**河道雷达流量监测方案

 **河道固定式缆道雷达流量监测方案
一、在线监测系统概述
1.1 基本情况
随着国家发展水资源越来越紧，同时水污染加重，可利用水源越发**。中小河流在线流量监测重要性更显**。
河流在线流量监测，可实时掌握可用水资源；
河流在线流量监测，可通过水闸等调配县市级流域水量；
河流在线流量监测，可了解污水走向，提供决策依据；
河流在线流量监测，在山洪和台风期间掌握各河道流量防范“天灾”。

1.2 设计目标
流量站新建全自动的流量实时在线监测方式，实现对河段断面流量流速的实时在线监测，并且将流量计算的水位、流速、流量信息等数据通过无线传输方式传送到相关中心平台。

1.3 设计原则
（1）实时性、容错性
实时采集现场中的流速、水文等信息，会同断面数据能及时获得流量信息，并将其存在业务数据库中。具有较强的实时性和较高的处理效率，对访问的响应时间要短；采集接口的实时性好，能满足其应用的需要；采集接口的采集周期在5秒到5分钟之间（可根据需要进行设定）；采集接口的实时性不能影响控制系统的性能。采集通信方式在具备条件的场合，实现冗余；采集软件要有容错处理机制；实时数据库系统具有容错能力，根据具体的硬件条件实现冗余。

（2）完整性、标准化
信息的传输与处理遵循标准化的协议，以保证信息的相对完整性与一致性。对采集方式、采集设备尽量采用统一标准和型号, 坚持系统的开放性和可扩展性。建立一个开放的、标准的、可扩充、易管理、升级的实时数据库系统。不仅仅要做到配置上的先进，更主要的是开发上和应用上的先进。

（3）安全性、可靠性
在操作上严格权限管理。系统应提供审计跟踪功能，记录所有用户操作过程，对出现的系统安全问题提供调查的依据和手段；系统应具备事务日志功能。保证在恶劣天气条件下能正常运行，确保采集通信信道畅通。
1.4 系统功能
能对断面流速、水温、流向、水位等进行24小时连续在线监测；
（2）能根据实时采集的流速、水位，计算断面流量；
（3）能实现水量数据采集、流量计算、存储、传输的功能；
（4）能将采集的水位、流速、流量和测站状态信息通过通讯网络传输到接收中心；
（5）可人工设定和修改断面平均流速关系线。

二、项目概述
监测点现场为**河道，水位较大，河道断面较宽且曲折，推荐使用非接触式雷达水位计和雷达流速仪监测水位、流速，用过流速面积法计算流量，然后数据上传到云平台，通过网站或者微信公众号查看数据，终端机本地也可保存三年以上数据。
本实施方案遵循《河道流量测验规范》（GB50179-2015）。



河道一般由以下几个方面组成：
水位流量：雷达水位计监测现场水深，雷达流速仪测量流速，流速面积法计算流量；
2、供电系统：用于给整套系统进行供电、根据现场环境可以选择太阳能供电或者市电供电。
根据现场情况，考虑到是野外河流，计划采用太阳能供电系统；
3、通信设备：可以通过遥测终端机将采集到的传感器数据通过GPRS发送至云端；
4、 数据查看：数据可以通过遥测终端机发送至数据服务器，用户可以通过云平台或者手机浏览器远程查看数据，数据也可以发送至相应监管部门的服务器。




2.1数据传输方式：
光纤有线传输：采用光纤或者有线宽带网络。适合安装点有网络且下泄流量站点离的比较近的地方可以考虑采用这种方式；
2、GPRS/4G无线通信：采用GPRS或者4G信号将数据和视频图像传输至服务器。适合安装点比较远、无法布线的场合；
3、北斗通信：采用北斗短报文进行通信，遥测终端机采集到的数据通过北斗短报文的形式发送至一台北斗接收机上，北斗接收机将数据进行转发。适合安装点无网络信号的地方。
结合实际情况，现场采用GPRS无线传输，数据发送到目标服务器。

