莱西市区道路积水监测系统设计

万胜磊，左林远，王松吉

（青岛水文水资源勘测局，山东 青岛 266308）

莱西市属温带半湿润季风气候区，四季分明，干湿显著，雨热同季，多年平均年降水量692.8 mm，洪水形成主要集中在6—9月份。市区主干道烟台路两侧部分路段地势较低，遭遇突发降雨后容易形成积水，阻塞道路，造成居民出行困难。

莱西市市区道路积水监测目前是一个空白，近年来莱西市水文局在市区主干道人工监测部分区域的积水情况，逐步掌握了市区积水路段的分布，但降雨造成道路积水具有突发性强、来势猛、速度快的特点，没有专业的监测设备，无法实时监测积水的情况。因此，建立完善的市区道路积水监测系统，将更好地为城市防洪泄洪、交通调控、居民出行等方面做好保障。

1 积水监测系统组成

莱西市市区积水监测系统包含：道路积水监测传输系统和信息中心两部分，道路积水监测传输系统主要有雨量计、电子水尺、视频监控终端、传输系统等组成。系统自动采集雨量、水位、影像等信息，并自动传输到信息中心。信息中心对获得的数据进行分析整理、入库计算并显示。

1.1 降水量设备

根据水利部《降水量观测规范》（SL21—2006）的要求，降水量观测任务是在观测场内用雨量采集仪器进行观测，资料要求连续完整且满足精度要求，能为防汛部门提供准确及时的雨情信息。

目前，降水量观测设备有普通雨量器、自记雨量计、翻斗雨量计、YDJ-Ⅱ型报汛数传仪、SMARTDATA-1000R型一体化雨量自动监测站等。根据规范要求及设备现状，降水量观测设备确定采用SMARTDATA-1000R型一体化雨量自动监测站作为数据传输设备，该监测站集成了雨量计、遥测终端机、太阳能电池板、锂电池、GPRS/GSM通信模块等设备。

根据市区站点的设计情况，新建6处自动雨量监测站，采用无线遥测传输方式，共需购置SMARTDATA-1000R型一体化雨量自动监测仪6套，基础为1 m3的混凝土预埋法兰盘即可。

1.2 水位监测设备

积水监测站采用水文水资源测控终端机进行数据实时采集传输，并配置传感器、太阳能电池板、锂电池、GPRS/GSM通信模块等设备。根据现场条件不同，采用不同的传感器组建监测站。

1.3 视频监控设备

监视系统是采用先进的电子科技手段，对远端场景进行传感成像，信号传输、集中监视、图像记录以及联动控制的安全技术规范和管理系统。本系统设计在6处积水路段，建设相应的视频监测设施，同时设置普通水尺，可以远程视频观测积水深度。

1.4 信息中心数据采集传输设备

此次系统建设中心硬件平台设计配备1台机架式多路服务器、1台网络交换机、1台3 kVA UPS、1台计算机，服务器连接Internet外部网络采用专线（光纤）方式接入并配备固定公网IP。软件平台由数据接收软件与应用软件、视频监控接收软件构成。数据接收软件主要负责遥测站数据在线接收、解码、校验与入库等功能，系统应用软件具有基于地理信息系统的数据展示、分析计算、统计、查询与报表等功能，视频监控软件主要实现远程监控等功能。

2 道路监测系统功能及特点

2.1 软件平台功能

2.1.1 数据接收软件功能

数据采集系统应具备以下几点功能：

1）系统能够在5 min内收齐全部所有6处监测站的雨量、水位、积水深等数据。

2）系统自报、自报-确认、应答混合工作体制。

3）系统通讯组网可在GSM短消息通讯或GPRS通讯之间选择，每个监测站可根据需要进行动态配置选择GSM短消息通讯和GPRS通讯方式。

4）中心能及时了解各监测站的设备工作状态（如电压、自计内存状况等）。

5）实时数据能自动写入水情数据库。其他各部门可以通过广域网实时查询系统所有测站的数据。

6）中心具有数据存储、统计、报表显示及打印和过程分析功能，如动态雨量水位显示、柱状图、水位过程线等。

7）具有采集数据密度动态控制机制，以在满足数据密度和精度要求情况下最大限度节约通信费用和电源消耗。

8）监测站通信信道调整可通过设置完成。

9）系统能区分调试数据和实际数据，设备调试状态下的数据不能进入数据库，只作显示供维护人员使用。

10）系统具有可扩展性，可以方便地增减测站数量和传感器的数量。修改工作将通过密码控制由有关管理人员进行操作，实现系统数据库管理功能。

2.1.2 WEBGIS监控软件功能

基于WebGis平台的数据查询展示系统，可以可视化图形界面完成监测点的地理分布及实时雨量、水位数据动态浏览、查询、定位和紧急告警；并根据用户的需求定制各种数据报表及图形报表，实现水位过程线、柱状图、等值面图形分析、站点管理等多种功能。

