2018年生态环境综合监测系统设计项目解决方案
2018年生态环境综合监测系统设计项目
解决方案
目录
1 概述 (1)
1.1 项目背景及意义 (1)
1.2 项目内容及目标 (1)
1.2.1 项目内容 (1)
1.2.2 项目目标 (2)
1.3 开发原则 (2)
1.4 开发依据 (3)
2总体设计 (5)
3 山洪灾害监测预警系统 (7)
3.1 技术项目背景 (7)
3.2 系统总体架构 (9)
3.3 系统主要特点 (10)
3.3.1 无需土建的一体化雨量站 (10)
3.3.2 支持系统分步式建设 (11)
3.3.3 充分利用雨水情自动监测系统资源的自动灾情预警报系统 (11)
3.3.4 引入先进的宽带无线接入技术和产品拓宽通信网络，提出应急通
信解决方案 (19)
4 泥石流监测预警系统 (22)
4.1 技术项目背景 (22)
4.2 系统框架总体 (22)
4.3 无线传感网络法泥石流监测 (23)
4.4 部分观测仪器选择 (26)
5 滑坡监测预警子系统 (29)
5.1 技术背景 (29)
5.2 国内外地质灾害监测现状 (29)
5.3 无人值守的山体滑坡监测预警系统技术框架 (30)
5.4 地质灾害的安全监测 (32)
5.5 观测仪器选择 (33)
5.6 自动化采集系统 (36)
6 桥梁和隧道监测预警子系统 (40)
6.1 技术背景 (40)
6.2 监测方案 (41)
7 水质监测子系统 (44)
7.1 技术背景 (44)
7.2 系统框架 (45)
7.3 系统配置 (46)
8 土壤墒情监测系统 (47)
8.1 技术背景 (47)
8.2 系统框架 (47)
8.3 系统配置 (48)
9 气象监测系统 (49)
9.1 技术背景 (49)
9.2 系统框架 (49)
9.3 系统配置 (50)
9.4 现场安装图片 (51)
10 系统集成 (52)
10.1 功能介绍 (52)
10.2 系统开发平台 (54)
11 企业简介 (55)
11.1 企业介绍 (55)
11.2 企业文化 (56)
11.3 企业组织机构 (58)
11.4 企业人员构成 (58)
11.5 企业研究领域、主要业务 (59)
11.6 企业营业执照............................. 错误！未定义书签。
11.7 生产许可证............................... 错误！未定义书签。
11.8 ISO9001质量管理体系证书 ................. 错误！未定义书签。
11.9 专利证书................................. 错误！未定义书签。
11.10 双软认证认证............................ 错误！未定义书签。
11.11 其他资质证书............................ 错误！未定义书签。
1 概述
1.1 项目背景及意义
南水北调工程是把中国汉江流域丰盈的水资源抽调一部分送到华北和西北地区，从而改变中国南涝北旱和北方地区水资源严重短缺局面的重大战略性工程。工程效益和社会效益巨大，将促进中国南北经济、社会与人口、资源、环境的协调发展。工程分为西、中、东三条线路，目前，东线和中线基本全线贯通，已经开始供水，逐渐发挥工程效益。
南水北调工程，在中华民族崛起中发挥了不可替代的作用。但其渠道、管道、隧道等输水工程线路较长，总体上地跨长江流域、淮河流域、黄河流域和海河流域等四大流域，沿途既有平原，也有山区，因此，将不可避免的面临自然灾害的影响，并威胁南水北调工程本身安全。此外，沿线有很多工矿企业，排污口众多，在水量运送的过程中，水质将遭受到破坏，严重影响到南水北调工程效益的发挥。针对以上问题，开展面向自然灾害、水文水质等方面的监测预警，为保障南水北调工程安全及运行提供技术职称。
1.2 项目内容及目标
1.2.1 项目内容
通过信息采集、传输、处理、发布等多种功能和软硬件的集成，构建一套面向自然灾害、水文气象、水质等的自动监测预警系统。
1.2.2 项目目标
通过本系统平台的构建，将实现以下主要功能：
（1）灾害发生前，应实时动态监测设计风险要素的变化信息，实时把握山洪、泥石流、滑坡及桥梁隧道的基本信息。
（2）灾害发生时，通过监测，判断灾害发生前兆，并根据灾害事件级别，发布预警。通过监控报警系统在最快时间内确定灾害发生的地点、大小，及时采取救援措施减少因此带来的损失；处理；通知。
