劉少華，肖衛(wèi)

（湖北一方科技發(fā)展有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430000）

數(shù)字航道建設(shè)中的水位遙測終端系統(tǒng)集成實(shí)踐

劉少華，肖衛(wèi)

（湖北一方科技發(fā)展有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430000）

數(shù)字航道建設(shè)中，水位信息是不可或缺的一部分。以長江干線主航道的典型航段為例，對數(shù)字航道建設(shè)中的水位遙測終端系統(tǒng)，進(jìn)行了集成實(shí)踐總結(jié)；闡述了遙測終端系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、配套集成、站點(diǎn)布設(shè)；介紹了建設(shè)實(shí)施方案以及質(zhì)量、安全管理等；對系統(tǒng)試運(yùn)行、枯水期維護(hù)和常年運(yùn)行維護(hù)進(jìn)行了總結(jié)。涵蓋了水位站遙測終端系統(tǒng)集成從終端設(shè)計(jì)、集成設(shè)計(jì)到系統(tǒng)工程建設(shè)實(shí)施、試運(yùn)行及后期維護(hù)的全過程。

數(shù)字航道；水位遙測；終端系統(tǒng)；集成

為提高長江航道的通航能力、提高長江航道管理、服務(wù)效能，長江干線實(shí)施全河段的數(shù)字航道建設(shè)，水位遙測終端系統(tǒng)是其數(shù)字航道建設(shè)的一部分。航道部門決定建設(shè)水位遙測終端系統(tǒng)，其中，長江干線大埠街至上巢湖段的水位遙測終端系統(tǒng)及其配套設(shè)備設(shè)施建設(shè)是其中的典型河段。其建設(shè)內(nèi)容及目標(biāo)為46個航道遙測水位站（水位遙測終端所在）的設(shè)備設(shè)施建設(shè)與集成。最終達(dá)成46個航道水位遙測站至數(shù)據(jù)接收中心（航道動態(tài)監(jiān)測平臺）的水位自動監(jiān)測及其信息聯(lián)通，實(shí)現(xiàn)水位信息的自動采集、存儲及傳輸功能，為航道部門隨時提供水位信息。

1 水位遙測終端集成設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

水位自動采集：當(dāng)航道沿線某水位站的水位值或水位值變化幅度超過一定范圍時或達(dá)到預(yù)設(shè)時間間隔時，系統(tǒng)可自動采集、存儲水位數(shù)據(jù)，并將水位實(shí)時值、測站站號、時間、電池電壓等參數(shù)發(fā)送到航道動態(tài)監(jiān)測平臺。主要功能包括：

（1）應(yīng)答查詢：終端系統(tǒng)能夠響應(yīng)航道動態(tài)監(jiān)測平臺的即時查詢指令；

（2）人工置數(shù)：可采用人工置入方式將水位觀測值數(shù)據(jù)置入終端系統(tǒng)并發(fā)送；

（3）自動校時：通過接收“航道動態(tài)監(jiān)測平臺”的指令自動校時；

（4）自維護(hù)功能：定時工況報告、低電壓報警、掉電保護(hù)以及自動復(fù)位等能力。

1.2 遙測終端設(shè)計(jì)

水位采集單元（水位計(jì)）：通過感應(yīng)元件獲得水位對應(yīng)的感應(yīng)信息（壓力或者電磁波、紅外線等），信息傳輸給中央控制單元，主要構(gòu)造設(shè)計(jì)如下：

（1）中央控制單元：中央控制單元是終端的核心單元，其根據(jù)對應(yīng)的推算機(jī)理將感應(yīng)信息數(shù)值換算成水位數(shù)值、控制水位數(shù)據(jù)發(fā)送和存儲；中央控制單元還將根據(jù)遙傳或者本地控制指令配置終端參數(shù)、執(zhí)行相關(guān)操作等。

（2）通信單元：通過有線、無線方式向“航道動態(tài)監(jiān)測平臺”發(fā)送水位數(shù)據(jù)或接受操作指令等。

（3）存儲單元：根據(jù)中央控制單元的指令，存儲、刪除、導(dǎo)出水位數(shù)據(jù)。

（4）供電單元：為終端提供電力，可采用常規(guī)市電方式供電、太陽能供電、蓄電池供電，或前述所列組合方式供電。

遙測終端構(gòu)成如圖1：

圖1 遙測終端構(gòu)成

1.3 終端集成主要設(shè)備（水位計(jì)）選型設(shè)計(jì)