2.2监测站点的位置：
1．选点需要安装在水流平稳，无明显漩涡回流的地方，顺直河段。
2．雷达水位计和雷达流速仪安装在空中，照向水面测量。
3．因为受地转偏向力影响，北半球向右偏，南半球向左偏，所以才会导致北半球右岸侵蚀、左岸堆积的现象，**考虑安装在右岸，避免淤泥或者垃圾挡住探头。
4． “**后五”，一般顺直河段，安装点前预留十倍的管径或者渠宽，安装点后边预留五倍的管径或者渠宽。
5.宽河道建议多安装几个传感器，具体数量看河流宽度，本方案建议安装两台雷达流速仪和一台雷达水位计。
2.3主要设备选型：
1、雷达流量计
雷达流速仪
产品特点：
防水、防结露、防雷设计，适用于各种野外环境；
进口平面微带雷达非接触式测量，不受气候、泥沙及漂浮物影响；
能够适应复杂情况，不受高水位、垃圾、淤泥、植被等影响；
快速精确测量，数据输出稳定，且适用于洪水期高流速环境；
测量运行和休眠模式相结合；
雷达发射波束角小，准确度高，不易受外界影响；
结构小巧，功耗低，安装方便、易维护；
配套控制器远传设备，可轻松对接现有水文遥测系统；
宽输入电压范围，适合太阳能电池供电；
*有渠道流速模型，测量精度更高。
技术参数
测量范围
0.01~20m/s
测量精度
±0.01m/s
雷达垂直倾斜角修正
自动修正
流速方向识别
双向
雷达频率
24GHz
有效距离
0~40m
供电范围
12 VDC
输出接口
RS485
功耗
＜1W
工作温度
-10~60℃
存储温度
-20~70℃
相当湿度
0~95%RH
防护等级
IP66

1、雷达水位计技术参数
测量范围
40m
精度
±3mm
频率范围
26GHz
供电电压
6~24V
信号输出
RS485 Modbus
2、遥测终端机
产品特点：
通信功能：支持GPRS、短消息、卫星、433、以太网等多种通信方式；
工作模式：支持实时在线以及定时唤醒等工作方式；
采集功能：水位、雨量、温湿度、水文、流速、流量、风速风向、闸位、电池电压等数据，其它传感可定制；
图片抓拍功能：支持4个工业相机抓拍上传；
远程管理功能：支持远程配置，远程升级，远程重启等远程维护功能；
报警功能：水位雨量、门限报警；
存储功能：自带flash存储以及TF卡，可*存储历史数据，掉电不丢失；
本地配置：本地支持USB以及WIFI配置，数据查询，历史数据导出；
支持多3个中心，可实现“一包多投”功能；
支持较高256GB容量TF卡，可作为海量数据存储器使用；
宽电压设计，具有反接保护和短路保护功能；
所有输入输出端口采用抗雷击设计，可省缺外置防雷保护模块；
支持主备信道切换，以及GPRS短信同时上报（短信内容格式可定制）；
安全报警功能：支持柜门开启报警。
技术参数
硬件配置
2路RS485接口，1路TTL串口（可用作IO接口，外接单总线温湿度传感器，控制继电器等），SDI接口，1路IO接口，1路脉冲输入接口，1路脉冲雨量计接口，2路模拟量4-20mA接口，1路以太网接口（可外接多种转换模块），2路12V可控电源输出，1路5V可控电源输出
存储容量
16M，支持较大256G TF卡
供电电压
6~24V
功耗
待机电流<1Ma（12V）
工作电流
<6Ma（12V）
工作环境
温度：-30~60℃；湿度：<95%（无凝露）

3、太阳能供电系统
3.1太阳能电池板



技术参数
功率
12V 40W
工作温度
-10℃～+50℃
太阳能电池组件
1 块
封装形式
高透钢化玻璃层压

3.2蓄电池



技术参数
标称供电电压
12V
容量
38AH
较大通电电流
6A
工作温度
-10℃～+50℃
寿命
3年以上（25℃）
尺寸
200x165x475mm
胶体太阳能**蓄电池

3.3充电控制器
系统电压
12/24VDC
较大负载电流
5~30A
工作环境温度
-35℃～55℃
较大自损耗
＜4mA
温度补偿
-18mV/℃
过放保护值
11.1V
较大充电电流
5A~30A
较终充电电压
13.9V
过放恢复值
12.6V ×2/24V

3.4信号防雷器
信号传输速率
2M
信号较*作电压
6V
电源电压保护
12/24V
较大放电电流
10KA
信号额定工作电压
5V
瞬间较大过电压
10KV
额定放电电流
5KA
电源较大持续运行电压
12V/24V
电源额定工作电压
12V/24V
响应时间
≤ 1 ns
电源额定工作电流
2A
温度范围
-40℃~+80℃
相对湿度
≤95%
外壳防护等级
IP20

3.5立杆机箱
1.立杆：高度3.5m，材质镀锌钢管，管径：114mm，壁厚3mm；
2.含定制太阳能支架，避雷针；
3.设备机箱：304不锈钢机箱，尺寸：500x400x300mm。

2.4、示意图



1、现场选点，顺直河段，建立塔架；
2、架设钢丝绳缆道，安装固定传感器；
3、安装机箱、走线布线；
4、设备参数校核设置运行。

三、平台介绍
在线监测平台总体架构可分为：全面感知层、数据传输层、应用支撑层、数据资源管理层、系统应用层五个层次，主要完成水质、流量、气象、图片等多种要素数据的接入、存储和分析及远程控制，讲监测数据可视化，用于指导水环境的多参数监测，提供辅助决策分析。
平台功能：可以将遥测终端机采集到的传感器数据发送到服务器上，主要用于展示各个站点的水位、流速、流量等信息。
其主要功能为：站点的管理，全部站点实时数据的查看，单个站点的实时数据、历史数据、报表、曲线、历史图形、站点图片抓拍、站点视频、数据导出、EXCLE 报表、GIS 地理信息数据、单站多数据对比，多站数据对比，预警预报。
遥测终端机支持的协议是SL651-2014 水文通讯规约，也支持我司自有POST通信数据协议。