（3）实时监测工程调水的水质、水位、水量等信息，可及时掌握水情、水质、水量情况，为及时评估调水质量及调水效益提供支撑支持。
1.3 开发原则
（1）设备基础原则
接口故障不影响其他系统，故障自诊断和远程维护，防潮、防腐、耐湿、抗风、防雷，保证设备能在恶劣自然环境中全天候的执行监测预警任务。
（2）可靠性原则
设备具有备用电源，若以太阳能为基本电源，确保其可靠。对于其它设备，要充分考虑其可能面临的应急断电问题，包含安全型继电器。
（3）稳定性原则
保证系统运行时间较长，一般要求7*24小时不间断运行，主要设备达到工业级标准。
（4）安全性原则
保证数据安全，即具有完善的数据保密系统。应分别从硬件和软件防火墙
两个角度进行数据保密工作，防止受到攻击、窃取、恶意篡改等非法访问，同时提供数据自动备份功能，保护数据库本身的安全。
（5）可扩展性原则
本次开发的系统包括硬件和软件两大部分内容，不论是硬件还是软件平台，都应预留可扩展接口，以备和相关部门其他系统软件集成或共享。
（6）可维护性原则
系统性能较好，但本次开发的系统应具有可维护性，可进行设备运行状态监视、故障定位、故障智能识别及故障报警。
1.4 开发依据
（1）国家有关指导文本
《全国山洪灾害防治规划》
《中华人民共和国环境保护法》
《山洪灾害监测预警系统设计方案指导书》
《全国山洪灾害防治规划编制技术大纲》
《全国山洪灾害防治试点县实施方案编制大纲》
（2）有关规程规范和技术标准。
《水文调查规范》（SL196-97）
《降雨量观测规范》（SL21-2006）
《水文站网规划技术导则》（SL34-92）
《滑坡防治工程勘查规范》（DZ/T0218-2006）
《水利水电工程设计洪水计算规范》（SL44-2006）
《泥石流灾害防治工程勘查规范》（DZ/T0220-2006）
《崩塌、滑坡、泥石流监测规范》（DZ/T0221-2006）
《信号系统与异物侵限监控系统接口技术条件》运基信号〔2009〕719号
《CTCS-3级列控系统技术创新总体方案》（铁运〔2008〕73号）
《地面气象观测规范》（QX/T61-2007）
《中国数字强震动台网技术规程》
《信息技术软件生存周期过程》（GB/T8566-2007）
《微型计算机通用规范》（GB/T 9813-2000）
《土壤墒情监测规范》（SL 364-2006）
2 总体设计
针对目前南水北调工程可能面临的问题及需求，对本方案进行总体设计，总体功能分为四个主要组成部分，具体如下。
（1）工程安全保障。主要是针对工程沿线经过山前、穿越隧道等可能面临的自然灾害，构建一套面向自然灾害监测预警系统，主要包括山洪监测预警、泥石流监测预警、山体滑坡监测预警、桥梁及隧道结构监测预警子系统，为南水北调工程安全保障提供技术支持。
（2）工程功能保障。主要从保障南水北调工程预期功能实现的角度开展监测及预警，内容主要包括水位监测和水质监测。其中，水位是衡量水量的最基本指标，也涉及到抽水泵站两侧水头高低，是工程运行的基本保障条件；水质污染及恶化将影响到最终用户的用水问题，对工程预期功能的实现直接相关。
（3）工程效益及影响。主要通过实施在线检测水量、蒸发和土壤墒情等信息，动态评估工程效益发挥情况，如通过水量监测结果评估总体供水效益，通过土壤墒情监测，评估灌溉效益，蒸发监测评估蒸发损失等。
（4）系统集成。主要包括硬件集成和软件集成两个部分。将以上所有的监测预警子系统和对应的软件平台进行无缝集成，形成一套集信息采集、信息传输、信息接收及处理和灾情预警等功能于一体的平台系统，并为南水北调工程的安全、运行、后评估等提供技术支撑。本方案的逻辑框架图如下。
图2-1 方案逻辑框架图
3 山洪灾害监测预警系统
3.1 技术项目背景
我国是一个多山的国家，山丘区面积约占全国陆地面积的三分之二，东部季风性气候决定了我国大部分区域降雨在年内分布不均，汛期高度集中，以强降雨引发的山洪灾害发生最为频繁，危害很大。依据地形、地质不同，我国将山洪灾害分成东部季风区、青藏高寒区、西北干旱半干旱区三部分，其中以东部季风区影响最大。
