数字航道建设中的水位遥测终端系统集成实践

刘少华，肖卫

（湖北一方科技发展有限责任公司，湖北 武汉 430000）

数字航道建设中的水位遥测终端系统集成实践

刘少华，肖卫

（湖北一方科技发展有限责任公司，湖北 武汉 430000）

数字航道建设中，水位信息是不可或缺的一部分。以长江干线主航道的典型航段为例，对数字航道建设中的水位遥测终端系统，进行了集成实践总结；阐述了遥测终端系统的建设目标、系统设计、配套集成、站点布设；介绍了建设实施方案以及质量、安全管理等；对系统试运行、枯水期维护和常年运行维护进行了总结。涵盖了水位站遥测终端系统集成从终端设计、集成设计到系统工程建设实施、试运行及后期维护的全过程。

数字航道；水位遥测；终端系统；集成

为提高长江航道的通航能力、提高长江航道管理、服务效能，长江干线实施全河段的数字航道建设，水位遥测终端系统是其数字航道建设的一部分。航道部门决定建设水位遥测终端系统，其中，长江干线大埠街至上巢湖段的水位遥测终端系统及其配套设备设施建设是其中的典型河段。其建设内容及目标为46个航道遥测水位站（水位遥测终端所在）的设备设施建设与集成。最终达成46个航道水位遥测站至数据接收中心（航道动态监测平台）的水位自动监测及其信息联通，实现水位信息的自动采集、存储及传输功能，为航道部门随时提供水位信息。

1 水位遥测终端集成设计

1.1 系统功能设计

水位自动采集：当航道沿线某水位站的水位值或水位值变化幅度超过一定范围时或达到预设时间间隔时，系统可自动采集、存储水位数据，并将水位实时值、测站站号、时间、电池电压等参数发送到航道动态监测平台。主要功能包括：

（1）应答查询：终端系统能够响应航道动态监测平台的即时查询指令；

（2）人工置数：可采用人工置入方式将水位观测值数据置入终端系统并发送；

（3）自动校时：通过接收“航道动态监测平台”的指令自动校时；

（4）自维护功能：定时工况报告、低电压报警、掉电保护以及自动复位等能力。

1.2 遥测终端设计

水位采集单元（水位计）：通过感应元件获得水位对应的感应信息（压力或者电磁波、红外线等），信息传输给中央控制单元，主要构造设计如下：

（1）中央控制单元：中央控制单元是终端的核心单元，其根据对应的推算机理将感应信息数值换算成水位数值、控制水位数据发送和存储；中央控制单元还将根据遥传或者本地控制指令配置终端参数、执行相关操作等。

（2）通信单元：通过有线、无线方式向“航道动态监测平台”发送水位数据或接受操作指令等。

（3）存储单元：根据中央控制单元的指令，存储、删除、导出水位数据。

（4）供电单元：为终端提供电力，可采用常规市电方式供电、太阳能供电、蓄电池供电，或前述所列组合方式供电。

遥测终端构成如图1：

图1 遥测终端构成

1.3 终端集成主要设备（水位计）选型设计

选用了两种型号的水位计，一种是气泡压力式水位计，一种是雷达水位计。

（1）气泡压力式水位计将压力传感器的感压口置于吹气的管腔内，压力传感器直接感应到出气口的静水压力值，即可换算出该测点位置对应的水位。

（2）雷达水位计采用发射—反射—接收（一个电磁波运行周期）的工作模式，雷达水位计发射出电磁波，经水面反射后，再被接收。电磁波从发射到接收的时间与到液面的距离成正比，雷达水位计记录电磁波这个运行周期时间，即可换算出测点位置对应的水位。

1.4 避雷设计

雷电对测站电气设备的影响，主要由直击雷、传导雷、感应雷、开关过电压等四方面造成。综合运用分流、屏蔽、均压、接地和过电压保护等各项技术，构成一个完整的防护体系，以取得最佳的防雷效果。

（1）站房外部直接雷击防护:在站房顶部安装避雷针与接地地网，使站房、太阳能电池板均在避雷保护范围内。避雷针、接地引下线、接地网与设备接地点相互连接，接地电阻宜小于10Ω。站房外壳与避雷针采用绝缘连接。

（2）站房内部雷电过电压防护:站房内部设备，利用设备外部金属机壳进行等电位连接以使得设备和四周物体保持等电位，并进行接地处理保护；在水位计输出端与水位遥测遥报终端数据输入口间安装信号避雷器，并且水位信号线屏蔽层与所连接设备接地线相连；采用有线方式传输数据的信号线，用镀锌钢管护套后埋入地下敷设。

