道路积水预警系统 城市道路积水监测预警系统

道路积水预警系统、城市道路积水监测预警系统

一、系统概述 1.1、需求背景

近年来，雨季及气候异常引起的城市内涝给市政部门带来了巨大的压力，由强降雨引发的河水倒灌、道路水淹、交通堵塞、桥梁建筑损毁等，给国家和人民带来了巨大的经济甚至生命损失。

为最大程度降低内涝造成的损失，一方面我们要大力加强城市排水基础设施的建设；另一方面为全面掌握城市内涝状况、实现排水统筹调度，我们要对河道水位以及地道桥、低洼路段的积水水位进行实时监测，建立起道路积水预警系统（城市道路积水监测预警系统）。

当前，XX 区数字化城市建设项目正在紧张建设，而道路积水预警系统（城市道路积水监测预警系统）作为数字化城市建设的重要部分也正在积极筹备中。针对XX 区的地理特点、气象条件、环境因素等多方面特点，制定出如下建议方案。 1.2、设计思路

道路积水预警系统（城市道路积水监测预警系统）采用业界最先进的DCS 理念来设计和实现。系统可分为多级监控中心，区主管部门内建立监控总中心，负责对整个区的内涝点进行全面的监测和管理；系统同时预留对外数据接口，如有需要可实现与市主管部门监控中心进行对接，实现各城区联网监测。

二、系统组成

道路积水预警系统（城市道路积水监测预警系统）主要由四部分构成： 监测中心：

GPRS

GPRS

市级监控总中心（功能预留）

地道桥 积水监测点

河道 水位监测点

GPRS

低洼处 积水监测点

区级监控总中心

硬件构成：服务器、计算机、打印机、显示大屏、短信报警模块、交换

机等。

软件构成：城市防汛监测预警系统软件、数据库软件和操作系统软件。 通信网络：GPRS 网络、INTERNET 公网（监测中心绑定固定IP ）。 监测设备：水位/积水监测终端

现场仪表：超声波水位计、压力式水位计、雷达液位计、电子水尺等。

系统拓扑图：

GPRS

INTERNET

打印机 服务器

显示大

屏

监测中心

GPRS

值班员计

算机

短信报警模块 监测中心局域网

交换机

河道水位监测点

低洼处积水监测点

道桥积水监测点 水位监测终端 DATA-9201

水位监测终端 DATA-9201

水位监测终端 DATA-9201

三、通信网络

鉴于道路积水预警系统（城市道路积水监测预警系统）实时监测的需求，并充分考虑到系统的安全性、稳定性和实效性等诸多因素，建议采用公网专线的组网方式来构建系统通信网络。

各监测点的监测设备内安装中国移动公司的SIM卡，通过GPRS无线网络将水位监测数据，报警数据传输到监控中心。

另外在重要的测站还需要安装视频摄像头，由于实时视频占用带宽较大，不能采用2G 网络进行传输，一般采用3G或者4G网络进行视频图像的传输。

四、系统设计原则

（1）经济实用性

利用当前先进、成熟和高起点的主流现代信息技术，开发了技术可靠、性能稳定的硬件平台；并设计了具备良好体系结构、人性化操作界面和稳定运行机制的远程监控软件平台。城市道路积水监测预警系统具有良好的适应性、极高的先进性和较长的生命周期。同时还充分考虑了经济性和实用性，可充分利用和保护系统的现有资源，提高资源利用率。

（2）先进可靠性

平升在系统软硬件产品选型上选取同类产品中最先进、最可靠的产品，以保障系统的先进可靠性。

（3）开放可扩展性

城市道路积水监测预警系统采用模块化的设计架构，有利于与其他系统的集成和对接，充分保证了系统的开放性和可扩充性，为系统技术更新、功能升级留有余地。

（4）安全保密性

为加强系统安全建设，我公司从系统安全性、数据安全性、网络传输安全性等多方面来保障系统的长期、稳定和可靠运行。系统设计采用严格的安全保密措施，保证内部信息不被窃取；并充分利用开发工具所具有的网络级、数据库级、文档级、文档区域段级和文档内域级安全保密机制，实现数据加密，保障数据安全。