山洪灾害的防治需坚持“以防为主，防治结合”、“以非工程措施为主，非工程措施与工程措施相结合”的原则。2006年10月，国务院批复了《全国山洪灾害防治规划》，要求“力争到2010年，在山洪灾害重点防治区初步建立以监测、通信、预报、预警等非工程措施为主并与工程措施相结合的防灾减灾体系，减少群死群伤事件和财产损失。”建设山洪灾害监测预警系统是及时规避风险，避免或减少山洪灾害导致的人员伤亡和财产损失的重要措施，是有效防御山洪灾害实施指挥决策和调度以及抢险救灾的保障，在山洪灾害防治中具有举足轻重的地位。
根据水利部山洪灾害监测预警系统设计方案编制工作组编制的《山洪灾害监测预警系统设计方案指导书》的要求，系统主要由水雨情监测系统和预警系统组成，其中预警系统又由信息汇集和查询子系统、预报决策子系统和预警子系统组成。为更好地发挥系统的防灾减灾作用，还需建立群测群防的组织体系。
图3-1 山洪灾害监测预警系统框架图
3.2 系统总体架构
根据水利部门针对系统建设的总体要求，我们依据自身多年从事水利行业自动化和信息化系统建设的经验，结合国内外在防汛减灾方面的先进经验和技术，提出了本技术设计。
山洪灾害监测预警系统由水雨情自动测报系统、预报决策系统和灾情人工和自动报警发布监控系统三部分组成，系统总体结构和主要特点介绍如下：
图3-2 灾情预警决策系统逻辑框架图
3.3 系统主要特点
3.3.1 无需土建的一体化雨量站
为安装雨水情监测站自动监测装置，必然存在测站站房的建设要求。为降低系统建设成本，提出可以直接安装在户外的一体化雨量站的方案，以适用于无
需或无法建设站房的雨水情监测站的应用。一体化雨量站将雨量计、测站RTU、通信设备、供电系统等集成在一个不锈钢的机壳内，可直接安装在户外。为此
用户仅需建设一个混凝土安装基座，通过3个地脚螺栓就可以即装即用。此方
法满足系统建设提出的经济实用、稳定可靠、容易实施、便于操作和推广的原则。
置于一体化雨量站机箱内的RTU以本预警系统和内置的水情测控程序为基础建立。测站功能设计完全符合《水文自动测报系统技术规范》（SL-61-2003）和《国家防汛抗旱指挥系统一期工程水情分中心初步设计指导书》
（NFCS-ICS-PD-01）的要求。
图3-3 一体化雨量计示意图
3.3.2 支持系统分步式建设
考虑到系统建设提出的“坚持因地制宜、突出重点的原则”要求，系统可根据各省（自治区、直辖市）自然条件、经济社会状况不同，山洪灾害的成因及特点、防灾设施、工作基础等也有差别，突出重点，可按轻重缓急要求，系统的结构划分支持水情自动测报系统和灾情报警系统分别建设的要求，确保系统可逐步完善。
本监测预警系统中的预报决策系统将通过与水利行业各主管单位或科研院所紧密合作的方式实现，并在水情信息接收和处理监控平台和灾情报警发布监控平台建设上保留可灵活设置的接口，以满足各种需求。
3.3.3 充分利用雨水情自动监测系统资源的自动灾情预警报系统
考虑到系统建设提出的“坚持以人为本，以保障人民群众生命安全为首要目标”的要求，凭借多年从事水利行业自动化和信息化工程的经验，根据国内小流域山洪灾害的局部特点、现状和防灾形势，根据当前防灾手段和通信环境落后的状况，因地制宜研发了“山洪灾害预警系统”，可大大增强预报预警信息传达到基层的及时性和可靠性，此技术方案已经在黑龙江伊春成功应用，并通过了验收。技术方案充分的利用了水情自动测报系统设备资源和通信网络，可以在灾情报警发布监控平台上将预报决策产生的灾情报警信息自动发布到相关广播设备，在本站或利用调频广播网将灾情预警、报警、警报解除等信息广播到各站点。在调频广播网覆盖范围内的各站点增设一台调频广播接收机而已。此方案可作为人工灾情报警的补充手段，提高了灾情下达的实时性、可靠性、监控性，也增加了系统建设的现代化技术含量。系统中心站采用的灾情人工和
自动报警发布监控平台，除了能够支持通过电话、电报、短信将灾情报警信息发送到相关防汛负责人或责任人外，还可以支持通过水情测报通信网、移动通信网、电话通信网及调频广播网直接控制语音播放机自动发布灾情预警、灾情报警和灾情解除等信息，并支持对自动信息发布装置工作状态的实时监控。
我们基于雨水情自动监测系统资源的灾情自动预警报警系统设计思想和成果作为发明创造。
图3-4 基于雨水情自动监测系统资源的设计思路
灾情自动预警报警系统是一个符合建设需求，在小流域灾情预警报警平台上发布预警报警指令，通过水雨情自动监测系统通信和测站监控设备资源或直接通过PSTN公用电话网实现自动化预警报警功能的综合性远程自动监控系统。其支持多种远程通信信道、采用先进远程控制技术、充分利用微型无线电广播网、支持多种类型语音报警功能。