2.1.3 数据及图像采集系统功能

1）视频动态分布功能；2）多画面显示功能；3）图像字符叠加功能；4）视频报警功能；5）智能图像检测功能；6）可通过区域网进行远程录像查询、回放、参数设置、实时监控；7）可程序控制录像时间表，可自动循环录像；8）可捕捉静态画面；9）储存、回放、剪辑、处理方便。

2.2 监测系统特点

1）遥测站功耗控制机制。采用特有的软、硬掉电技术，极大地降低遥测站的功耗，并可延长传感器、通信设备及蓄电池的使用寿命。

2）蓄电池充放电保护机制。集成的蓄电池充放电功能可避免蓄电池损坏，大大降低将来的运行维护费用（视频监控需接交流电源）。

3）自报式、自报确认式及主备通信机制。可通过设置参数选择遥测站以不同通信模式工作，可使遥测系统在通信效率和通信可靠性之间达到很好的平衡。

4）动态配置机制。可在本地或远程动态地修改遥测站配置，十分有利于控制遥测系统在不同的时段（如汛期或非汛期）以不同的模式运行。

5）数据自记及远程读取。提供遥测数据的备份，使遥测系统可满足防汛和水文资料整理的不同需求，进一步提高了遥测数据的可靠性。

6）标准的TCP/IP软件接口。采用标准的软件接口有利于和其他系统进行数据交换、扩展应用开发，可通过简单的升级硬件系统达到提高软件性能的目的。

7）B/S软件结构。采用流行的B/S结构，使得系统的运行管理十分简便，只需调整WEB服务器即可达到增加服务能力、提升软件功能的目的。

8）系统安全管理。系统提供了不同层次的安全管理功能，有利于遥测系统的完全运行和故障恢复。

2.3 监测系统通信组网特点

数据系统通信设计采用GPRS为主、GSM短消息为辅助的方式，当GPRS信道不通时遥测站自动切换到GSM信道，以手机短消息的形式发送各遥测站数据。图像传输系统采用公网传输的方式。其优点如下：

1）实时性强：与短消息服务比较，由于GPRS具有实时在线特性，系统无时延，无GSM短信数据传输滞后现象，可以同步接收、处理多个或所有监测点的各种数据。可很好地满足系统对数据采集和传输实时性的要求。

2）可对各监测点仪器设备进行远程控制：通过GPRS双向系统还可实现对仪器设备进行反向控制，如：时间校正，状态报告，召、巡测等控制功能，并可进行系统远程在线升级。

3）监控范围广：构建信息采集传输系统要求数据通信覆盖范围广，扩容无限制，接入地点无限制，能满足山区、乡镇和跨地区的接入需求。

4）具有良好的可扩展性：由于目前全市GSM/GPRS网络已全覆盖，基本不存在盲区，可实现大范围的在线监控，满足信息采集传输系统对覆盖范围的要求。

5）系统的传输容量大：中心站要和每一个信息采集点实现实时连接。由于信息采集点数量众多，系统要求能满足突发性数据传输的需要，而GPRS技术能很好地满足传输突发性数据的需要。

6）数据传送速率高：每个信息采集点每次数据传输量在15 bps之内。GPRS网络传送速率理论上可达171.2 kbit/s，目前GPRS实际数据传输速率在40 kbps左右，完全能满足本系统数据实时性的需求。

3 效益分析

莱西市市区道路积水监测系统建成后，满足城市防洪、城市规划、城市建设的需要，增强城市防洪的预警和处理能力，提高水文信息的时效性和利用率，为莱西市区城市防汛、排水泄洪提供准确及时的雨水情信息，为防汛指挥部门提供可靠的决策依据，为防汛抗洪、水资源开发利用和城市管理提供技术指导。同时也为市民出行提供便利，减轻自然灾害对社会的影响。