（5）标准规范性

信息定义统一，编码统一，执行国家行业标准和规范。

五、监控中心

监控中心平台既可以由平升公司提供，也可以接入数字城市大平台。

5.1 与数字城市大平台的通讯方式

平升公司可以提供“通讯服务器”作为通讯程序，此程序可以与平升公司所有的数据采集、传输设备连接，支持的组网方式有公网专线TCP、公网专线UDP、VPN专网、串口直连等。通讯服务器除了解析数据以外，还可根据需要对上报的数据做进一步的整合、衍生等处理。

通讯服务器对外提供的接口方式有三种：数据库接口、WebService接口、OPC接口。

（1）数据库接口

数据库接口分为两种：

一种是平升公司直接开放监控系统数据库，平台从数据库中取数据。

另一种是根据平台方提供的中间数据库，平升公司按照要求写入监控数据。

（2） WebService接口

WebService方式支持两种：

一种由平台方设置WebService接口服务，平升公司根据接口要求上报监控数据。

另一种由平升公司提供WebService接口服务，平台方从接口读取监控数据。

（3）OPC

通讯服务器能够通过OPC方式将实时数据提供给外部程序，使用时通讯服务器作为OPC

的Server部分，外部程序作为OPC的Client部分。OPC Server在系统中的注册名为“PS.OPC.SERVER.30”，支持OPC1.0、OPC2.0协议接口，目前支持在32位操作系统上运行。

OPC Server默认部署到通讯服务器所在的计算机上，在OPC网络通讯有困难的情况下，也可以部署到OPC Client所在的计算机。

OPC方式目前支持数据的读取，不支持Client对数据的改写。

5.2 道路积水监测系统软件介绍

积水监测系统软件可以做成BS版网页形式，也可以做成CS版客户端安装形式。

◆实时监测道路低洼处、下穿式立交桥和隧道的积水水位，并通过GPRS或光纤网络远程传送至城市内涝监测预警中心。

◆立交桥、隧道监测点可通过情报板自动提示（或监测中心远程手动提示）当前积水水位

值或“允许通行”、“谨慎通行”、“禁止通行”等警示信息。

◆立交桥、隧道积水监测点可与本地排水泵站实现联动，根据积水水位自动控制排水泵组的启停。

◆监测点具备光纤通信条件时，可扩展实时视频监控功能。

◆水位过高、设备异常时系统自动报警，并自动向责任人手机发送报警短信。

◆系统软件具备地图展示、数据存储、数据查询、数据统计、曲线分析等功能，可导出为EXCEL报表或直接打印。

◆系统软件支持OPC接口，可接入上一级综合指挥调度平台。

◆该软件应该具有国家版权局颁发的计算机软件著作权证书与制造商所在省份工业与信息化厅颁发的软件产品登记证书。

◆系统的设计要求是基于GPRS数据传输技术和网络技术之上的，软件开发采用B/S和C/S 两种结构相结合的方式设计：

1）数据汇集处理和前端控制程序等应用系统采用C/S体系结构。

2）监控调度人员使用客户端软件访问系统完成所有操作，采用C/S体系结构。其他非监控类人员使用浏览器访问系统完成所有操作，采用B/S体系结构。

◆软件同时支持通过GPRS、短消息、北斗、光纤网络等方式同现场终端通信。

◆支持浏览器、客户端软件登录网络（因特网、局域网）访问系统。

系统软件采用Web技术，局域网用户可通过内网访问，广域网用户可通过公网访问系统，经

认证用户名和密码后进入相应级别管理系统，进行相关操作与管理。

◆电子地图可视化界面显示

1）主界面以城市地图为背景，直观显示各测点位置分别情况、雨水情信息及警戒状态，并以各种不同颜色表示警戒状态。

2）管理人员可以通过鼠标拖动摆布测点的位置。

3）通过鼠标选择测点可直接进入测点详细信息显示界面，内容包括：测点的基本信息及最新监测数据（水位、降雨量、雨水情警戒状态、最后一张照片、水位曲线等信息）显示、即时召测、控制拍照功能。

