萬勝磊，左林遠(yuǎn)，王松吉

（青島水文水資源勘測(cè)局，山東 青島 266308）

萊西市屬溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，干濕顯著，雨熱同季，多年平均年降水量692.8 mm，洪水形成主要集中在6—9月份。市區(qū)主干道煙臺(tái)路兩側(cè)部分路段地勢(shì)較低，遭遇突發(fā)降雨后容易形成積水，阻塞道路，造成居民出行困難。

萊西市市區(qū)道路積水監(jiān)測(cè)目前是一個(gè)空白，近年來萊西市水文局在市區(qū)主干道人工監(jiān)測(cè)部分區(qū)域的積水情況，逐步掌握了市區(qū)積水路段的分布，但降雨造成道路積水具有突發(fā)性強(qiáng)、來勢(shì)猛、速度快的特點(diǎn)，沒有專業(yè)的監(jiān)測(cè)設(shè)備，無法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)積水的情況。因此，建立完善的市區(qū)道路積水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，將更好地為城市防洪泄洪、交通調(diào)控、居民出行等方面做好保障。

1 積水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成

萊西市市區(qū)積水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包含：道路積水監(jiān)測(cè)傳輸系統(tǒng)和信息中心兩部分，道路積水監(jiān)測(cè)傳輸系統(tǒng)主要有雨量計(jì)、電子水尺、視頻監(jiān)控終端、傳輸系統(tǒng)等組成。系統(tǒng)自動(dòng)采集雨量、水位、影像等信息，并自動(dòng)傳輸?shù)叫畔⒅行?。信息中心?duì)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理、入庫計(jì)算并顯示。

1.1 降水量設(shè)備

根據(jù)水利部《降水量觀測(cè)規(guī)范》（SL21—2006）的要求，降水量觀測(cè)任務(wù)是在觀測(cè)場(chǎng)內(nèi)用雨量采集儀器進(jìn)行觀測(cè)，資料要求連續(xù)完整且滿足精度要求，能為防汛部門提供準(zhǔn)確及時(shí)的雨情信息。

目前，降水量觀測(cè)設(shè)備有普通雨量器、自記雨量計(jì)、翻斗雨量計(jì)、YDJ-Ⅱ型報(bào)汛數(shù)傳儀、SMARTDATA-1000R型一體化雨量自動(dòng)監(jiān)測(cè)站等。根據(jù)規(guī)范要求及設(shè)備現(xiàn)狀，降水量觀測(cè)設(shè)備確定采用SMARTDATA-1000R型一體化雨量自動(dòng)監(jiān)測(cè)站作為數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，該監(jiān)測(cè)站集成了雨量計(jì)、遙測(cè)終端機(jī)、太陽能電池板、鋰電池、GPRS/GSM通信模塊等設(shè)備。

根據(jù)市區(qū)站點(diǎn)的設(shè)計(jì)情況，新建6處自動(dòng)雨量監(jiān)測(cè)站，采用無線遙測(cè)傳輸方式，共需購置SMARTDATA-1000R型一體化雨量自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀6套，基礎(chǔ)為1 m3的混凝土預(yù)埋法蘭盤即可。

1.2 水位監(jiān)測(cè)設(shè)備

積水監(jiān)測(cè)站采用水文水資源測(cè)控終端機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集傳輸，并配置傳感器、太陽能電池板、鋰電池、GPRS/GSM通信模塊等設(shè)備。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件不同，采用不同的傳感器組建監(jiān)測(cè)站。

1.3 視頻監(jiān)控設(shè)備

監(jiān)視系統(tǒng)是采用先進(jìn)的電子科技手段，對(duì)遠(yuǎn)端場(chǎng)景進(jìn)行傳感成像，信號(hào)傳輸、集中監(jiān)視、圖像記錄以及聯(lián)動(dòng)控制的安全技術(shù)規(guī)范和管理系統(tǒng)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)在6處積水路段，建設(shè)相應(yīng)的視頻監(jiān)測(cè)設(shè)施，同時(shí)設(shè)置普通水尺，可以遠(yuǎn)程視頻觀測(cè)積水深度。

1.4 信息中心數(shù)據(jù)采集傳輸設(shè)備

此次系統(tǒng)建設(shè)中心硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)配備1臺(tái)機(jī)架式多路服務(wù)器、1臺(tái)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、1臺(tái)3 kVA UPS、1臺(tái)計(jì)算機(jī)，服務(wù)器連接Internet外部網(wǎng)絡(luò)采用專線（光纖）方式接入并配備固定公網(wǎng)IP。軟件平臺(tái)由數(shù)據(jù)接收軟件與應(yīng)用軟件、視頻監(jiān)控接收軟件構(gòu)成。數(shù)據(jù)接收軟件主要負(fù)責(zé)遙測(cè)站數(shù)據(jù)在線接收、解碼、校驗(yàn)與入庫等功能，系統(tǒng)應(yīng)用軟件具有基于地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)展示、分析計(jì)算、統(tǒng)計(jì)、查詢與報(bào)表等功能，視頻監(jiān)控軟件主要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能。

