由于全球環(huán)境破壞和溫室效應(yīng)越來越嚴(yán)重，全球很多地方都不同程度地出現(xiàn)了越來越嚴(yán)重的汛情，特別是近年，在我國，很多城市和地區(qū)都不同層度地遭受了極大的水災(zāi)，一些地方，一場大的降雨就可能造成很大的財產(chǎn)損失和人員傷亡。防洪防汛工作好壞已經(jīng)越來越關(guān)系到國家財產(chǎn)和人民生命安全以否的重要保證，并日益受到管理部門的重視。但由于我國長期遺留下來的問題，在我國水情防汛防洪監(jiān)測和測報重視程度不夠，自動化程度還非常低，信息采集、集成和分享也難以實(shí)現(xiàn)，這種現(xiàn)狀必然會造就我們在防洪防汛、泄洪排水方面的管理科學(xué)化、信息化層度不高，已經(jīng)在根本不能適用越來越嚴(yán)峻的防汛防洪要求。

現(xiàn)狀及需求分析
    通過對國內(nèi)眾多城市排水設(shè)施及防汛應(yīng)急和災(zāi)情檢測處理了解，以及水文部門、水庫水文檢測的調(diào)研，我們重點(diǎn)從城市排水、防汛檢測、水文信息檢測、管理、所采用的相關(guān)檢測系統(tǒng)及所要達(dá)到的管理目標(biāo)等方面入手分析，其現(xiàn)狀如下：

    總體而言，國內(nèi)各城市防汛檢測及排水管理自動化、信息化程度整體水平較低，手段較為落后，災(zāi)情數(shù)據(jù)的采集絕大部分依靠人員觀察；對城市防汛進(jìn)行測報和監(jiān)控已經(jīng)成為眾多城市、重要河流及城市灌區(qū)水文情況監(jiān)控的迫切要求，是城市防汛安全調(diào)度、防洪泄流檢測的重要保證手段；整個基于城市防汛的檢測還未有較成熟的技術(shù)方案和實(shí)施案例，所檢測的數(shù)據(jù)單一，傳輸方式單一，未能形成監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)；水文檢測測報系統(tǒng)和視頻監(jiān)控各自運(yùn)行，信息難于共享，增加系統(tǒng)成本和降低其可靠性。

    根據(jù)目前城市及重要地點(diǎn)對防汛預(yù)報及處理的現(xiàn)狀及需求，對城市重要地段（點(diǎn)）實(shí)現(xiàn)防汛無人執(zhí)守及自動化測報已成為當(dāng)前越來越迫切的需求，其系統(tǒng)需具備以下功能：
·可靠地實(shí)現(xiàn)對檢測點(diǎn)水位高度自動檢測；
·實(shí)時上傳所檢測到的關(guān)鍵部位水位數(shù)據(jù)及其變化數(shù)據(jù)到監(jiān)控中心；
·根據(jù)需要在現(xiàn)場實(shí)施顯示出水位檢測點(diǎn)處的水位高度值，為現(xiàn)場防汛排水，災(zāi)情實(shí)報提供依據(jù)；
·通過無線或有線方式將信息傳到控制中心；
·時刻注意檢測位置的災(zāi)情水位變化情況，如果水位到了警戒線，有了險情，馬上報警，特別是汛期的水位變化情況；
·提供歷史數(shù)據(jù)分析水位變化情況和趨勢，特別是統(tǒng)計(jì)分析汛期的城市水位變化情況；
·滿足于野外地區(qū)的水位/測報需求；
·由于涉及野外遠(yuǎn)地水位的檢測和測報，需要所采用的檢測裝置可靠性高、適用性強(qiáng)、使用簡單、維護(hù)方便、維護(hù)量少或免維護(hù)。

解決方案
    基于上述現(xiàn)狀和存在的實(shí)際問題，本文提出如下設(shè)計(jì)方案。[nextpage]