4）采用光纤通讯方式时，要求上位机软件可以将视频图像集成到软件当中，该测点的视频要求与数据在同一个界面显示，方便值班人员随时调用视频图像与现场上报的数据做对比。

◆系统支持定时主动上报+ 事件告警主动上报+ 定时问询 + 即时召测

主动上报包括定时主动上报和报警主动上报；

定时主动上报是指测控终端按指定时间间隔定期上报监测数据；

报警主动上报是指现场异常状态报警，如：设备故障、水位警戒状态变化、降雨量状态、终端开门等。

上位机问询包括定时问询和即时召测

定时问询是指软件定时下发采集命令，采集现场所有测点信息，采集时钟基准统一为计算机时钟，保证数据同时性。

即时召测是指用户在需要时，通过软件下发命令，采集指定监测点当前数据。

◆系统支持远程设置现场测点水位警戒线值、雨强等级报警，并支持接收水位报警信息，弹出报警信息提示、声音提示。

1）系统接收到报警信息后弹出报警提示信息，并进行声音报警，管理人员确认信息后，可直接查看最新现场照片，显示当前现场状态。

2）系统可针对每个测点分别设定多个报警短信接收人，在接收到报警信息后，第一时间向其发出预警信息。

◆软件模块化设计，主要包括系统信息管理、测点信息管理、实时在线监测、历史记录管理、报表曲线分析、日志管理等功能模块

序号功能模块子功能模块功能说明

1 系统信息

管理1）用户管理模块

2）权限管理模块

1）系统具备授权管理、秘密保护功能，授予不同的

操作员不同的级别与操作管理权限。各部门、各

级别管理人员可以通过网络访问管理系统进行相关

信息查询、管理。

2）系统管理人员可通过此模块对系统用户信息、权

限进行管理。

2 测点信息

管理1）测点信息管理

2）短息通知管理

对测点安装场地信息及测控终端信息、雨水情信息、

照相机信息的管理

3 电子地图

显示1）全局显示

2）单个测点详细信息显示

3）测点位置编辑

1）主界面以城市地图为背景，直观显示各测点位置

分别情况、水位、雨量及警戒状态，并以各种不同

颜色表示警戒状态。

2）通过鼠标选择测点可直接进入测点详细信息显示

界面，内容包括：测点的基本信息及最新监测数据

显示、即时召测、控制拍照功能。

4 实时在线

监测信息列表显示

单个测点详细显示

即时召测、拍照

远程设参

显示各监测点最新数据

1）实时数据：显示监测点的基本信息、最新雨水情

数据及状态，并通过颜色标示警戒状态。

2）详细信息：测点的基本信息及最新监测数据显示、

即时召测。

3）即时召测、控制拍照：通过软件下发召测命令，

远程读取指定监测点当前数据。

4）远程设参：远程设置水位警戒线值、雨情等级报

警值

5 历史记录

管理1）监测记录管理

2）报警记录管理

1）可按测点、时间段等条件对历史记录信息进行查

询、Excel表格输出、打印输出。

2）可按测点、时间段、报警类型等条件对报警记录

信息进行查询、Excel表格输出、打印输出。

6 报表曲线管理

1）报表管理 2）曲线分析

1）可以按测点、时间段等条件生成（某一个时间段的时、日、旬、月、年）水位报表，并生成Excel 表格、打印输出。

2）以曲线的形式显示水位过程曲线。

7 日志管理 系统信息管理日志 测点信息管理日志 短息通知日志 测点操作日志 参数设置日志

◆ 系统软件支持SQL 数据库，可存储不少于三年的各种历史数据，数据存储间隔可设置。 ◆ 软件良好扩展性、兼容性和开放性，可为系统后期扩展升级、向其他相关平台系统提供数据共享服务提供规范性接口。

