验,其产品性能值得信赖。
(2) TDB系列太阳能板性能优异,寿命长,组件使用10年后,功率下降不超过使用前的8%。
(3) 所选太阳能板功率,可以满足连续阴雨30天情况下,测站仍能正常工作的需求,可保证5天内将蓄电池充满(太阳能电池板功率的选择见2.2.11.1遥测站供电设计)。
(具体指标见5.4.2)
太阳能供电系统结构如下图所示。
选用型号:Solsum6.6C型充电控制器
选用理由:
(1) Solsum6.6C型充电控制器是德国Steca公司专用太阳能充电控制器,可以对蓄电池进行有效过充、过放保护。
(2) Solsum 充电控制器采用高质量、高效率的MOS 管对过充、过放进行保护,所以勿需保养,且使用寿命很长。
(3) Solsum充电控制器带有气化(析气)调节和温度补偿。
(4) Solsum充电控制器具有彩色发光二极管,提供关于蓄电池电压和负载工作信息,便于用户判断维护。
(5) Solsum充电控制器的性能已在众多水文遥测系统中得以验证。
(具体指标见5.4.3充电控制器)。
根据招标书提出的系统需求,本设计方案将软件部分划分为两大部分:数据通信系统、数据应用系统。结构如下图所示:
具体包括如下五个子系统:
l 数据接收子系统(数据通信系统)
l 运行分析管理子系统(数据应用系统)
l 数据管理维护子系统(数据应用系统)
l 信息发布子系统(数据应用系统)
l 信息查询子系统(数据应用系统)
五个子系统分别完成相对独立的功能,松散耦合,子系统间的数据交换基于统一定义的数据库结构或标准数据格式(XML)。这样实现的优点主要有以下两点:
(1) 提高了系统的可靠性。
各子系统错误相对隔离,某个子系统出现的问题不会扩散到其他子系统中,因此不会影响整个系统的运行;
(2) 提高了系统的可扩展性。
各个子系统可在不影响其他子系统的情况下进行升级或扩展,无需对其他子系统进行变动。
本系统各相关各分中心均为我公司建设,分中心软件包括数据接收子系统、运行分析管理子系统、数据管理维护子系统、信息发布子系统和信息查询子系统。用户只需对分中心软件进行相关设置,即可实现新建站点的数据接收入库、处理、转发和查询等,也可以实现对新建站点的远程管理(如远程修改参数、远程提取固态数据、远程校时等),满足本系统招标要求。因此分中心软件无需调整。
本系统省中心应接收已建站点和新建站点的数据,包括北江飞来峡系统的所有数据。北江飞来峡系统改造后数据流程改为:报汛站→水情分中心→省水情中心,即飞来峡系统报汛站数据先到水情分中心,然后再到省中心汇总。
为保证飞来峡系统获得所辖相关测站的数据,省中心应配置数据转发软件一套。数据转发软件将数据按现有北江遥测系统后台数据库表结构写入北江飞来峡系统现有Sybase数据库。
数据接收系统通过与分中心通信设备通信,实时取得遥测站发送来的数据,并进行处理。同时将数据分类显示,进行合理性检查,随后加入原始数据库。数据接收系统具有漏报检查,自动补报功能;可以远程发送修改指令,修改终端遥测站的运行参数;可以发送固态提数指令,远程提取终端遥测站固态存储器数据。通过计算机广域网把数据传送到省中心遥测数据库。
数据接收子系统主要实现以下功能:
1)数据接收和补测
全天候值守,通过与分中心通信设备通信,取得遥测站实时发送来的遥测数据。如果发现数据漏报,则通过PSTN信道召测测站,进行数据补报。
2)原始数据入库
对信息进行解码并进行整理后分门别类,将各种数据写入原始资料数据库。主要功能包括接收数据的解码和校验,数据合理性检查。正确数据数据的直接入库,错误数据做标记进入错误日志表。当写入失败时,系统具备缓存能力。