設(shè)計(jì)思想及目標(biāo)
    本系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案以實(shí)用性，準(zhǔn)確性和可靠性為中心，采用本公司具有自主知識產(chǎn)權(quán)的水位檢測電子尺，結(jié)合GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸模塊（也可以根據(jù)具體情況通過有線傳輸方式），構(gòu)成一套完整的城市防汛水位檢測及自動測報系統(tǒng)，通過對重要地段點(diǎn)的水位檢測，可以掌握各重要點(diǎn)處水位情況和水位變化情況，從而正確指導(dǎo)防汛排水，為該城市重要地段點(diǎn)防汛及排水調(diào)度、水情安全調(diào)度、防汛抗洪、高效運(yùn)行提供有力保障。

    本系統(tǒng)主要由四部分組成：水文水位檢測電子尺、測控通信單元（包括 GPRS的數(shù)據(jù)無線傳送模塊）、現(xiàn)場汛情顯示單元（可選）和監(jiān)控中心汛情管理 及信息發(fā)布系統(tǒng)。其中，以水文水位檢測電子尺和測控通信單元為防汛水情水位高度檢測的關(guān)鍵設(shè)備。

    在符合現(xiàn)有城市防汛重點(diǎn)地段水位檢測的發(fā)展方向和用戶客觀需求的基礎(chǔ)上，充分利用現(xiàn)有的一些應(yīng)用模式，結(jié)合客戶的具體要求和自身的技術(shù)產(chǎn)品優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)如下目標(biāo)：實(shí)現(xiàn)對檢測段點(diǎn)處水位變化的自動實(shí)時檢測和上報，可靠運(yùn)行和最大限度的免維護(hù)，適應(yīng)野外環(huán)境要求；實(shí)現(xiàn)檢測段點(diǎn)水位檢測的數(shù)據(jù)無線傳輸（同時也支持有線傳輸方式）和現(xiàn)場汛情水位信息發(fā)布，從而實(shí)現(xiàn)對城市重點(diǎn)地段點(diǎn)的水位變化情況及時掌握時監(jiān)控；提供多汛情情況檢測和變化情況分析，為防汛和泄洪提供決策；對關(guān)鍵地段點(diǎn)的信息，可以通過該網(wǎng)絡(luò)和手機(jī)方式向公眾發(fā)布城市汛情信息，從而合理計(jì)劃和實(shí)施泄洪排水、人員疏散、交通疏散等。

設(shè)計(jì)原則和實(shí)現(xiàn)方法
準(zhǔn)確性原則
    及時準(zhǔn)確地檢測水位狀況是本系統(tǒng)的重要目標(biāo)，而水位檢測準(zhǔn)確性的保證主要就體現(xiàn)在水位檢測電子尺上。本系統(tǒng)所用水位檢測電子尺依據(jù)介質(zhì)介電參數(shù)檢測原理，通過特定的信號轉(zhuǎn)換電路，一方面對不同的介質(zhì)（特別是水）檢測具有高精度和高準(zhǔn)確性，對水檢測有很高的靈敏度和準(zhǔn)確性，另一方面通過信息轉(zhuǎn)換處理，可保證在傳輸過程中的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和抗干擾能力。

可靠性原則
    可靠性是系統(tǒng)得以持久應(yīng)用的前提，在本系統(tǒng)中可靠性主要體現(xiàn)在電子尺在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的可靠性，檢測控制系統(tǒng)的可靠性和數(shù)據(jù)傳輸及通信的可靠性等方面。

    YCD系列電子尺的可靠性主要通過其可靠結(jié)構(gòu)來保證，即感應(yīng)探頭在長時間的工作不會因腐蝕，結(jié)垢，堵塞等原因而出現(xiàn)不工作和誤報，在本方案中， 感應(yīng)頭材料采用不銹鋼，這就保證了感應(yīng)頭不會因?yàn)榕c其他金屬接觸而產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)而導(dǎo)致腐蝕。整個傳感器電路采用高質(zhì)量灌封膠被完全封住，外殼采用鋁材通過陽極化處理。同時，由于采用的基于介電常數(shù)的測量原理，使得測量對探頭結(jié)垢的影響很小。