六、监测站现场

立交桥及重要路段监控可采用两种方式：一是安装水位计，水位监测终端DATA-9201，通过GPRS方式远程监测水位，二是安装视频摄像头，监控中心可以查看现场的视频图像。

安装水位计和水位监测终端的监测现场，通过GPRS网络将水位数据传送给监控中心。为了增加系统的灵活性，采用太阳能与市电互补供电型水位监测终端DATA-9201。正常一般情况下使用太阳能供电，节省能源，太阳能电源用尽时自动切换为市电供电。

水位计可以根据环境安装静压式液位计或者超声波液位计。

6.1水位监测终端功能说明

u工作状态显示功能

水位传感器状态：当前水拉传感器是否处于正常状态。

网络在线状态显示：测控终端是否处于上网状态。

u无线传输功能

1）通过GPRS方式传输数据，测控终端具有长期在线、即时通讯特点。

2）具有GSM短信备用信道。

3）支持同时向多个中心上报。

u上报方式

1）主动上报：主动上报包括定时上报、告警主动上报，是指监测点测控终端主动向

中心发送测点数据。

2）上位机问讯：远程召测包括定时召测、即时召测，是指监控系统下发命令召测监测

点测控终端数据。

u采集、设置功能：

1）采集水位数据：水位、水位计状态。

测控终端可以采集标准输出的4～20mA或0～5V的水位信号。测控终端可以对仪表

的水位信息，进行采集、存储、处理等。可以设置水位参数：水位计量程、水位上、

下限。

u供电方式：

1）太阳能电池板加蓄电池供电。

2）市电220V配开关电源供电。

u远程操作与维护：

1）远程设置

测控终端支持远程设置测控终端参数。支持远程设置水位参数（包括：水位计量程、水位上下限）。

2）远程遥测

测控终端支持远程召测实时数据。

3)远程程序升级功能

支持通过GPRS网络升级测控终端程序，便于后期设备扩展功能。

u告警功能

水位越限主动上报

u历史记录存储、数据掉电不丢失、时钟保持功能：

1）存储定点历史数据（水位计工作状态）。

2）失电后，历史记录可保持2年不丢失。 3）失电后，时钟电路可正常计时1年。 u 避雷保护功能

测控终端对所有输入输出引线（如电源线、传感器引线、通信线等）都采取多级隔离、吸收措施，最大限度地避免雷击等过电压过电流对测控器的破坏。

超声波液位计 投入式水位计 太阳能市电互补型

水位监测终端

6.2 水位监测终端工作原理框图

6.3 水位监测终端的技术特点 适用环境：

工作电压：AC220V/DC12V 温度范围：-25～+70℃

湿度范围：相对湿度≤90%，无凝露≤

95%

太阳能市电互补控制器

水位计

GPRS 网络

蓄电池 电源防雷模块

4~20mA

DATA-6301 GPRS 低功耗测控终端

太阳能电池板

交流220V

工作环境：

①无导电尘埃、无爆炸性、腐蚀性气体、无激烈震动、无液体喷溅。

② GPRS方式通信时，信号良好的地方。

功耗指标

待机电流：10mA

发射瞬间电流：60 mA

数据传输信道

通信介质：GSM、GPRS无线网络

传输误码率：10-4

传输延时：GPRS方式：3～5秒

短消息方式：10～15秒

串行通信接口（RS232/485）

接口类型：RS232/RS485可选。

串口速率：300～19200bit/S

数据格式：8位数据位；1位停止位；1位起始位；无校验/奇校验/偶校验可设。4路状态量（开关量）输入回路

输入信号类型：输入为不带电的开/合切换触点

测量精度：0.01%

4路模拟量输入回路

输入信号类型：① 4～20mA电流信号

② 0～5V电压信号

采样频率：50Hz

最大不损坏输入范围：

输入电流：-20～+30mA；

输入电压：-0.5～+7V

测量精度：±0.5%

6.4 水位计

6.4.1静压式水位传感器

（1）静压式水位计现场安装图

（2） 工作原理

静压式水位计传感器是利用单晶硅的压阻效应，在单晶硅膜片上扩散一个惠斯通电桥。被测水位通过隔离膜片和导压硅油传到敏感元件上，由于压阻效应，四个桥臂电阻的阻值发生改变，电桥失衡，输出端就有一个对应于水位变化的电信号输出。此信号经IC 放大电路输出调整回路后，输出一个标准的4～20mA 的二线制电流信号。 （3） 技术性能指标

1、测量范围：0.