3)系统运行情况监视和报警
根据遥测站采集设备工作状况及数据,分析遥测站的工作状况,对系统运行状况进行监视,对意外情况输出报警:
Ø 测站工作电压监控
Ø 测站发送数据间隔时间监控
4) 遥测站远程管理
Ø 远程向遥测站下发指令,修改遥测站参数
Ø 遥测站测站参数的修改和确认
Ø 远程命令遥测站批量上传固态存储数据
Ø 终端信息管理
Ø 提供遥测站属性、参数管理功能
5)本地和远程固态取数功能
所谓本地固态取数,是指从分中心的本地原始数据库中整理出所有固态数据要求的信息,生成整编资料文件的过程。
所谓远程固态提数,是指通过GPRS或PSTN通信,远程从遥测站提取固态数据并生成整编资料文件的过程。
Ø 本地遥测数据的查询和处理
Ø 生成指定固态数据格式文件
Ø 遥测站固态数据的提取和删除
Ø 固态数据提取中断保护·
Ø 将遥测站传来的固态数据处理成相应的数据格式,形成文本文件
Ø 固态数据处理、保存文件
Ø 固态数据的合理性标示
采用将数据通信接收和数据显示、处理入库分开来实现,数据通信用Visual C++开发的DLL来实现。数据显示、处理入库部分用Delphi来实现。这样实现好处在于利用了VC可以对底层进行灵活操作、控制的特点,而用Delphi开发显示、入库部分则利用了Delphi对数据库操作简单可靠、界面开发美观速度快的优点。采用DLL来实现通信部分方便通信模块的修改和升级、方便代码的复用。整个系统采用模块化的C/S结构。
以下以我公司为广东全省8地市开发的通信值守和监控软件为例,展示系统主要功能界面,此系统为正在运行的实际系统。
图4.2-1 通信值守和监控软件主界面
图4.2-2 本地中心参数配置
图4.2-3 远程参数配置
图4.3-1本地固态取数
图4.3-2远程固态取数
数据管理子系统主要包括数据转储、数据维护、数据报送和数据合理性规则管理等几个子模快,系统结构如下图所示:
图4.4 数据管理子系统结构图
数据存储系统主要是对原始资料数据库的数据信息进行重新组织,去掉原始资料数据库里的冗余数据、不合理数据,提取原始资料数据库里的特征数据并加以处理,使之成为能正确反映监测区域水位、雨量等水文要素变化过程的数据。如果发现数据不合理,则通过明显的告警信息(语音、文字等)提醒管理人员进行校核,并具有人工数据插补功能。具体功能描述如下:
1) 数据整理
对接收数据库中的数据信息进行检查、整理,使数据按照标准数据库的格式排列,并以最少的合理数据不失真的反映水情的变化过程;
2) 数据合理性判定
根据设定的判定规则对原始数据进行合理性判定。对于不合理的数据有两种处理方式:在软件界面上通过闪烁的文字和语音向管理人员告警,等待管理人员校核处理;在软件中加一些条件,由软件自动进行数据插补。这两种方式可以通过软件管理界面由管理人员设定;
3) 数据转储
数据转储系统将整理好的实时水雨情数据写入水情分中心遥测水雨情数据库,从而为其他应用系统和用户提供辖区内的实时水雨情信息。同时,为适应当前存在的按时段报汛的要求,还将遥测水雨情数据库中的数据按时段整理写入实时水雨情数据库。主要功能是:
Ø 按遥测水雨情数据库标准,把各站数据写入水遥测水雨情数据库各实时表中。当写入失败时,由数据维护功能模块处理;
Ø 按实时水雨情数据库的规范和标准,将遥测数据按时段整理写入实时水雨情数据库各实时表中。当写入失败时,由数据补充入库功能模块处理。
数据库维护功能是面向数据库维护/管理人员的,用于对实时遥测数据库和水雨情数据库的数据进行日常维护和管理。主要功能包括:
1) 能进行实时遥测数据库和水雨情数据库的选择,从而确定进行哪个数据库的维护和管理工作;
2) 能进行基于表和关键字的简单查询;
3) 能对库内数据进行增加、删除、修改等日常维护;
4) 提供图形化的人机界面进行工作状态数据的保存设置和超期工作状态数据的删除;
5) 能对数据库进行备份、并清除事务日志;
6) 对于人工观测的数据,系统提供界面可对人工观测数据做插补;
7) 提供图形化的人机界面,提供对数据转储程序识别的不合理数据进行处理的能力;
自动生成水文电报,并向省、流域及国家防办发送。除传统的水文电报方式外,还可以通过分中心与省水情中心之间的网络连接,将数据直接写入省水情中心的实时水雨情数据库中。此过程具有自动重传功能,可保证所有要入库的数据因网络中断等原因入库不成功时,都自动保存为数据文件。网络连接恢复时,软件自动读取这些文件中的数据,进行补充入库操作。
通过本模块,用户可方便的定义各种数据的合理性判断、纠错或插补规则。系统根据设定的规则,可完成大部分的数据纠错和插补工作,实现对原始遥测数据处理最大程度的自动化,减少或者避免人工参与数据的处理工作。
n 数据库备份
对数据库进行备份和维护。
n 数据添加修改
² 提供图形化的人机界面,提供对不合理数据进行处理的能力;
n 用户管理
通过它你可对管理密码进行修改。
运行分析管理子系统主要功能是:对系统每日接收来的水情数据和测站状态数据(包括水情数据和测站状态数据)进行统计,并将统计结果存储到运行分析结果数据库;然后对统计结果进行分析,得出数据接收误码率、畅通率、迟报、误报、漏报等参数,进而分析整个遥测系统的数据采集、通信情况,得出各种统计报告。
1) 分析畅通率和误码率。每天统计接收遥测数据个数,根据定时自报数据和加报次数,计算每天的畅通情况,并将应收报、实收报、加报、错报、漏报等数据存储到运行分析结果数据库,打印统计计算结果;
2) 分析遥测站电源电压数据,存储到运行分析结果数据库并打印结果;
3) 辅助数据接收系统工作,将遥测系统运行状况直观地展示给非专业人员;
通过对一段时间内的通畅率进行查询,分析测站一段时间内的运行情况。如下图:
查询所有遥测点的电压及过程曲线,可以分析一段时间内遥测站供电和相关系统的运行情况。如下图所示:
(电压列表)
(电压过程曲线)
信息查询子系统是在数据库的支持下,基于大比例尺电子地图,对选择的单个或多个遥测站点,查询工作状态、系统通信链路状态以及各种单站、多站要素数值等全面的信息,表达简洁直观、图文并茂。
信息查询子系统采用Internet/Intranet技术、Browse/Server技术、ASP/JSP/PHP等动态网页技术、JAVA技术等,以过程线、示意图、表格、报表、文字、多媒体等多种方式,提供系统各遥测站的工作状态、系统通信链路状态、实时雨水情数据、水情分析、水情小结、预报结果、历史资料等信息查询服务。
信息查询子系统支持B/S,C/S查询服务,具有遥测信息查询、实时水雨情信息查询、遥测站状态查询等多种功能。对遥测信息的查询分时段查询和动态监视;对实时水雨情信息的查询支持图表、文字、图形、影像(包括动画)、声音等方式。包括各种水情、雨情、气象数据(风向,风速,温度,湿度,气压)的报图报表;单站、多站查询;各种形式的图表、过程线。例如日、荀、月雨量,时段雨量,水位过程,的直方图,曲线图,报表等;
信息查询子系统的数据接口可以随时根据不同的需要选择为遥测数据库或实时水雨情数据库,根据选择,从数据库中提取数据,为图形子系统提供各种数据。数据输出方式为文本文件、Excel形式的表格及过程线、示意图等图形方式。
