深圳市水利学会广东深圳518036
摘要：随着科技的不断进步，信息化水平的不断提升，信息自动化遥测设备在水文水资源方面的应用也越来越广泛。结合深圳小型水库的地理条件和水文现状，经过前期水位计的选型实验论证，水位采集监测系统采用压力式水位计及配套设施的解决方案是相对可靠可行的。为保障系统的稳定性和安全性，把好压力式水位计及配套设施建设的技术条件关显得尤为重要。研究发现，深圳小（1）、小（2）型水库水位采集监测站点建设均采用X型压力式水位计作为前端传感器，GPRS数据传输方式，大阳能供电系统、水位采集与水位拍照相结合的工作模式，在水文配套设施较落后的小型水库有很好的应用效果。
关键词：水位采集；小型水库；系统；配套设施；技术条件
前言：
根据深圳市水务信息化“十二五”规划提出的高起点、高标准地加快深圳市水务信息化建设的要求，从三防指挥科学决策、水资源优化配置各项水务业务综合协调发展的高度上，技术落地化、稳定优先、适当超前和易于维护为设计原则，建设深圳市三防预警应急指挥系统。要求5分钟内完成全市水库水位数据的收集，为防汛保障和指挥调度提供实时的水库水情信息。
一、水位计的选型
深圳市小型水库的特点：数量多、分布广、地处偏远且配套设施不完善。要想快速准确的获取小型水库水位信息，水位计的选型特别重要。由于深圳市的小型水库早期均没有建设观测井，故在中大型水库广泛应用的浮子式水位计无法在小型水库中应用，而雷达式水位计和超声波式水位计对安装的位置条件较苛刻，大部分水库都无法满足。综合各种因素的考虑，在小型水库安装压力式水位计是最好的解决方案。为进一步确认压力式水位计的技术指标在小型水库实施的可行性，我们综合了国内外各种型号的压力式水位计并召开研讨会，在就近的XX水库实施了为期45天的水库水位观测实验。实验结果如下：
实验证明：X型号的压力式水位计的各项技术指标符合要求。
二、X型压力式水位计的技术条件
压力式水位计为深圳市小型水库使用数量最多的传感器，对系统的运行效果影响重大。传感器需提供国家质量监督检验检疫总局出具的《计量器具型式批准证书》，要求满足以下性能：1.传感器外壳材料须由全钛或钛合金制作；2.传感器自身具备2M及以上的存储能力；3.为方便维护，传感器能直接与电脑或其他读数仪连接，通过安装的软件读取数值；4.为方便更换，传感器能从电缆上拆卸且不影响密封效果；5.为减少气压的影响，传感器需为通气型；6.传感器专用电缆可通过电缆延伸器进行延长。
其他指标：
三、压力式水位计配套设施的技术条件
（一）遥测终端机（RTU）
1.具备全国工业产品生产许可证；2.具备水利部水文仪器及岩土工程仪器质量监督检验测试中心的三种检测报告（《水文自动测报系统设备--遥测终端机》、《水文监测数据通信规约》、《水资源监测数据传输规约》），其测试结果必须全部通过（《水文监测数据通信规约》30项、《水资源监测数据传输规约》47项），形成有真实的产品销售合同为证明；3.通过了国家质量监督检验检疫总局《可靠性试验测试报告》，包括环境气候和环境机械各一份；4.具备图片拍照功能，RTU可以连接数字摄像头，并能定时或接受前置机软件的命令控制数字摄像头的供电、拍摄动作，完成对监视目标的图片拍照功能。
（二）GPRS/GSM通信模块
GPRS组网的特点：1.可靠性高、实时性强、监控范围广；2.系统建设成本和运营成本低；3.扩容性能好、传输功率小，适合野外供电环境。因此GPRS传输方式非常适合在野外使用太阳能供电或蓄电池供电的场合下使用。采用GPRS/GSM为组网信道，以GPRS为主要组网方式，GSM作为备用通讯方式。
其他指标：
（三）数码摄像头
1.传感器类型：CMOS；像素：130万；2.功能：支持红外自动补光、自动曝光、自动增益、自动白平衡、一体化、防水；3.通讯接口：RS485；4.压缩图片大小：640*480、320*240、160*120可选；5.供电：直流不超过DC12V，工作电流不超过75mA；6.环境温度：-10℃～+70℃，环境湿度：95%（40℃）。
（四）太阳能供电系统
1.主电源：12V免维护锂电池；2.太阳能板：材料为单晶硅、功率为40W，充电电压不得低于15V；3.太阳能电池板须配备反向电压保护装置，并带有安全防护网栅及支架。4.配置的蓄电池保证在连续阴雨的天气下供设备工作60天以上。
（五）设备箱
1.遥测站的所有设备除太阳能电池板、雨量或水位传感器等必须外部安装的设备外，其他设备（如RTU、GSM模块、过充过放保护器和蓄电池等）要求装在有足够强度和外表美观而且便于安装维护的金属机箱内；2.机柜外部或侧部需贴有标签，注明测站名称、测站编号、地址、维护电话等信息；3.室外安装的RTU防护箱或机柜需满足防护等级IP66要求，内部需分层放置RTU、电源等设备。
（六）电缆管施工要求
电缆管施工包括传感器进设备房的保护管、摄像机就近取电电源线保护管等。