1.5 系统信息流程

水位采集单元（水位计）通过传感器采集到的感应变化信息传输到中央控制单元；中央控制单元根据感应信息数值换算出水位数值，按照设定的规则将水位数据发送到通信单元和储存单元；存储单元储存数据、通信单元发送数据；终端通信服务器接收数据；终端通信服务器处理数据传输给航道动态监测平台。

1.6 宏观技术要求

所建水位遥测终端系统技术要求如下：

①遵循长江航道信息采集与服务数据交换标准；②实现多种通信模式的自适应和自动切换；③具备抗网络干扰能力，在休眠时能被迅速唤醒以及实时发出报警信息；④防尘防水性能达到IP66等级；⑤环境条件：温度范围-20℃～60℃，工作湿度：0～95%（40℃）。

2 水位遥测系统集成设计

2.1 水位遥测站点布设

长江航道局组织开展了“长江航道自动水位监测站布设和水流实时模拟技术应用研究”，对长江干线宜宾至浏河口河段水面线的沿程特点，航道自然特性及航道动态监测平台水位实时测报的需求进行了深入研究，得出了水位监测站点布局方案，并依据方案确定了46个水位遥测站点位置。

2.2 水位测验设施

水位测验设施是配合遥测终端的不可或缺的部分。包括观测水尺、水准点、观测道路等。依照有关规范结合布置点实际条件和环境，确定了水准点等级和种类；确定观测水尺种类和建设方案并配套建设相应的观测道路；确定工程项目46套水位站仪器分别安设在钢制仪器柜、砖混仪器房、双杆一体化仪器平台等三种空间里。

2.3 遥测站系统集成

结合长江干线航道大埠街至上巢湖段水位监测站点选址的实际踏勘情况，汇总得出该主航段的水位遥测站点集成情况：①仪器房方面，砖混结构仪器房共37个；钢制一体化仪器柜8个，双杆一体化仪器平台1个。②共敷设气管2820m，建观测道路1850m。③水尺和水准点方面，除武汉水位监测站外，其他水位监测站都需建设，共45组水尺和45套水准点引测。④雷达安装支架1副。⑤水位站避雷地网共建39套。并以此为基础，分别制定了建设清单。其中的一个遥测站组成示意图如图2：其中站房内放置遥测终端系统，其配置见表1。

3 工程实施

3.1 工程建设内容细化

经过施工踏勘，本工程建设内容最终确定为41个水位遥测站系统集成，含：①普通仪器房设计、施工，室内仪器柜设计、加工，房顶太阳能安装支架设计、加工；②雷达水位计支架设计与加工；③设备的采购、生产、集成与调试；④气泡压力水位计气管敷设；⑤观测水尺建设及零点高程测量；⑥观测道路施工；⑦水准点建设与引测；⑧设备安装调试；需要的设备种类数量制作成详细清单。

3.2 施工组织与进度计划

为确保工程建设顺利实施，成立了项目组织机构。项目组织机构由领导小组、项目经理，和各职能部门(安全部、财务部、综合部、工程部、质检部、技术支持部等）组成，并明确了各部门的职责和分工。

同时安排了各对应部门的负责管理人员和技术施工组成人员。明确了技术人员和施工人员的职责，并根据现场多、线路长的特点分成了若干施工小组，各司其职并相互协作。

拟定了施工进度图。分别确定了施工准备期；土建及其水准点测量期；设备生产、采购、测试期；设备包装运输及交付时点；遥测系统设备安装时间；系统集成及其测试期；技术培训时间；试运行时间节点；项目验收移交时间节点。锁定关键期，严控时间节点。

3.3 工程总体实施方案

根据建设内容确定了主要实施方案，包括主要测验设备设施的建设实施和专项建筑建设。

主要测验设备设施涵盖：①水准点建设及引测；②观测道路；③观测水尺；④气泡式水位气管敷设；⑤雷达水位计安装支架；⑥水位遥测站点仪器房；⑦遥测站点设备集成；⑧设备运输；⑨设备安装调试及测试。对应地分别确定了地点、长度、材料、工艺、布设、等级、型式等。

我们将结合长三角一体化发展上升为国家战略等新形势新要求，进一步加强系统谋划，坚持把加快建设现代化综合交通运输体系作为推进交通强省建设、打造交通强国先行区的核心任务和关键举措，着力构建“八大体系”，即高质量的综合交通网络体系、高效率的货运服务体系、高品质的客运服务体系、高水平的绿色交通体系、高标准的平安交通体系、高科技的智慧交通体系、高层次的创新发展体系、高效能的交通治理体系。我们将强化担当意识，勇于解放思想，敢于攻坚克难，弘扬奋斗精神，以时不我待的紧迫感，努力完成好“最迫切”的任务，书写好“强富美高”新江苏建设的交通篇章。□

专项建筑建设涵盖：①遥测站房的建设和装饰；②避雷接地系统。确定了建筑的结构、安全等级、使用年限、抗震烈度，防水等级等，依据上述要求完成施工，同时按照规格予以装饰。

