深层隧道排水区域液位在线监测系统的设计与构建-第2页-北极星水处理网

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(3)电源

此设计采用160A˙h的锂电池供电，可反复充电使用。相比市电供电和太阳能供电等方式，电池供电的优点为：

①土建开挖少，减少监测系统的建设费用;

②克服监测点附近供电配套设施不完善等问题;

③减少雷击对监测设备的影响;

④可有效避免市电供电方式中的意外断电或太阳能供电方式中遭遇连续阴雨天导致太阳能供电不足等问题。

⑤若将监测设备移往它处时，可反复充电的锂电池便于更换和再利用，避免浪费。

经测试，在不进行设备休眠的情况下，160A˙h锂电池可维持内涝点在线监测系统连续工作3个月。若进行设备休眠，换电池的间隔时间可达半年以上。

2.2

网络传输层目前的网络技术包括GPRS、zigbee、WLAN、蓝牙和移动通信等形式，可根据排水系统采集点的分布特点分别采用不同的网络技术。由于城市排水系统规模巨大，内涝点较为分散，常位于马路上，有线传输网络存在布线成本高、信号衰减等问题，因此本液位在线监测系统采用GPRS通讯技术。GPRS通讯技术具有资源利用率高、计费便宜灵活、覆盖范围广、传输速率高等特点，适用于在线采集的液位数据的传输要求。监测设备传感器采集到的数据转换成数字信号，通过TCP/IP协议转换成IP数据包，再利用GPRS网络传输到固定IP地址的服务器后台。

此外，本设计通过中国移动物联网卡的短信功能，实现对监测系统的唤醒和休眠模式的转换控制，以及可选择通过语音功能确保在紧急情况下进行监测系统的唤醒激活。经测试，每套内涝液位监测设备一个月平均所需流量不超过5MB，所需费用仅为5元/月。监测系统的GPRS网络数据流量所产生的费用较低，合理且容易接受。

2.3

应用管理层液位监测系统通过GPRS DTU实现与数据采集设备通信，采集所得数据保存到数据库中。主要功能如下：

(1)数据监测实时展示

实时显示从系统获得的各监控点的液位数据，系统软件根据通信协议解析数据，在界面上以表格形式显示数据或以实时动态图或趋势图的界面形式显示。在发生降雨时，调度管理人员可通过展示界面，实时了解各个内涝点的液位情况，以便于及时获得内涝情况并采取应对措施。

(2)监测数据的保存与查询

在通信正常情况下，数采设备每1min自动发送内涝点液位、电池电量等数据传到服务器后台系统。因市内GPRS信号较好，通信状况良好，且设置了断线自动重连程序，因此无需数采设备具有存储功能。

服务器后台系统能够存储海量采集到的数据，并且具有强大的历史数据查询功能，可选择不同的内涝监测点，进行任何时刻、任何参数(液位、电量等)的历史数据查询，这为排水系统研究工作提供了数据基础。

(3)数采设备监测管理

采用160A˙h锂电池供电的监控点设备，在实行旱季休眠/雨季唤醒的运行机制后，预计可为内涝液位监测设备持续供电半年以上。为保证监测设备正常工作，利用DTU电压监测的功能，实时监测各个内涝监测点设备供电情况。此外，还可通过软件界面实现对监测点运行情况的监测，及时发现监测设备掉线等异常情况。当出现电量达到警戒值或设备出现故障时，可通过软件界面以及短信通知等方式提醒操作人员进行及时处理，以防RTU和设备不能正常工作。

(4)数据共享

液位在线监测系统与其他可兼容系统可以实现实时双向连接，或共享数据库数据。通过ODBC 提供的SQL驱动与监控系统建立连接，对数据进行预处理，并存储到独立的数据库中，供其他应用程序调用该连接能让系统以一定时间间隔从SCADA 系统中获取测量数据，并回送特定的数据，如仿真结果、报警信号等。

除上述功能外，还能提供绘制历史趋势曲线、多条曲线对比，并能够按照用户的需求内容和格式制作并打印报表，以及提供端口配置、数据库配置的系统设置功能。为了保证整个系统(服务器系统和监测设备终端)时钟的一致，以服务器系统的时钟为准，定时发送时钟信息到各个监测设备终端进行校对。

2.4

信息发布层信息发布采用网站发布和短信发布相结合的方式，其中信息发布网站可通过电脑或者手机使用Internet浏览。深层隧道排水区域液位在线监测系统是如图3所示东濠涌深隧优化调度系统的重要组成部分，发布网站由主页、实时监视、报表、系统设置、联系方式等几部分组成，可通过发布网站查询液位监测点的具体位置，在线查询即时数据，以及使用报表查询各个监测点的历史数据，并可通过系统设置功能在线查询设备工况，以及唤醒已休眠的设备。短信发布功能则利用短信平台执行，在达到警戒水位的时候，采用群发短信的形式将预警短信发送给预先在系统中设定好的调度管理人员，使得调度人员能够及时采取调度措施。

图3 液位在线监测系统信息发布网站

3 系统的实现与运行

3.1

监测设备安装(1)在线监测设备组成

为适应污水管道中恶劣的环境，并应对内涝点发生水浸时对整套监测设备的影响，采用防水等级为IP68的铸铝防水箱对监测设备进行保护。监测设备可分为液位计传感器、DTU控制箱、电源箱三部分，分别通过IP68防水等级的航空插头相连接，由电池给DTU控制箱供电，再由DTU控制液位计传感器(见图4)。

图4 排水管网液位监测设备

原标题：深层隧道排水区域液位在线监测系统的设计与构建

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