1.若电缆管道铺设方向改变，则应保证管道中的电缆至少800mm的转弯半径；2.采用螺纹镀锌窝接接头和麻油布接合或其它经建设单位同意的等同方式对钢制电缆管道进行接合，以使结合的电缆管道彼此约束，去除管道内部的突起和毛刺，以使接合处保持平滑；3.地面安装的电缆管道应用镀锌钢制管夹或与地面距离不超过2m的托架予以支撑固定；4.全部电缆管道上应附带塑料识别标签，以使其与其它地下设施区分开来；5.管道连接完毕后，对电缆管道系统中裸露的金属部分应刷涂两层铬化锌底漆及两层镀锌漆；6.地面安装的镀锌钢制电缆管道在安装和连接后应予以清扫和喷漆；7.管道连接后，应用圆柱形刷对管道内部加以清扫；管道的端头应用楔形硬木塞堵予以封堵，以防止水、水雾及其它有害物质进入系统内。
四、系统防雷要求
水位采集监测系统的测站一般都设在野外，易受雷电干扰脉冲，从而影响到整个系统的正常工作，因此须对水文采集监测系统的防雷抗干扰给予足够的重视，对外部防雷和内部防雷的施工需满足《建筑物电子信息系统防雷技术规范》（GB50343-2012）。
1.外部防雷
1.1接闪器
安装接闪器是最常用、最经济和最有效的防雷措施之一。接闪器的技术要求如下：
（1）站房屋顶安装了摄像头、太阳能板、雨量计的建筑物应装置接闪器，接闪器与地网之间应焊接可靠；
（2）接闪器上端应加工成针尖形，以利尖端放电，并作镀锌处理；
（3）若站房已安装防雷网，接闪器可通过站房钢筋作为引下线；
（4）接闪器的保护范围为35～45角锥体内，站房和站房顶上的设备应在接闪器的保护范围内，如达不到这一要求，应单独设立接闪器；
（5）要使接闪器获得较好的效果，必须缩短引导放电的路径，减小电阻。因此要求接闪器做得越直越好，接地电阻越小越好。接闪器的保护范围应按照滚球法计算保护半径。
1.2.防雷接地网
为防止雷电电流进入遥测系统而损坏设备，必须严格抑制雷电感应和防止雷击的发生。合理地安装避雷装置，建设良好的接地网，采取隔离措施，可减少雷电的损害。组建接地网的类型如下：
(1)板材接地地网；
(2)矩形二次重复地极网；
(3)均衡电位地网；
(4)一字形地网。
若设备房地网能满足规范要求，可直接利用设备房的地网，若不满足规范要求需要重新组建地网。视频监控系统地网组建应不大于4欧姆。
2.内部防雷
系统内部防雷措施主要采取等电位连接、屏蔽方式隔离和安装SPD方式进行防雷。
2.1.等电位连接
站房中电气和电子设备的金属外壳、机柜、金属管、屏蔽线的外层、浪涌保护器均应以最短的距离与等电位体的接地端子连接。接地干线宜采用多股铜线或铜带，截面积不小于16mm2。
2.2.屏蔽隔离
为降低系统受雷电干扰的概率，所有电缆均应采用金属管保护，金属管需可靠接地。
2.3.安装防雷器
由电源引入的雷电破坏是造成设备损坏的主要因素，绝大多数雷击破坏都是有电源通道引入的。为此，在遥测站或中心站需要接入交流电的，在其电源接入端必须配置可靠的防雷设备以确保设备在恶劣气象条件下能24小时连续运行。可以使用直流电的，电源设计一般采用太阳能与蓄电池构成的直流供电系统，从而隔绝可能从电源通路引入的雷击破坏。
净化电源采用抗干扰磁饱和交流稳压电源，输入端采用自耦变压器技术（隔离变压器），内部嵌入防雷模块。这些技术的综合运用可有效的降低由电源线引入的雷电破坏。
结果：
1.采用水位拍照和压力式水位计采集共存的小型水库水位监测模式，可以真实、快捷、有效地收集小型水库的实况信息。
2.压力式水位计探头带通气导管，通气导管通到设备房，与外界大气压相通，让测量精度更高。
3.通过水位计拍照能更直观的反映水位情况，便于判断是否要到现场进行维护作业。
4.系统建成后，实现了深圳市中型、小（1）型和小（2）型水库水位远程遥测采集的全覆盖，能够明显提高三防与水务信息化监测、监视和调度控制的水平，并总体上提高了深圳市水务行业工作效率和管理水平，更好地为水务现代化和全市经济可持续发展服务。
讨论：
1.虽然现在压力式水位计的技术含量较高，但是传输的稳定性和精度控制方面还有提升空间，水位计的水下固定方式和防淤泥处理方面还处在探索阶段，需进一步探讨和研究。
2．RTU采集、处理和传输技术实现了与数码摄像头的完美结合，在通讯技术越来越发达的今天，如果RTU能和带云台的视频摄像机实现联动的话，我们不仅可以远程获取水位照片，而且可以远程查看水库及周边的实时状况，更利于防汛保障工作的开展。
3.从前端、传输端、终端等各个环节都设计防雷击功能，可以更有效的减少设备毁坏的数量和现场维护次数，保护设备的同时也是减少经济损失。
4.RTU设备增设蓝牙或RFID功能，工作人员到达设备现场维护时通过专用设备可以现场签到和维护信息录入，后台自动记录和统计运维状况，为实现精细化运行维护考核以及运行维护费用测算作重要依据。
参考文献：
[1]《水情信息编码标准》（SL330-2005）.
[2]《水文自动测报系统技术规范》(SL61-2003).
[3]《建筑物电子信息系统防雷技术规范》（GB50343-2012）.
[4]《山洪灾害防治县级非工程措施建设实施方案编制大纲》.
[5]《广东省三防指挥系统工程项目可行性研究报告》.