2 道路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能及特點(diǎn)

2.1 軟件平臺(tái)功能

2.1.1 數(shù)據(jù)接收軟件功能

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)具備以下幾點(diǎn)功能：

1）系統(tǒng)能夠在5 min內(nèi)收齊全部所有6處監(jiān)測(cè)站的雨量、水位、積水深等數(shù)據(jù)。

2）系統(tǒng)自報(bào)、自報(bào)-確認(rèn)、應(yīng)答混合工作體制。

3）系統(tǒng)通訊組網(wǎng)可在GSM短消息通訊或GPRS通訊之間選擇，每個(gè)監(jiān)測(cè)站可根據(jù)需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)配置選擇GSM短消息通訊和GPRS通訊方式。

4）中心能及時(shí)了解各監(jiān)測(cè)站的設(shè)備工作狀態(tài)（如電壓、自計(jì)內(nèi)存狀況等）。

5）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)能自動(dòng)寫入水情數(shù)據(jù)庫。其他各部門可以通過廣域網(wǎng)實(shí)時(shí)查詢系統(tǒng)所有測(cè)站的數(shù)據(jù)。

6）中心具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)、報(bào)表顯示及打印和過程分析功能，如動(dòng)態(tài)雨量水位顯示、柱狀圖、水位過程線等。

7）具有采集數(shù)據(jù)密度動(dòng)態(tài)控制機(jī)制，以在滿足數(shù)據(jù)密度和精度要求情況下最大限度節(jié)約通信費(fèi)用和電源消耗。

8）監(jiān)測(cè)站通信信道調(diào)整可通過設(shè)置完成。

9）系統(tǒng)能區(qū)分調(diào)試數(shù)據(jù)和實(shí)際數(shù)據(jù)，設(shè)備調(diào)試狀態(tài)下的數(shù)據(jù)不能進(jìn)入數(shù)據(jù)庫，只作顯示供維護(hù)人員使用。

10）系統(tǒng)具有可擴(kuò)展性，可以方便地增減測(cè)站數(shù)量和傳感器的數(shù)量。修改工作將通過密碼控制由有關(guān)管理人員進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理功能。

2.1.2 WEBGIS監(jiān)控軟件功能

基于WebGis平臺(tái)的數(shù)據(jù)查詢展示系統(tǒng)，可以可視化圖形界面完成監(jiān)測(cè)點(diǎn)的地理分布及實(shí)時(shí)雨量、水位數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)瀏覽、查詢、定位和緊急告警；并根據(jù)用戶的需求定制各種數(shù)據(jù)報(bào)表及圖形報(bào)表，實(shí)現(xiàn)水位過程線、柱狀圖、等值面圖形分析、站點(diǎn)管理等多種功能。

2.1.3 數(shù)據(jù)及圖像采集系統(tǒng)功能

1）視頻動(dòng)態(tài)分布功能；2）多畫面顯示功能；3）圖像字符疊加功能；4）視頻報(bào)警功能；5）智能圖像檢測(cè)功能；6）可通過區(qū)域網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程錄像查詢、回放、參數(shù)設(shè)置、實(shí)時(shí)監(jiān)控；7）可程序控制錄像時(shí)間表，可自動(dòng)循環(huán)錄像；8）可捕捉靜態(tài)畫面；9）儲(chǔ)存、回放、剪輯、處理方便。

2.2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)特點(diǎn)

1）遙測(cè)站功耗控制機(jī)制。采用特有的軟、硬掉電技術(shù)，極大地降低遙測(cè)站的功耗，并可延長(zhǎng)傳感器、通信設(shè)備及蓄電池的使用壽命。

2）蓄電池充放電保護(hù)機(jī)制。集成的蓄電池充放電功能可避免蓄電池?fù)p壞，大大降低將來的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用（視頻監(jiān)控需接交流電源）。

3）自報(bào)式、自報(bào)確認(rèn)式及主備通信機(jī)制?？赏ㄟ^設(shè)置參數(shù)選擇遙測(cè)站以不同通信模式工作，可使遙測(cè)系統(tǒng)在通信效率和通信可靠性之間達(dá)到很好的平衡。