    對檢測系統(tǒng)部分，一方面，選擇電路系統(tǒng)時，注意系統(tǒng)的抗干擾性；在元器件 選用上，按高級要求選用；另一方面，由于電子尺采用全球最低功耗的控制器作為主控制器，并根據(jù)應(yīng)用情況采用“睡眠－喚醒－工作－睡眠”的方式保證整個系統(tǒng)的功耗最低，從而延長電源使用時間，特別適合供電困難的場合，也可采用蓄電池為主電源，充電電池作為預(yù)備電源系統(tǒng)，當(dāng)主電源系統(tǒng)電源不能正常供電時，預(yù)備電源可啟動并為系統(tǒng)提供供電并通過GPRS提供報警。[nextpage]

    對信號傳輸?shù)目煽啃?，本水位電子尺系統(tǒng)采用總線方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸， 傳輸路線上采用傳輸線路的屏蔽，從而保證整個傳輸通道的可靠性。

實(shí)用性原則
    實(shí)用性要求所提供的系統(tǒng)能滿足用戶的實(shí)際需要，由于本方案采用模塊化設(shè)計(jì)，水位檢測，數(shù)據(jù)傳輸及中控管理模塊自成體系，經(jīng)過一定的集成就可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，用戶可以根據(jù)自身要求自由組合，從而提供較強(qiáng)的系統(tǒng)適用性。

方案組成
    本方案依據(jù)上述設(shè)計(jì)目標(biāo)，其整體系統(tǒng)包括：水位檢測電子尺、測控通信單元（包括GPRS的數(shù)據(jù)無線傳送模塊）、現(xiàn)場水位顯示LED單元（視現(xiàn)場需要可選），監(jiān)控中心汛情管理及信息發(fā)布系統(tǒng)四個部分，其結(jié)構(gòu)如圖1。

    在本系統(tǒng)中，水位電子尺所檢測到的水位數(shù)據(jù)一方面進(jìn)入測控通信單元， 由現(xiàn)場水位顯示LED顯示（視其情況需要），另一方面通過GPRS數(shù)據(jù)發(fā)送模塊實(shí)時地發(fā)送到監(jiān)控中心，監(jiān)控中心接收通過無線信道上報的數(shù)據(jù)并由專門的軟件處理，形成實(shí)時的汛情水位信息，水情水位變化信息，汛情排洪及泄洪過程檢測信息，水位變化歷史信息及未來變化趨勢等重要信息，從而達(dá)到對整個城市重點(diǎn)地段及其他場所的汛情完全監(jiān)控和實(shí)時測報。保證城市重點(diǎn)部位和其他重要場所防汛工作的安全調(diào)度、防汛抗洪科學(xué)有效進(jìn)行。