選用了兩種型號的水位計(jì)，一種是氣泡壓力式水位計(jì)，一種是雷達(dá)水位計(jì)。

（1）氣泡壓力式水位計(jì)將壓力傳感器的感壓口置于吹氣的管腔內(nèi)，壓力傳感器直接感應(yīng)到出氣口的靜水壓力值，即可換算出該測點(diǎn)位置對應(yīng)的水位。

（2）雷達(dá)水位計(jì)采用發(fā)射—反射—接收（一個電磁波運(yùn)行周期）的工作模式，雷達(dá)水位計(jì)發(fā)射出電磁波，經(jīng)水面反射后，再被接收。電磁波從發(fā)射到接收的時間與到液面的距離成正比，雷達(dá)水位計(jì)記錄電磁波這個運(yùn)行周期時間，即可換算出測點(diǎn)位置對應(yīng)的水位。

1.4 避雷設(shè)計(jì)

雷電對測站電氣設(shè)備的影響，主要由直擊雷、傳導(dǎo)雷、感應(yīng)雷、開關(guān)過電壓等四方面造成。綜合運(yùn)用分流、屏蔽、均壓、接地和過電壓保護(hù)等各項(xiàng)技術(shù)，構(gòu)成一個完整的防護(hù)體系，以取得最佳的防雷效果。

（1）站房外部直接雷擊防護(hù):在站房頂部安裝避雷針與接地地網(wǎng)，使站房、太陽能電池板均在避雷保護(hù)范圍內(nèi)。避雷針、接地引下線、接地網(wǎng)與設(shè)備接地點(diǎn)相互連接，接地電阻宜小于10Ω。站房外殼與避雷針采用絕緣連接。

（2）站房內(nèi)部雷電過電壓防護(hù):站房內(nèi)部設(shè)備，利用設(shè)備外部金屬機(jī)殼進(jìn)行等電位連接以使得設(shè)備和四周物體保持等電位，并進(jìn)行接地處理保護(hù)；在水位計(jì)輸出端與水位遙測遙報終端數(shù)據(jù)輸入口間安裝信號避雷器，并且水位信號線屏蔽層與所連接設(shè)備接地線相連；采用有線方式傳輸數(shù)據(jù)的信號線，用鍍鋅鋼管護(hù)套后埋入地下敷設(shè)。

1.5 系統(tǒng)信息流程

水位采集單元（水位計(jì)）通過傳感器采集到的感應(yīng)變化信息傳輸?shù)街醒肟刂茊卧?；中央控制單元根?jù)感應(yīng)信息數(shù)值換算出水位數(shù)值，按照設(shè)定的規(guī)則將水位數(shù)據(jù)發(fā)送到通信單元和儲存單元；存儲單元儲存數(shù)據(jù)、通信單元發(fā)送數(shù)據(jù)；終端通信服務(wù)器接收數(shù)據(jù)；終端通信服務(wù)器處理數(shù)據(jù)傳輸給航道動態(tài)監(jiān)測平臺。

1.6 宏觀技術(shù)要求

所建水位遙測終端系統(tǒng)技術(shù)要求如下：

①遵循長江航道信息采集與服務(wù)數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)；②實(shí)現(xiàn)多種通信模式的自適應(yīng)和自動切換；③具備抗網(wǎng)絡(luò)干擾能力，在休眠時能被迅速喚醒以及實(shí)時發(fā)出報警信息；④防塵防水性能達(dá)到IP66等級；⑤環(huán)境條件：溫度范圍-20℃～60℃，工作濕度：0～95%（40℃）。

2 水位遙測系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)

2.1 水位遙測站點(diǎn)布設(shè)

長江航道局組織開展了“長江航道自動水位監(jiān)測站布設(shè)和水流實(shí)時模擬技術(shù)應(yīng)用研究”，對長江干線宜賓至瀏河口河段水面線的沿程特點(diǎn)，航道自然特性及航道動態(tài)監(jiān)測平臺水位實(shí)時測報的需求進(jìn)行了深入研究，得出了水位監(jiān)測站點(diǎn)布局方案，并依據(jù)方案確定了46個水位遙測站點(diǎn)位置。

2.2 水位測驗(yàn)設(shè)施

水位測驗(yàn)設(shè)施是配合遙測終端的不可或缺的部分。包括觀測水尺、水準(zhǔn)點(diǎn)、觀測道路等。依照有關(guān)規(guī)范結(jié)合布置點(diǎn)實(shí)際條件和環(huán)境，確定了水準(zhǔn)點(diǎn)等級和種類；確定觀測水尺種類和建設(shè)方案并配套建設(shè)相應(yīng)的觀測道路；確定工程項(xiàng)目46套水位站儀器分別安設(shè)在鋼制儀器柜、磚混儀器房、雙桿一體化儀器平臺等三種空間里。

