由于全球环境破坏和温室效应越来越严重，全球很多地方都不同程度地出现了越来越严重的汛情，特别是近年，在我国，很多城市和地区都不同层度地遭受了极大的水灾，一些地方，一场大的降雨就可能造成很大的财产损失和人员伤亡。防洪防汛工作好坏已经越来越关系到国家财产和人民生命安全以否的重要保证，并日益受到管理部门的重视。但由于我国长期遗留下来的问题，在我国水情防汛防洪监测和测报重视程度不够，自动化程度还非常低，信息采集、集成和分享也难以实现，这种现状必然会造就我们在防洪防汛、泄洪排水方面的管理科学化、信息化层度不高，已经在根本不能适用越来越严峻的防汛防洪要求。

现状及需求分析
    通过对国内众多城市排水设施及防汛应急和灾情检测处理了解，以及水文部门、水库水文检测的调研，我们重点从城市排水、防汛检测、水文信息检测、管理、所采用的相关检测系统及所要达到的管理目标等方面入手分析，其现状如下：

    总体而言，国内各城市防汛检测及排水管理自动化、信息化程度整体水平较低，手段较为落后，灾情数据的采集绝大部分依靠人员观察；对城市防汛进行测报和监控已经成为众多城市、重要河流及城市灌区水文情况监控的迫切要求，是城市防汛安全调度、防洪泄流检测的重要保证手段；整个基于城市防汛的检测还未有较成熟的技术方案和实施案例，所检测的数据单一，传输方式单一，未能形成监控网络；水文检测测报系统和视频监控各自运行，信息难于共享，增加系统成本和降低其可靠性。

    根据目前城市及重要地点对防汛预报及处理的现状及需求，对城市重要地段（点）实现防汛无人执守及自动化测报已成为当前越来越迫切的需求，其系统需具备以下功能：
·可靠地实现对检测点水位高度自动检测；
·实时上传所检测到的关键部位水位数据及其变化数据到监控中心；
·根据需要在现场实施显示出水位检测点处的水位高度值，为现场防汛排水，灾情实报提供依据；
·通过无线或有线方式将信息传到控制中心；
·时刻注意检测位置的灾情水位变化情况，如果水位到了警戒线，有了险情，马上报警，特别是汛期的水位变化情况；
·提供历史数据分析水位变化情况和趋势，特别是统计分析汛期的城市水位变化情况；
·满足于野外地区的水位/测报需求；
·由于涉及野外远地水位的检测和测报，需要所采用的检测装置可靠性高、适用性强、使用简单、维护方便、维护量少或免维护。

解决方案
    基于上述现状和存在的实际问题，本文提出如下设计方案。[nextpage]

设计思想及目标
    本系统设计方案以实用性，准确性和可靠性为中心，采用本公司具有自主知识产权的水位检测电子尺，结合GPRS无线数据传输模块（也可以根据具体情况通过有线传输方式），构成一套完整的城市防汛水位检测及自动测报系统，通过对重要地段点的水位检测，可以掌握各重要点处水位情况和水位变化情况，从而正确指导防汛排水，为该城市重要地段点防汛及排水调度、水情安全调度、防汛抗洪、高效运行提供有力保障。

    本系统主要由四部分组成：水文水位检测电子尺、测控通信单元（包括 GPRS的数据无线传送模块）、现场汛情显示单元（可选）和监控中心汛情管理 及信息发布系统。其中，以水文水位检测电子尺和测控通信单元为防汛水情水位高度检测的关键设备。

    在符合现有城市防汛重点地段水位检测的发展方向和用户客观需求的基础上，充分利用现有的一些应用模式，结合客户的具体要求和自身的技术产品优势，实现如下目标：实现对检测段点处水位变化的自动实时检测和上报，可靠运行和最大限度的免维护，适应野外环境要求；实现检测段点水位检测的数据无线传输（同时也支持有线传输方式）和现场汛情水位信息发布，从而实现对城市重点地段点的水位变化情况及时掌握时监控；提供多汛情情况检测和变化情况分析，为防汛和泄洪提供决策；对关键地段点的信息，可以通过该网络和手机方式向公众发布城市汛情信息，从而合理计划和实施泄洪排水、人员疏散、交通疏散等。

设计原则和实现方法
准确性原则
    及时准确地检测水位状况是本系统的重要目标，而水位检测准确性的保证主要就体现在水位检测电子尺上。本系统所用水位检测电子尺依据介质介电参数检测原理，通过特定的信号转换电路，一方面对不同的介质（特别是水）检测具有高精度和高准确性，对水检测有很高的灵敏度和准确性，另一方面通过信息转换处理，可保证在传输过程中的数据准确性和抗干扰能力。

可靠性原则
    可靠性是系统得以持久应用的前提，在本系统中可靠性主要体现在电子尺在产品结构的可靠性，检测控制系统的可靠性和数据传输及通信的可靠性等方面。

    YCD系列电子尺的可靠性主要通过其可靠结构来保证，即感应探头在长时间的工作不会因腐蚀，结垢，堵塞等原因而出现不工作和误报，在本方案中， 感应头材料采用不锈钢，这就保证了感应头不会因为与其他金属接触而产生电化学反应而导致腐蚀。整个传感器电路采用高质量灌封胶被完全封住，外壳采用铝材通过阳极化处理。同时，由于采用的基于介电常数的测量原理，使得测量对探头结垢的影响很小。