对部分分项制定了施工方法。主要有：施工测量、基础施工、土方开挖、基坑验槽、垫层施工、钢筋工程施工、模版工程施工、砼工程、脚手架工程、砌筑工程、门窗制安工程。

3.4 工程质量保证

质量保证体系：在工程实施过程中，严格按照iso9001质量管理体系予以进行，做到施工全过程管，全员管、全面管。以“科学管理、质量至上、持续改进、优质服务”为质量方针；以单位工程合格率100%，单位工程优良率96%以上为质量目标，力争顾客满意度达到100%；参与各项质量管理活动的人员100%执行公司管理体系文件的规定。坚决实行质量一票否决制，确保本工程建设质量达标。

组织措施：成立质量领导小组，技术负责人为组长，部门负责人为副组长，施工组长、专业施工队长为成员，对工程施工的全过程实施有效的监督和控制、制定具体的质量控制程序和办法。

保证措施：一质量承包负责制度；二技术交底制度；三材料进场检验制度；四施工挂牌制度；五过程三检制度；六质量否决制度；七成品保护制度；八质量文件记录制度；九工程质量等级评定、核定制度；十竣工服务承诺制度；十一培训上岗制度；十二工程质量事故报告及调查制度。

检验措施：①设备出厂及现场开箱检验；②应用软件测试检验；③土建施工检验；④设备安装调试检验；⑤系统试运行检验。

3.5 施工安全保障

应用的法律法规和技术安全标准：依据本工程特点制定安全和文明施工措施引据的法律法规有：《水利工程建设安全生产管理规定》；《中华人民共和国道路交通安全法》；《中华人民共和国安全生产法》；《中华人民共和国消防法》；《中华人民共和国劳动法》。引用标准有《水运工程施工安全防护技术规范》（JTS 205-1-2008）；《安全标志及其使用导则》（GB2894—2008）；《水利水电工程施工通用安全技术规程》（SL398—2007）；《水利水电工程金属结构与机电设备安装安全技术规程》（SL400—2007）等。

施工安全措施：设安全生产小组，由现场项目负责人兼任安全小组组长，由持证安全员独立行使安全检查、监督指责，并负责对现场施工人员的安全意识宣传。制定现场施工安全细则，加强安全管理，做好事故防范措施。严格按照国家相关的安全施工管理办法，结合实际加以细化，形成了可执行的文件。

劳动保护：定期向所有现场施工人员发放安全劳动保护用品，以及特殊工种作业人员的劳动保护津贴和营养补助等；按《中华人民共和国劳动法》的有关规定安排现场作业人员的劳动和休息时间。

伤病防治：对作业环境进行卫生清理，采取卫生措施，做好病源和疫情监测，一旦发现疫情，应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，搞好安全防护并制定了安全和自然灾害等的应急救援预案，有施工环境保护措施，注重文明施工等。

4 工程试运行及其维护

4.1 试运行

鉴于建设站点分布于长江沿线，在多方的配合下，分步实施了试运行，主要是检验数据的发送接收等各项功能是否满足设计要求，经过试运行发现一些问题并加以解决。

4.2 低水期维护

由于建设时间跨度长、距离长、站点分散，有些站点建设时，没有抢抓到低水期，或者施工时水位已经相对较高，必然导致有些站点的水位计气管管口在低水期时候可能露出水面、或者低水水尺设置数量不够等等情况。因此，在2017年的低水期时候，根据水位预报情况，在可预见的最低水位时期开展了核查工作，检查站房、水尺、气管、道路、水准点等基本观测设施设备，对发现的问题进行及时修改维护，保证了遥测系统的正常运行。

4.3 系统运行维护

经过以上运行过程，结合过去项目的经验，对该遥测系统运行维护提出如下建议：

遥测站运行管理:加强维护管理工作，保证系统功能正常发挥，确保所测报水位准确，包括人工读数比测、定期巡查维护、配备常规备品备件。

设施设备安全看管：加强水位遥测站安全保护，有条件的站点进行委托专人看管，无人看管的站点定期进行安全巡查。

水准点校准：考虑沉降问题，水准点需定期进行校核。

水尺清淤与维护：定期对水尺进行清洁，达到刻度清晰，数字清楚。汛期后，对水尺根部进行清淤，使水尺底部刻度显露，并更换损毁水尺。

[1]《GB/T 50138-2010水位观测标准》；

[2]《SL61-2003水文自动测报系统技术规范》；

[3]《SL197—1997水利水电工程测量规范》；

[4]《SL 276-2002水文基础设施建设及技术装备标准》；

[5]《GB7450-87电子设备雷击导则》。

U612

A

1006—7973（2017）10-0041-03

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