系统可根据用户要求定制分中心日常工作所需的各种报表,并根据数据库中的内容自动输出报表,报表内容方式按分中心具体需求进行定制设计。根据标书中的要求,报表系统具备如下功能:
Ø 采用Excel界面风格设计报表系统;
Ø 多窗口多文档方式,支持多张报表同时显示调用或打印;
Ø 报表中可嵌入简单图元,如直线、曲线、弧线、矩型、椭圆、扇形、位图、文本等;
Ø 可以按Excel文件格式输出报表;
Ø 支持报表纵向或横向变长运行设置;
Ø 可设定某些单元格在报表调用运行时也可进行人工修改;
Ø 具有报表放大打印、缩小打印功能,也可以选择自动居中打印;
Ø 可以在报表上选择部分区域打印;
Ø 可自动记忆每张报表最新设定的打印格式(如横向或纵向打印),方便打印操作;
Ø 可以在报表上选定单元格或行、列显示隐藏或打印隐藏,亦可取消已设定的隐藏区域。
Ø 状态信息
查询所辖/全系统各遥测站的工作状态和通信链路状态。
Ø 雨情信息
包括时段降雨量表、日雨量表、日雨量累计表、时段降雨量累计表、降雨量旬月统计表、暴雨加报表、各地区气温比较表、以及单站和区域面平均降雨直方图与累积曲线和各种类型的雨量等值线;还有查询水量统计图表及公报。
Ø 河道水情
包括河道水情摘录表、河道水情告警表、实时水位示意图、实时水位流量过程线、实时历史水位过程线对比、实时历史流量过程线对比、典型年水位流量过程线,水位流量关系曲线及雨洪过程线等。
u 柱状图:
u 日常水情报表
u 月旬统计报表
具有信息编码、信息发布两个模块,可将接收到的遥测信息按新的编码标准转为要求的格式对外发布。
在net架构下,定时按照时段把水情自动测报系统所采集的所有面向用户的内容(报表、图形等)通过动态网页发布到内部网站上,或者通过网络连到水情分中心的水情系统上。发布内容和方式由管理人员在软件管理界面上设置。
网上信息发布模块包含报表和图形两大部分。
1) 报表部分
按时段发布时区降雨量报表,每日发布今日水情报表、水位日报表、雨量日报表和流量日报表,每月发布水位月报表、雨量月报表和流量月报表。
2) 图形部分
根据管理员的设置发布雨量直方图、水位过程线和流域降雨分布图等。
一.技术性能
YCZ-2A-101遥测终端机是基于嵌入式操作系统和数据采集平台概念的遥测设备,核心部件采用军级芯片,其余全部采用扩展工业级芯片,是完全满足工业级标准的水文专用遥测终端机,同时也是目前国内唯一满足部颁新编码标准的遥测终端机。
YCZ-2A-101型遥测终端是为满足水文遥测多通信信道、大容量数据存储的要求而设计的新型遥测终端,YCZ-2A-101遥测终端机自投入使用之日到现在已有六年左右的时间。在此期间其功能不断增加、性能不断改进、结构不断完善,至今已经成为一款技术先进、功能全面、可靠性高、可扩展性好、性价比高,并且易于维护、易于管理的成熟产品。具体体现在以下几个方面:
l 具有体积小、功耗低、可靠性高、可智能化管理等优点
l 具有操作简单,易掌握、易管理维护,系统运行维护费用低等优点
l 可接入目前水文遥测系统中使用的所有通信方式(可同时接入2种以上通信设备,并可实现主备自动切换)
可以通过PSTN、专线、短波、超短波、微波、GPRS/GSM移动通信网及卫星通信(北斗卫星、海事卫星、VSAT、全线通、全球通)等通信组网方式,实现高效可靠的数据传输,完成数据采集、处理、存储以及传输等任务,并可实现系统的远程管理。
l 可以接入目前水文遥测系统中使用的绝大多数传感器,通过简单扩展,即可增加其他种类传感器的接入(采集间隔可设置、水位采集数字滤波)。
终端可接入的传感器有如下种类:
水位传感器(浮子式、激光、超声波、压力式、气泡式等)
雨量传感器(各种规格的单/双簧翻斗式雨量计)
测风传感器
温湿度传感器
气压传感器
弦式传感器
大坝监测传感器(渗压、堰流、位移等)
(注:根据用户需要可连接其他数字传感器或模拟传感器)
l 具有大容量数据存储能力(4M),可存储至少2年的水、雨数据(带时标)
固态存储数据满足水文资料整编要求,可以用便携机本地提取,也可以进行远程提取,目前YCZ-2A-101遥测终端机支持三种远程提取方式:PSTN远程提取、GPRS/GSM拨号方式远程提取、GPRS方式远程提取(其他通信方式不适合于远程提取)。
l 具有较高的可配置性
可实现本地或远程修改工作参数。正是由于YCZ-2A-101遥测终端机具有多功能的特点,因此它必须具有可配置性,以便用户对其进行设置,选用不同的传感器及通信设备类型。另外接口速率、定时报频度、加报门限值等也是经常需要配置的参数。
YCZ-2A-101遥测终端机可配置的参数有:时钟、加报门限值、时段值、日起始时间、源地址、目的地址、区号(超短波)、电话号码、雨量计类型、水位计类型、通信接口速率、传感器(485或弦式)的个数等。
l 具有较强的远程可管理性
YCZ-2A-101遥测终端机的远程管理主要体现为3个方面:远程校时(系统时钟同步)、远程修改工作参数、远程提取固态数据。
l 具有较强的抗干扰性
YCZ-2A-101遥测终端机从元器件选择、电路设计、结构设计、整体集成等多个方面进行了抗干扰设计,可保证其具有较强的防雷、抗干扰性能。主要包括以下几点:
选择耐高压接口元器件
通信接口、传感器接口及电源电路采用浪涌吸收电路
所有接口采用物理隔离(光隔)
终端机箱设计有电磁屏蔽作用,并有避雷接地点
信号接口和电源接口配合避雷器使用,增强防雷效果
(备注:为使终端达到良好的避雷抗干扰效果,应保证其有良好接地)
l 具有较强的智能化特点
YCZ-2A-101遥测终端机的智能化特点主要体现在以下几个方面:
具有现场、远程可配置性
可接受中心站的远程管理、远程校时、远程诊断、远程召测
可自动判断各监测参数,如变化超限,则自动加报。
采用看门狗、实施多任务编程机制等软硬件措施保证不死机(自恢复)
可自动判断天气阴雨晴、水位涨落平状况,并将这些信息发送出去
具有自动信道切换功能,两种信道都不通时,可反复切换联系,并能声音示警,并在液晶界面上给出提示。
l 具有较高的可靠性
YCZ-2A-101遥测终端机在众多水文自动测报系统中的应用情况表明:YCZ-2A-101遥测终端机具有较高的可靠性,符合水文自动测报系统提出的MTBF指标要求,具有严密的防雷及可靠性措施,可以在雷电、暴雨、太阳能无充电等恶劣条件下正常工作(具体保障措施见2.2.13.1 设备可靠性设计)。
l 具有较高的可管理性
YCZ-2A-101遥测终端机配有触摸式键盘和液晶显示器用于人机交互,实现本地参数设置、修改时钟、功能测试、人工置数等功能。
YCZ-2A-101遥测终端机主板配有蜂鸣器、每个端口配有LED指示灯,终端机的每一步操作都有LED指示、LCD指示或声音提示,因此操作简单直观,便于理解。
由于YCZ-2A-101遥测终端机支持远程管理方式,因此为用户的管理维护提供了很大的便利性。例如:用户需要遥测站加密报送时,只需在中心站远程修改YCZ-2A-101遥测终端机的时段值或加报门限,即可达到目的。
l 具有较强的兼容性和可扩展性
YCZ-2A-101遥测终端机兼容目前水文遥测系统中使用的各种通信方式和绝大多数传感器,因此利用YCZ-2A-101遥测终端机进行组网很容易对系统进行功能扩展、更换传感器或改变通信方式。