    在本方案中，通過以下關(guān)鍵產(chǎn)品和技術(shù)來保證上述功能的實(shí)現(xiàn)：
1.水位檢測傳感器（電子尺）。水位檢測電子尺作為本系統(tǒng)主要的檢用傳感器提供了對水位高度的檢測和檢測數(shù)據(jù)上傳測控通信單元，同時也接收測控通信單元下發(fā)的監(jiān)控命令實(shí)現(xiàn)多電子尺的工作狀態(tài)檢測、參數(shù)設(shè)定、系統(tǒng)維護(hù)和故障診斷功能。根據(jù)這些數(shù)據(jù)可以計(jì)算出水位高度值。
2.測控通信單元。測控通信單元用于對電子尺的工作進(jìn)行管理和控制。一方面，通過統(tǒng)一管理并接收下位多個電子尺單元計(jì)算出實(shí)際的水位高度值；并通過GPRS模塊上發(fā)數(shù)據(jù)到監(jiān)控中心；另一方面，可以在現(xiàn)場或通過 監(jiān)控中心下發(fā)控制命令給下位電子尺單元，實(shí)現(xiàn)對電子尺工作狀態(tài)的檢測，參數(shù)設(shè)定、遠(yuǎn)程系統(tǒng)自動標(biāo)定、系統(tǒng)維護(hù)和故障診斷功能。
3.現(xiàn)場水位顯示LED單元。對于一些特定的重點(diǎn)部位，如城市下穿隧道，低洼地段等地，當(dāng)有重大汛情發(fā)生時，可以通過安裝在現(xiàn)場的LED顯示單元實(shí)時顯示出當(dāng)前的水位高度數(shù)值，從而為現(xiàn)場相關(guān)人員，司機(jī)、排水人員、管理部門直接提供現(xiàn)場正確的判斷依據(jù)。本系統(tǒng)采用高亮度LED顯示屏直接顯示其水位高度和一些管理指令，如一個下穿隧道的水位高于一定設(shè)定高度時，可在入口處通過該顯示屏顯示限制司機(jī)通過下穿隧道的命令。[nextpage]
4.通信方式。根據(jù)現(xiàn)場情況，本系統(tǒng)方案在電子尺與測控通信單元之間采用總線方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，測控通信單元與傳感器信號傳輸通道采用隔離方式實(shí)現(xiàn)信號隔離。在測控通信單元與監(jiān)控中心之間，本系統(tǒng)提供有線和無線傳輸方式，由于城市防汛重點(diǎn)部位范圍大，一般情況下，采用GPRS 方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，本系統(tǒng)所采用的無線傳輸設(shè)備適用于布線困難（若野外 勘探、水文監(jiān)測、基站監(jiān)控、森林防火、車載/船載移動監(jiān)控）等應(yīng)用場所。
5.電源及安全保證。在電子尺端，可根據(jù)現(xiàn)場情況采用電纜供電、蓄電池供電或太陽能電池供電方式；在測控通信單元，可采用兩組供電方式，一組由220V交流供電，另一組由24V 直流供電，兩種供電互為備份，同時，蓄電池作為備用電池在緊急缺電情況下可為系統(tǒng)提供一定時間的電源。系統(tǒng)對傳感器所供電源與系統(tǒng)電源通過安全柵實(shí)行電源隔離，以保證其系統(tǒng)可靠性。對于野外場所，本系統(tǒng)也提供太陽供電。
6.系統(tǒng)軟件。軟件設(shè)計(jì)上采用容錯方式，對可能出現(xiàn)的系統(tǒng)錯誤設(shè)有對應(yīng)的處理程序。在傳感器端檢測軟件部分采用看門狗保證系統(tǒng)在跑飛情況下自動復(fù)位，從軟件和硬件上保證系統(tǒng)對一些異常事件具有自診斷和處理的功能。

系統(tǒng)配置及功能
    按系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，其整個系統(tǒng)組成包括：水位檢測電子尺及測控通信單元（包括GPRS的數(shù)據(jù)無線傳送模塊）、現(xiàn)場水位顯示LED單元，監(jiān)控中心汛情管理及信息發(fā)布系統(tǒng)四個部分。

水位檢測 YCD 型電子尺
    對水文水位測報系統(tǒng)而言，對各檢測點(diǎn)水位的準(zhǔn)確地、實(shí)時地檢測是水文測報系統(tǒng)的核心，只有及時獲得正確的水文水位數(shù)據(jù)，才可以及時了解水庫的水文情況，從而合理做出科學(xué)決策。在本設(shè)計(jì)方案中，我們采用“YCD-102/105型水位檢測電子尺”作為水位檢測的主要設(shè)備。該“水位檢測電子尺”可以進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理、存儲、發(fā)送及遠(yuǎn)程通信（見圖2）。