4）動(dòng)態(tài)配置機(jī)制?？稍诒镜鼗蜻h(yuǎn)程動(dòng)態(tài)地修改遙測(cè)站配置，十分有利于控制遙測(cè)系統(tǒng)在不同的時(shí)段（如汛期或非汛期）以不同的模式運(yùn)行。

5）數(shù)據(jù)自記及遠(yuǎn)程讀取。提供遙測(cè)數(shù)據(jù)的備份，使遙測(cè)系統(tǒng)可滿足防汛和水文資料整理的不同需求，進(jìn)一步提高了遙測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性。

6）標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP軟件接口。采用標(biāo)準(zhǔn)的軟件接口有利于和其他系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換、擴(kuò)展應(yīng)用開發(fā)，可通過簡(jiǎn)單的升級(jí)硬件系統(tǒng)達(dá)到提高軟件性能的目的。

7）B/S軟件結(jié)構(gòu)。采用流行的B/S結(jié)構(gòu)，使得系統(tǒng)的運(yùn)行管理十分簡(jiǎn)便，只需調(diào)整WEB服務(wù)器即可達(dá)到增加服務(wù)能力、提升軟件功能的目的。

8）系統(tǒng)安全管理。系統(tǒng)提供了不同層次的安全管理功能，有利于遙測(cè)系統(tǒng)的完全運(yùn)行和故障恢復(fù)。

2.3 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通信組網(wǎng)特點(diǎn)

數(shù)據(jù)系統(tǒng)通信設(shè)計(jì)采用GPRS為主、GSM短消息為輔助的方式，當(dāng)GPRS信道不通時(shí)遙測(cè)站自動(dòng)切換到GSM信道，以手機(jī)短消息的形式發(fā)送各遙測(cè)站數(shù)據(jù)。圖像傳輸系統(tǒng)采用公網(wǎng)傳輸?shù)姆绞?。其?yōu)點(diǎn)如下：

1）實(shí)時(shí)性強(qiáng)：與短消息服務(wù)比較，由于GPRS具有實(shí)時(shí)在線特性，系統(tǒng)無時(shí)延，無GSM短信數(shù)據(jù)傳輸滯后現(xiàn)象，可以同步接收、處理多個(gè)或所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)的各種數(shù)據(jù)?？珊芎玫貪M足系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)采集和傳輸實(shí)時(shí)性的要求。

2）可對(duì)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)儀器設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制：通過GPRS雙向系統(tǒng)還可實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器設(shè)備進(jìn)行反向控制，如：時(shí)間校正，狀態(tài)報(bào)告，召、巡測(cè)等控制功能，并可進(jìn)行系統(tǒng)遠(yuǎn)程在線升級(jí)。

3）監(jiān)控范圍廣：構(gòu)建信息采集傳輸系統(tǒng)要求數(shù)據(jù)通信覆蓋范圍廣，擴(kuò)容無限制，接入地點(diǎn)無限制，能滿足山區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)和跨地區(qū)的接入需求。

4）具有良好的可擴(kuò)展性：由于目前全市GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)已全覆蓋，基本不存在盲區(qū)，可實(shí)現(xiàn)大范圍的在線監(jiān)控，滿足信息采集傳輸系統(tǒng)對(duì)覆蓋范圍的要求。

5）系統(tǒng)的傳輸容量大：中心站要和每一個(gè)信息采集點(diǎn)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)連接。由于信息采集點(diǎn)數(shù)量眾多，系統(tǒng)要求能滿足突發(fā)性數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?，而GPRS技術(shù)能很好地滿足傳輸突發(fā)性數(shù)據(jù)的需要。

6）數(shù)據(jù)傳送速率高：每個(gè)信息采集點(diǎn)每次數(shù)據(jù)傳輸量在15 bps之內(nèi)。GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送速率理論上可達(dá)171.2 kbit/s，目前GPRS實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸速率在40 kbps左右，完全能滿足本系統(tǒng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性的需求。

3 效益分析

萊西市市區(qū)道路積水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建成后，滿足城市防洪、城市規(guī)劃、城市建設(shè)的需要，增強(qiáng)城市防洪的預(yù)警和處理能力，提高水文信息的時(shí)效性和利用率，為萊西市區(qū)城市防汛、排水泄洪提供準(zhǔn)確及時(shí)的雨水情信息，為防汛指揮部門提供可靠的決策依據(jù)，為防汛抗洪、水資源開發(fā)利用和城市管理提供技術(shù)指導(dǎo)。同時(shí)也為市民出行提供便利，減輕自然災(zāi)害對(duì)社會(huì)的影響。