2.3 遙測站系統(tǒng)集成

結(jié)合長江干線航道大埠街至上巢湖段水位監(jiān)測站點(diǎn)選址的實(shí)際踏勘情況，匯總得出該主航段的水位遙測站點(diǎn)集成情況：①儀器房方面，磚混結(jié)構(gòu)儀器房共37個；鋼制一體化儀器柜8個，雙桿一體化儀器平臺1個。②共敷設(shè)氣管2820m，建觀測道路1850m。③水尺和水準(zhǔn)點(diǎn)方面，除武漢水位監(jiān)測站外，其他水位監(jiān)測站都需建設(shè)，共45組水尺和45套水準(zhǔn)點(diǎn)引測。④雷達(dá)安裝支架1副。⑤水位站避雷地網(wǎng)共建39套。并以此為基礎(chǔ)，分別制定了建設(shè)清單。其中的一個遙測站組成示意圖如圖2：其中站房內(nèi)放置遙測終端系統(tǒng)，其配置見表1。

3 工程實(shí)施

3.1 工程建設(shè)內(nèi)容細(xì)化

經(jīng)過施工踏勘，本工程建設(shè)內(nèi)容最終確定為41個水位遙測站系統(tǒng)集成，含：①普通儀器房設(shè)計(jì)、施工，室內(nèi)儀器柜設(shè)計(jì)、加工，房頂太陽能安裝支架設(shè)計(jì)、加工；②雷達(dá)水位計(jì)支架設(shè)計(jì)與加工；③設(shè)備的采購、生產(chǎn)、集成與調(diào)試；④氣泡壓力水位計(jì)氣管敷設(shè)；⑤觀測水尺建設(shè)及零點(diǎn)高程測量；⑥觀測道路施工；⑦水準(zhǔn)點(diǎn)建設(shè)與引測；⑧設(shè)備安裝調(diào)試；需要的設(shè)備種類數(shù)量制作成詳細(xì)清單。

3.2 施工組織與進(jìn)度計(jì)劃

為確保工程建設(shè)順利實(shí)施，成立了項(xiàng)目組織機(jī)構(gòu)。項(xiàng)目組織機(jī)構(gòu)由領(lǐng)導(dǎo)小組、項(xiàng)目經(jīng)理，和各職能部門(安全部、財務(wù)部、綜合部、工程部、質(zhì)檢部、技術(shù)支持部等）組成，并明確了各部門的職責(zé)和分工。

同時安排了各對應(yīng)部門的負(fù)責(zé)管理人員和技術(shù)施工組成人員。明確了技術(shù)人員和施工人員的職責(zé)，并根據(jù)現(xiàn)場多、線路長的特點(diǎn)分成了若干施工小組，各司其職并相互協(xié)作。

擬定了施工進(jìn)度圖。分別確定了施工準(zhǔn)備期；土建及其水準(zhǔn)點(diǎn)測量期；設(shè)備生產(chǎn)、采購、測試期；設(shè)備包裝運(yùn)輸及交付時點(diǎn)；遙測系統(tǒng)設(shè)備安裝時間；系統(tǒng)集成及其測試期；技術(shù)培訓(xùn)時間；試運(yùn)行時間節(jié)點(diǎn)；項(xiàng)目驗(yàn)收移交時間節(jié)點(diǎn)。鎖定關(guān)鍵期，嚴(yán)控時間節(jié)點(diǎn)。

3.3 工程總體實(shí)施方案

根據(jù)建設(shè)內(nèi)容確定了主要實(shí)施方案，包括主要測驗(yàn)設(shè)備設(shè)施的建設(shè)實(shí)施和專項(xiàng)建筑建設(shè)。

主要測驗(yàn)設(shè)備設(shè)施涵蓋：①水準(zhǔn)點(diǎn)建設(shè)及引測；②觀測道路；③觀測水尺；④氣泡式水位氣管敷設(shè)；⑤雷達(dá)水位計(jì)安裝支架；⑥水位遙測站點(diǎn)儀器房；⑦遙測站點(diǎn)設(shè)備集成；⑧設(shè)備運(yùn)輸；⑨設(shè)備安裝調(diào)試及測試。對應(yīng)地分別確定了地點(diǎn)、長度、材料、工藝、布設(shè)、等級、型式等。