3.1、设计原则
（1）规范先进性
系统建设中遵循统一的标准，包括数据类型与存储格式，输入输出格式，用户界面设计等，标准的制定应参照国际、国家和行业的标准与规范。

（2）安全可靠性
系统建设要充分考虑到系统的安全性，包括数据安全和访问安全以及系统的运行安全。在建设过程中，须保证系统运行稳定，各类数据准确无误。
（3）易用实用性
友好易用性是指要充分考虑用户端系统的可用性和操作性，界面友好、简单。尽量减少多步操作，功能设计傻瓜化，方便工作人员的使用。
（4）集成扩展性
系统有良好的集成性，数据调用处理和各种功能实现平滑过渡。建立良好的软件支撑平台，使系统适应多用户、多协议的运行环境。提供强有力的远程传输、远程控制能力，实现不同系统之间互连、互通、互操作能力，支持实时、并发、分布系统工作。
基于全局性和整体性的原则，系统要有较强的扩展性。在横向上，要满足未来增加监测站点的要求；在纵向，可以基于系统方便地扩展其他业务功能，实现系统功能的逐步完善。

（5）开放完备性
系统须适应分期建设、系统扩展和未来技术发展的趋势，较大限度地减少重复投资和资源浪费，**业主的投资效益。
为了对系统进行修改、补充和不断完善，采用开放式的结构设计，使系统在具有可扩充性的软硬件环境下，能在运行过程中不断地添加新的操作功能和加入新的信息。
3.2、总体设计
监测系统应用软件采用分层结构和模块化设计，主要由信息采集、综合信息服务、系统管理等几部分组成。
基于SQL Server数据库管理平台，进行存储设计，完成所有相关数据的存储和管理。信息服务系统应采用B/S架构，基于数据库提供相关信息的查询、统计和分析功能。

3.3、信息采集
（1）实时接收全部测站的水位、流速、流量、雨量、图片等数据或者气象数据；
（2）远程向测站发送召测指令，命令遥测站上传数据；
（3）对信息进行解码并分析遥测数据正确性、分门别类将各种数据入库；
（4）根据测站采集设备工作状况及数据，分析测站的工作状况，对系统运行状况进行监视；
（5）远程实现对测站工作参数的修改，合理安排测站的定时自报时段和水位、流速、流量、雨量等数据报送值，遥测站现场能修改的参数在远程也能修改；
（6）提供本地查询和统计管理功能，包括实时数据、整点数据、水情加报、测站工作状况、通信畅通率等；
（7）提供遥测站属性、参数管理功能，站点增减功能；
（8）提供人工填补数据功能。

3.4、综合信息服务
综合信息服务采用B/S架构，通过GIS地图展示。实现以下功能：
（1）监视和告警
水位监视。基于背景图形自动刷新显示较新或*时间的水位监测数据，并对出现异常情况的站点以特殊颜色告警。
流量监视。基于背景图形自动刷新显示较新或*时间的流量监测数据，以不同的颜色显示不同的水质类别。
系统运行状态监视。基于背景图形显示各遥测站的运行状态，包括电压和工作状态是否正常等。可对监测点设置相关负责人的信息进行短信报警。
（2）查询功能
提供对实时、历史信息进行查询。包括单站、多站、河道，既包括某一时刻也包括旬、月、年的统计值，还包括**过某一域值（如警戒水位、保证水位值）的查询。信息的表示方式主要是表格的图示化结果和基于地图的信息展现，如各种示意图、过程线图、直方图、饼图、等值线、图表组合等。
可同时绘制若干测站的不同参数变化过程或同一测站不同时间段不同参数量变化过程。
（3）对比分析
可对不同监测站点同时段监测数据（断面流速、流量和水位数据）进行对比分析，自动生成相应时间段内监测站点的断面流速对比分析趋势图、流量对比分析趋势图、水位对比分析趋势图。
（4）图片存储
可以按照设定要求，定期存储图片并在平台进行显示。

3.5、系统平台软件需实现的功能：
（1）全部站点实时数据展示；
（2）分组列表数据展示；
（3）单个站点详细数据展示；
（4）历史报表与数据导出；
（5）历史图形；
（6）设备管理与分组；
（7）设备增删；
（8）用户管理；
（9）图形化和易于导航，操作方便；
（10）采用B/S开发、维护和升级便利；
（11）开放性强，兼容性高，结构扩展性好，易于扩展。

3.6、监测要素和数据案例截图