另外,YCZ-2A-101遥测终端机在结构上分为主板和接口板,主板负责通信、数据处理、存储等功能,接口板负责数据采集。如果用户希望增加功能,则只需更换接口板软件或硬件即可。因此YCZ-2A-101遥测终端机不论从功能上还是结构上都极易扩展。
l 工作模式可设置
YCZ-2A-101遥测终端机兼容定时自报、随机加报、限时加报、召测-应答等多种工作模式。
定时自报间隔可设置,也可取消定时自报功能。平安报信息中包含测站工况信息:如通信状态、传感器状态、电压情况、固态存储情况、RTU状态等。
召测-应答模式下,遥测站可以响应分中心修改参数、报送实时数据或批量数据的指令。
另外,YCZ-2A-101遥测终端机还具有以下特性:
1. 配有键盘和中文液晶显示器,可以本地显示测站状态、电压、蓄电池容量、日期/时间及水雨数据等,可发送人工观测数据, 并可对配置进行修改(包括站址、水位基值、雨量初值、发送前导时间、数据传输体制、数据报送频次等)
2. 支持远程诊断和远程管理(远程管理采取端对端确认机制)。可远程配置的系统参数包括:定时自报时段值、目的地址,当前雨量、水位加报阈值,雨量加报阈值(2个),定时唤醒开机后的等待时间长度、测报间隔、时钟等。
3. 配有4Mbit大容量非易失存储模块,可存储两年以上的水位和雨量数据
4. 测站数据可用便携机本地读取,也可通过GPRS/GSM信道远程提取
5. 固态存储器数据可本地或远程清除
6. 发送数据满足《水情信息编码标准》(2005)
7. 具有命令确认和校验机制,不会发生误操作
8. 具有增量口,并行口,串行口,频率口,模拟量口等各种接口
9. 可测量水位、雨量、风向、风速、气压、温湿度、墒情、大坝渗压等
10. 可采用交流供电或蓄电池直流供电方式
11. 具有较强的通信能力:四个串行接口,可同时连接任意两种具有标准RS-485接口或RS-232C接口的设备
12. 具有自报、应答、自报加应答三种工作模式,可灵活自动调整
13. 可按部颁新标准键入并发送人工置数
14. 具有存储转发功能
15. 采用电源监控技术,对数据和时钟进行双重掉电保护
16. 采用实时多任务的编程方法,使该设备具有更强的响应能力
17. 完善的软件编程思想和硬件保护措施,增强了设备的可靠性
18. 按键可进入测试状态,便于安装调试或维护维修。当RTU处于测试状态时,发出的数据均为具有测试特征字符的测试数据,以便中心区别处理。RTU不存储测试数据,并可自动退出测试态。
19. 具有振铃检测功能,值守状态有线MODEM不加电,但可随时响应中心的召测命令
20. 可定时自动唤醒处于开机状态,以完成定时测报、响应中心站提取固态存储数据和修改参数等指令。
21. 具有分析记录报送天气阴雨睛、水位涨落平峰的功能。
22. 具备补发数据功能(主备信道通信均失败时,存储数据等待下次发送)
23. 具有实时钟,可接收中心校时命令,并自动校时
24. 具有定时自检功能、存储转发功能
25. 具有故障报警功能
26. 支持休眠唤醒,具有掉电数据保护功能
27. 具有看门狗,具备死机自动复位功能
28. 可接受中心站的远程管理、远程诊断
29. 所有外部接口采用光电隔离,有效防止雷电的破坏及外部电磁信号的影响,保护终端机的安全
二.技术指标
作为一款优秀的遥测设备,YCZ-2A-101遥测终端机不仅获得了水利部质检中心颁发的生产许可证,而且被相关单位评价为“国际先进,国内领先”,数年来YCZ-2A-101遥测终端机一直引领着水文遥测发展的方向,具有先进的性能和技术指标。