我們將結(jié)合長三角一體化發(fā)展上升為國家戰(zhàn)略等新形勢新要求，進(jìn)一步加強(qiáng)系統(tǒng)謀劃，堅(jiān)持把加快建設(shè)現(xiàn)代化綜合交通運(yùn)輸體系作為推進(jìn)交通強(qiáng)省建設(shè)、打造交通強(qiáng)國先行區(qū)的核心任務(wù)和關(guān)鍵舉措，著力構(gòu)建“八大體系”，即高質(zhì)量的綜合交通網(wǎng)絡(luò)體系、高效率的貨運(yùn)服務(wù)體系、高品質(zhì)的客運(yùn)服務(wù)體系、高水平的綠色交通體系、高標(biāo)準(zhǔn)的平安交通體系、高科技的智慧交通體系、高層次的創(chuàng)新發(fā)展體系、高效能的交通治理體系。我們將強(qiáng)化擔(dān)當(dāng)意識，勇于解放思想，敢于攻堅(jiān)克難，弘揚(yáng)奮斗精神，以時不我待的緊迫感，努力完成好“最迫切”的任務(wù)，書寫好“強(qiáng)富美高”新江蘇建設(shè)的交通篇章?！?/p>

專項(xiàng)建筑建設(shè)涵蓋：①遙測站房的建設(shè)和裝飾；②避雷接地系統(tǒng)。確定了建筑的結(jié)構(gòu)、安全等級、使用年限、抗震烈度，防水等級等，依據(jù)上述要求完成施工，同時按照規(guī)格予以裝飾。

對部分分項(xiàng)制定了施工方法。主要有：施工測量、基礎(chǔ)施工、土方開挖、基坑驗(yàn)槽、墊層施工、鋼筋工程施工、模版工程施工、砼工程、腳手架工程、砌筑工程、門窗制安工程。

3.4 工程質(zhì)量保證

質(zhì)量保證體系：在工程實(shí)施過程中，嚴(yán)格按照iso9001質(zhì)量管理體系予以進(jìn)行，做到施工全過程管，全員管、全面管。以“科學(xué)管理、質(zhì)量至上、持續(xù)改進(jìn)、優(yōu)質(zhì)服務(wù)”為質(zhì)量方針；以單位工程合格率100%，單位工程優(yōu)良率96%以上為質(zhì)量目標(biāo)，力爭顧客滿意度達(dá)到100%；參與各項(xiàng)質(zhì)量管理活動的人員100%執(zhí)行公司管理體系文件的規(guī)定。堅(jiān)決實(shí)行質(zhì)量一票否決制，確保本工程建設(shè)質(zhì)量達(dá)標(biāo)。

組織措施：成立質(zhì)量領(lǐng)導(dǎo)小組，技術(shù)負(fù)責(zé)人為組長，部門負(fù)責(zé)人為副組長，施工組長、專業(yè)施工隊(duì)長為成員，對工程施工的全過程實(shí)施有效的監(jiān)督和控制、制定具體的質(zhì)量控制程序和辦法。

保證措施：一質(zhì)量承包負(fù)責(zé)制度；二技術(shù)交底制度；三材料進(jìn)場檢驗(yàn)制度；四施工掛牌制度；五過程三檢制度；六質(zhì)量否決制度；七成品保護(hù)制度；八質(zhì)量文件記錄制度；九工程質(zhì)量等級評定、核定制度；十竣工服務(wù)承諾制度；十一培訓(xùn)上崗制度；十二工程質(zhì)量事故報告及調(diào)查制度。

檢驗(yàn)措施：①設(shè)備出廠及現(xiàn)場開箱檢驗(yàn)；②應(yīng)用軟件測試檢驗(yàn)；③土建施工檢驗(yàn)；④設(shè)備安裝調(diào)試檢驗(yàn)；⑤系統(tǒng)試運(yùn)行檢驗(yàn)。

3.5 施工安全保障

應(yīng)用的法律法規(guī)和技術(shù)安全標(biāo)準(zhǔn)：依據(jù)本工程特點(diǎn)制定安全和文明施工措施引據(jù)的法律法規(guī)有：《水利工程建設(shè)安全生產(chǎn)管理規(guī)定》；《中華人民共和國道路交通安全法》；《中華人民共和國安全生產(chǎn)法》；《中華人民共和國消防法》；《中華人民共和國勞動法》。引用標(biāo)準(zhǔn)有《水運(yùn)工程施工安全防護(hù)技術(shù)規(guī)范》（JTS 205-1-2008）；《安全標(biāo)志及其使用導(dǎo)則》（GB2894—2008）；《水利水電工程施工通用安全技術(shù)規(guī)程》（SL398—2007）；《水利水電工程金屬結(jié)構(gòu)與機(jī)電設(shè)備安裝安全技術(shù)規(guī)程》（SL400—2007）等。