2、0.5、1、2、5、15、20、30、50、80、100、150、200m 2、测量精度：TS1001P 、W ：0.1%、0.2%、0.5%F.S TS1001G 、N ：0.2%、0.5%、1.0%F.S

3、介质温度： TS1001P 、W 、N ：0～50℃

TS1001G ：0～100℃ 4、输 出：4～20mA 、1～5V 、0～10mA 5、相对湿度：0～95%

6、电 源：12VDC ，最高工作电压36VDC 。

7、过载能力：基准量程的1.5 倍

8、温度附加误差：

(1)零点温度附加误差：±0.5%F.S ／55℃ (2)综合温度附加误差：±1.0%F.S ／55℃ 9、防爆标志：ia ⅡBT6 6.4.2超声波水位传感器 （1）超声波水位计现场安装图

路面

墙壁

保护筒

防汛设施

请勿破坏

水位终端箱

信号线

（2）超声波水位特点

1、非接触测量，不受水体污染，不破坏水结构。

2、直接悬挂安装在水面上，不受风浪影响。

3、不需建造测井，节省土建投资

4、法兰或螺纹连接，安装方便

5、液晶显示、调试检修方便。

（3）主要参数及功能：

电 源： 12VDC —24VDC 信号输出：4～20mA 量 程： 1、3、5、7、10、12、15、17、20 m 发射全角： 6°～9° 精 度： 0.25～0.5％FS

显 示： 6位LCD 液晶显示,采用可视型防水上盖 工作模式： 测量距离和测量液位模式可转换

液位模式： 分‘安装高度’模式或‘当前液位’模式，可选 电流跟踪： ‘异常即跟’模式或‘异常等待’模式，菜单可选 盲 区： 0.25～0.90m （盲区的大小和测距能力成正比） 分 辨 力： 测量距离＜10m 时→1mm; 测量距离≥10m 时→10mm 防护等级：

Ip66.

太阳能板

水

位监测箱

超声波液位计

避雷针

路面

立杆

环境温度： -25～+65℃

外形尺寸： 255(高)×145 (宽) 不含防水进线头×138(深) 安装形式： 开孔罗母安装或加装法兰（非标准配置） 罗纹规格： 螺纹尺寸G2 开孔 G2+3mm

外壳材料： 高强度工程尼龙，（专业防腐型为聚四氟乙稀 6.5 太阳能配套设备

太阳能电池板和蓄电池的选型要考虑设备功率、连续工作时间、有效日照时间等因素。 1）太阳能电池板配制计算方法

电池板配置功率（W ）=设备功耗（W ）×每天工作时间（小时）×1.2(安全系数)÷[5小时(每天有效工作时间) ×0.6(充电效率)] 项目中选用：30W

2）蓄电池配置计算方法:

蓄电池配置容量（Ah ）=设备功耗（W ）×每天工作时间（小时）×阴雨天(天数)÷[设备供电电压(V) ×0.6(供电效率)]

项目中选用：24Ah

设备安装现场展示：

立交桥监测点水位监测设备安装现场

低洼路段监测点水位监测设备安装现场

河道水位监测设备安装现场

6.6 3G实时视频

选用视频摄像机和视频监控终端监控现场实时视频，并通过3G网络将监控视频传送至泵站分控中心。为了降低运营费用，可选择只在汛期实施无线视频监控。

视频摄像机视频监控终端

视频监控终端工作原理框图（3 G 方式）：

立交桥视频监控 重要路段视频监控

3G 视频服务器

电源

摄像头1 摄像头2

视频监控终端

信号线 信号线

电源线

3G 网络