1. 工作电压:10~30VDC(允许输入范围0~30V)
2. 值守电流:≤2mA@12VDC (值守时关闭液晶,则值守电流≤1mA)
3. 工作电流:≤40mA@12VDC
4. 工作环境:-20℃~70℃,<95%RH
5. 平均无故障时间MTBF:≥100,000小时
6. 通信接口:4个串行口(3个RS232,1个RS485)
7. 传感器接口:1个水位并行输入口
1个雨量输入口
1个RS232智能传感器接口
1个RS485智能传感器接口
扩展传感器接口(振弦式接口、0~5V及4~20mA接口等)
三、质量
1.YCZ-2A-101遥测终端机符合《水文自动测报系统技术规范》(SL61-2003)。
2.YCZ-2A-101遥测终端机经过了水利部质检中心高温高湿环境测试、抗干扰性能测试、雨量/水位采集测试和数据报送测试等综合考核,是有质量保证的产品。
3.YCZ-2A-101遥测终端机硬件设计思路新颖、技术先进,有效保证了采集可靠性、通信可靠性和设备安全性。
4.YCZ-2A-101软件上采用了嵌入式操作系统和数据采集平台,具有多任务管理机制、看门狗技术以及自检、软件陷阱等保护措施,可实现实时多任务处理、设备故障自恢复,增强了终端机的可靠性。
5.YCZ-2A-101遥测终端机核心元器件采用军级,其余全部采用工业级,并且所有元器件均经过航天部元器件可靠性检测中心检验、筛选。
6.我公司常年备有一批YCZ-2A-101遥测终端机库存,所有终端机都经过了三个月以上的考机,保证设备质量可靠无故障。
型 号:JDZ05-1
生产厂家:南京水文水利自动化研究所防汛设备厂
一、技术性能:
JDZ05-1型雨量计内部翻斗部件支承系统制造精良,摩阻力矩小,因而翻斗部件翻转灵敏,性能稳定,工作可靠,误码率低。经水利部鉴定,性能达到国际先进水平。JDZ05-1雨量传感器获得国家实用新型专利,符合国标GB11832-89《翻斗式雨量计》和水利水电行业标准SL21-90《降雨观测规范》。1997年获得水利部机械行业科技进步一等奖。
二、技术指标:
序号 | 项目 | 投标指标 |
1 | 承雨口径 | 200 + 0.6mm; |
2 | 分辨率 | 0.5mm |
3 | 精度 | ≤±4% |
4 | 雨强范围 | 0.01~4mm/min,允许最大雨强8mm/min |
5 | 误码率 | <10-4 |
6 | 可靠性指标 | MTBF≥40000小时 |
7 | 信号输出 | 一组或多组触点开关通断信号 |
8 | 工作温度 | -10℃~+50℃, 空气相对湿度不限; |
型 号:H7718
模块厂家:德国西门子
生产厂家:深圳宏电
一、技术性能:
H7718通信终端基于GPRS网络,以德国西门子工业级无线通信模块MC35i为核心,为行业用户提供点-点、中心-多点的透明数据。具有设备成本低、数据传输安全可靠、使用维护灵活方便、同时支持GPRS/GSM等多种工作模式(可自由选择)等特点。
二、技术指标:
序号 | 项 目 | 投标指标 |
1 | 电压范围 | DC7~30V |
2 | 工作环境 | -20℃~70℃,≤95%RH(无凝结) |
3 | 接口形式 | RS-232C |
4 | 协 议 | 支持TCP/IP, AT指令集, SMS; |
5 | 通信速率: | 1.2K~115Kbps(自适应) 缺省:全透明9600,N,8,1 |
6 | 频率误差 | ≤0.1ppm |