施工安全措施：設(shè)安全生產(chǎn)小組，由現(xiàn)場項(xiàng)目負(fù)責(zé)人兼任安全小組組長，由持證安全員獨(dú)立行使安全檢查、監(jiān)督指責(zé)，并負(fù)責(zé)對現(xiàn)場施工人員的安全意識宣傳。制定現(xiàn)場施工安全細(xì)則，加強(qiáng)安全管理，做好事故防范措施。嚴(yán)格按照國家相關(guān)的安全施工管理辦法，結(jié)合實(shí)際加以細(xì)化，形成了可執(zhí)行的文件。

勞動保護(hù)：定期向所有現(xiàn)場施工人員發(fā)放安全勞動保護(hù)用品，以及特殊工種作業(yè)人員的勞動保護(hù)津貼和營養(yǎng)補(bǔ)助等；按《中華人民共和國勞動法》的有關(guān)規(guī)定安排現(xiàn)場作業(yè)人員的勞動和休息時間。

傷病防治：對作業(yè)環(huán)境進(jìn)行衛(wèi)生清理，采取衛(wèi)生措施，做好病源和疫情監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)疫情，應(yīng)立即采取措施控制感染源和感染者。

此外，在施工中做好消防工作，搞好安全防護(hù)并制定了安全和自然災(zāi)害等的應(yīng)急救援預(yù)案，有施工環(huán)境保護(hù)措施，注重文明施工等。

4 工程試運(yùn)行及其維護(hù)

4.1 試運(yùn)行

鑒于建設(shè)站點(diǎn)分布于長江沿線，在多方的配合下，分步實(shí)施了試運(yùn)行，主要是檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送接收等各項(xiàng)功能是否滿足設(shè)計(jì)要求，經(jīng)過試運(yùn)行發(fā)現(xiàn)一些問題并加以解決。

4.2 低水期維護(hù)

由于建設(shè)時間跨度長、距離長、站點(diǎn)分散，有些站點(diǎn)建設(shè)時，沒有搶抓到低水期，或者施工時水位已經(jīng)相對較高，必然導(dǎo)致有些站點(diǎn)的水位計(jì)氣管管口在低水期時候可能露出水面、或者低水水尺設(shè)置數(shù)量不夠等等情況。因此，在2017年的低水期時候，根據(jù)水位預(yù)報情況，在可預(yù)見的最低水位時期開展了核查工作，檢查站房、水尺、氣管、道路、水準(zhǔn)點(diǎn)等基本觀測設(shè)施設(shè)備，對發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行及時修改維護(hù)，保證了遙測系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

4.3 系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)

經(jīng)過以上運(yùn)行過程，結(jié)合過去項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)，對該遙測系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)提出如下建議：

遙測站運(yùn)行管理:加強(qiáng)維護(hù)管理工作，保證系統(tǒng)功能正常發(fā)揮，確保所測報水位準(zhǔn)確，包括人工讀數(shù)比測、定期巡查維護(hù)、配備常規(guī)備品備件。

設(shè)施設(shè)備安全看管：加強(qiáng)水位遙測站安全保護(hù)，有條件的站點(diǎn)進(jìn)行委托專人看管，無人看管的站點(diǎn)定期進(jìn)行安全巡查。

水準(zhǔn)點(diǎn)校準(zhǔn)：考慮沉降問題，水準(zhǔn)點(diǎn)需定期進(jìn)行校核。

水尺清淤與維護(hù)：定期對水尺進(jìn)行清潔，達(dá)到刻度清晰，數(shù)字清楚。汛期后，對水尺根部進(jìn)行清淤，使水尺底部刻度顯露，并更換損毀水尺。

[1]《GB/T 50138-2010水位觀測標(biāo)準(zhǔn)》；

[2]《SL61-2003水文自動測報系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》；

[3]《SL197—1997水利水電工程測量規(guī)范》；

[4]《SL 276-2002水文基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及技術(shù)裝備標(biāo)準(zhǔn)》；

[5]《GB7450-87電子設(shè)備雷擊導(dǎo)則》。

U612

A

1006—7973（2017）10-0041-03

10.13646/j.cnki.42-1395/u.2017.10.018