測控通信單元
    與水位檢測電子尺（YCD系列電子尺）配合使用，用于處理水位電子尺檢測數(shù)據(jù)，實(shí)施對系統(tǒng)的命令控制、水位監(jiān)測及數(shù)據(jù)通信功能?？梢愿鶕?jù)現(xiàn)場情況，選用不同的測控通信單元（見圖3、圖4）。

現(xiàn)場水位顯示 LED 單元
    模塊根據(jù)現(xiàn)場需要可選用標(biāo)準(zhǔn)的 LED顯示屏，其參數(shù)指標(biāo)可視使用情況自行選取確定。[nextpage]

監(jiān)控中心管理軟件
·監(jiān)控中心管理軟件系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)如下功能：接收檢測數(shù)據(jù)并顯示/保存和信息發(fā)布；提供當(dāng)前汛情水位情況和水位變化情況；提供對測控通信單元及電子尺單元的控制和遠(yuǎn)程診斷；
·提供對數(shù)據(jù)分析，統(tǒng)計(jì)和報表功能，對防汛排水業(yè)務(wù)管理功能；提供對汛情預(yù)測分析、決策支持功能； 軟件系統(tǒng)采用組件技術(shù)、容錯處理技術(shù)，支持C/S和B/C構(gòu)架。其控制界面、菜單全為中文，用戶可以非常迅速地熟悉操作軟件的使用。

系統(tǒng)應(yīng)用優(yōu)勢
·功能集成，充分利用網(wǎng)絡(luò)資源：常規(guī)的解決方案，上述的功能利用多個系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，造價高且以后的擴(kuò) 充和升級不方便。本方案利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的先進(jìn)性，將多個功能集成起來，不僅充分利用了網(wǎng)絡(luò)高速準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)，同時也容易將各種服務(wù)需求集成于Intranet，體現(xiàn)了先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)性；
·水位檢測方式適用，技術(shù)先進(jìn)：水位檢測電子尺直接實(shí)時檢測水位的高度值，所采用技術(shù)先進(jìn)，保證了檢測 單元高的準(zhǔn)確性、可靠性和對現(xiàn)場的適應(yīng)性。系統(tǒng)安裝方便，易維護(hù)，使用簡單。特別是本系統(tǒng)所采用的水位檢測電子尺，檢測數(shù)據(jù)不受泥沙及水的流速的影響；
·水位數(shù)據(jù)和視頻同平臺無線傳輸：水庫水位檢測和視頻監(jiān)控對水庫的安全調(diào)度和管理都扮演了重要的角色，針 對這種需求，本解決方案提供了無線傳輸兩種檢測和監(jiān)控信息的無線通信平臺；
·系統(tǒng)結(jié)構(gòu)靈活：提供無線數(shù)據(jù)傳輸方式，同時也保留了有線通信接口，可以組成點(diǎn)對點(diǎn)的監(jiān)控系統(tǒng)，又可以組成一個中心對各站點(diǎn)的系統(tǒng)；滿足多個用戶的需要，可以組成多級檢測系統(tǒng)；
·可擴(kuò)容性強(qiáng)：采用模塊化設(shè)計(jì)，能夠平滑實(shí)現(xiàn)端局?jǐn)U容、中心擴(kuò)容和分控臺擴(kuò)容。無論單級擴(kuò)容或多級擴(kuò)容都可以充分利用前期資源，降低擴(kuò)容投入成本；
·易操作性：控制界面、菜單全為中文，用戶可以非常迅速地熟悉操作軟件的使用；
·自主開發(fā)：系統(tǒng)的核心硬件設(shè)備和軟件均采用具有擁有自主開發(fā)能力的本公司提供的產(chǎn)品， 能夠及時提供良好的售后服務(wù)，響應(yīng)用戶的特殊需求，針對用戶的要求進(jìn)行功能方面的量身定做。