7 | 工作频段 | GPRS/GSM900: TX:880-915MHZ;RX:925-960MHZ DCS1800:TX:1710-1785MHZ;RX:1805-1880MHZ |
8 | 发射功率 | CLASS4(2W)/EGPRS/GSM900 MHz CLASS1(1W)/GPRS/GSM1800/1900MHz |
9 | 灵敏度 | GPRS/GSMRX:典型值-105dBm, GPRS/GSMTX:典型值-30dBm |
10 | 动态范围 | 70dB |
型 号: BS12-24、BS12-100(12V全密封进口铅酸免维护蓄电池)
生产厂家:日本滨松
技术参数:
型号 | BS12-24 | BS12-100 |
额定容量 | 24安时 | 100安时 |
额定电压 | 12V | |
自放电率 | <1% | |
设计寿命 | >5年 | |
特征 | 无游离酸,电池可倒放90°安全使 用。极低的电解液比 |
型 号:TDB75-38-P、TDB100–36-P
生产厂家:宁波太阳能电池有限公司
技术参数:
规格型号 | TDB75-38-P | TDB100-36-P |
峰值功率(瓦) | 20 | 40 |
工作电压(V) | ≥16.5 | ≥16.5 |
工作电流(A) | 1.03-1.21 | 2.42-2.54 |
型 号:SOLSUM6.6C
生产厂家:德国STECA
一、技术性能:
Solsum 充电控制器专为中小型的光伏发电系统而设计,它采用最新和最先进的技术完成过充和过放保护任务。过充电保护采用脉宽调制进行旁路调节,以保证快速、平稳地为蓄电池充电(符合IU 特性线)。
Solsum 充电控制器采用高质量、高效率的MOS 管对过充、过放进行保护,所以勿需保养,且使用寿命很长。Solsum 系列的控制器具有新的特点,那就是它们均带有气化(析气)调节和温度补偿。彩色发光二极管提供关于蓄电池电压和负载工作信息。
安全特性:
* 通过压敏电阻进行过压(防雷)保护
* 光电板和蓄电池反接保护
* 误操作保护
* 保险丝
* 通过颜色的变化显示电压
充电功能:
* 分路调节器-- 充电快、损耗低
* 过度放电延时保护
* 传感器使温度得到补偿
* 自动电压匹配
* 气化调节
* 肖特基二极管防倒流
* VMOS 功率开关管
* 发光二极管显示充电状态
* 发光二极管显示负载情况
二、技术指标:
额定电压 | 12V |
最大组件电流 | 6A(50℃) |
最大负载电流 | 6A(50℃) |
过放保护值 | 11.1V |
过放恢复值 | 12.6V |
快充电压 | 14.4V |
均充电压 | 14.7V |
浮充电压 | 13.7V |
工作温度 | -20℃~70℃ |
特性 | 具有防电池过充过放保护功能 |
型 号:LDS2 12
生产厂家:上海雷盾
技术参数:
规格 | Vmin | Vmax | 保护脚 | 额定电流 (L型) | 额定放电 电流 | 串联电阻 |
LDS2 12 | 12V | 15V | 2线 | 1A | 10KA | <10欧姆 |
型 号:
生产厂家:上海雷盾
技术参数:
规格 | Vmin | Vmax | 保护脚 | 额定电流 (L型) | 额定放电 电流 | 串联电阻 |
LDSF24—DC | 24V | 36V | 2线 | 1A | 10KA | <10欧姆 |
型 号:DT350
生产厂家:澳大利亚DE公司
技术参数:
采集参数 | 雨量存储容量 | 水位存储容量 | 接口 |
雨量、水位 | 32K | 128K | RS232 |