    对检测系统部分，一方面，选择电路系统时，注意系统的抗干扰性；在元器件 选用上，按高级要求选用；另一方面，由于电子尺采用全球最低功耗的控制器作为主控制器，并根据应用情况采用“睡眠－唤醒－工作－睡眠”的方式保证整个系统的功耗最低，从而延长电源使用时间，特别适合供电困难的场合，也可采用蓄电池为主电源，充电电池作为预备电源系统，当主电源系统电源不能正常供电时，预备电源可启动并为系统提供供电并通过GPRS提供报警。[nextpage]

    对信号传输的可靠性，本水位电子尺系统采用总线方式进行数据传输， 传输路线上采用传输线路的屏蔽，从而保证整个传输通道的可靠性。

实用性原则
    实用性要求所提供的系统能满足用户的实际需要，由于本方案采用模块化设计，水位检测，数据传输及中控管理模块自成体系，经过一定的集成就可实现系统功能，用户可以根据自身要求自由组合，从而提供较强的系统适用性。

方案组成
    本方案依据上述设计目标，其整体系统包括：水位检测电子尺、测控通信单元（包括GPRS的数据无线传送模块）、现场水位显示LED单元（视现场需要可选），监控中心汛情管理及信息发布系统四个部分，其结构如图1。

    在本系统中，水位电子尺所检测到的水位数据一方面进入测控通信单元， 由现场水位显示LED显示（视其情况需要），另一方面通过GPRS数据发送模块实时地发送到监控中心，监控中心接收通过无线信道上报的数据并由专门的软件处理，形成实时的汛情水位信息，水情水位变化信息，汛情排洪及泄洪过程检测信息，水位变化历史信息及未来变化趋势等重要信息，从而达到对整个城市重点地段及其他场所的汛情完全监控和实时测报。保证城市重点部位和其他重要场所防汛工作的安全调度、防汛抗洪科学有效进行。

    在本方案中，通过以下关键产品和技术来保证上述功能的实现：
1.水位检测传感器（电子尺）。水位检测电子尺作为本系统主要的检用传感器提供了对水位高度的检测和检测数据上传测控通信单元，同时也接收测控通信单元下发的监控命令实现多电子尺的工作状态检测、参数设定、系统维护和故障诊断功能。根据这些数据可以计算出水位高度值。
2.测控通信单元。测控通信单元用于对电子尺的工作进行管理和控制。一方面，通过统一管理并接收下位多个电子尺单元计算出实际的水位高度值；并通过GPRS模块上发数据到监控中心；另一方面，可以在现场或通过 监控中心下发控制命令给下位电子尺单元，实现对电子尺工作状态的检测，参数设定、远程系统自动标定、系统维护和故障诊断功能。
3.现场水位显示LED单元。对于一些特定的重点部位，如城市下穿隧道，低洼地段等地，当有重大汛情发生时，可以通过安装在现场的LED显示单元实时显示出当前的水位高度数值，从而为现场相关人员，司机、排水人员、管理部门直接提供现场正确的判断依据。本系统采用高亮度LED显示屏直接显示其水位高度和一些管理指令，如一个下穿隧道的水位高于一定设定高度时，可在入口处通过该显示屏显示限制司机通过下穿隧道的命令。[nextpage]
4.通信方式。根据现场情况，本系统方案在电子尺与测控通信单元之间采用总线方式进行数据通信，测控通信单元与传感器信号传输通道采用隔离方式实现信号隔离。在测控通信单元与监控中心之间，本系统提供有线和无线传输方式，由于城市防汛重点部位范围大，一般情况下，采用GPRS 方式进行数据传输，本系统所采用的无线传输设备适用于布线困难（若野外 勘探、水文监测、基站监控、森林防火、车载/船载移动监控）等应用场所。
5.电源及安全保证。在电子尺端，可根据现场情况采用电缆供电、蓄电池供电或太阳能电池供电方式；在测控通信单元，可采用两组供电方式，一组由220V交流供电，另一组由24V 直流供电，两种供电互为备份，同时，蓄电池作为备用电池在紧急缺电情况下可为系统提供一定时间的电源。系统对传感器所供电源与系统电源通过安全栅实行电源隔离，以保证其系统可靠性。对于野外场所，本系统也提供太阳供电。
6.系统软件。软件设计上采用容错方式，对可能出现的系统错误设有对应的处理程序。在传感器端检测软件部分采用看门狗保证系统在跑飞情况下自动复位，从软件和硬件上保证系统对一些异常事件具有自诊断和处理的功能。

系统配置及功能
    按系统设计要求，其整个系统组成包括：水位检测电子尺及测控通信单元（包括GPRS的数据无线传送模块）、现场水位显示LED单元，监控中心汛情管理及信息发布系统四个部分。

水位检测 YCD 型电子尺
    对水文水位测报系统而言，对各检测点水位的准确地、实时地检测是水文测报系统的核心，只有及时获得正确的水文水位数据，才可以及时了解水库的水文情况，从而合理做出科学决策。在本设计方案中，我们采用“YCD-102/105型水位检测电子尺”作为水位检测的主要设备。该“水位检测电子尺”可以进行数据采集、处理、存储、发送及远程通信（见图2）。

测控通信单元
    与水位检测电子尺（YCD系列电子尺）配合使用，用于处理水位电子尺检测数据，实施对系统的命令控制、水位监测及数据通信功能。可以根据现场情况，选用不同的测控通信单元（见图3、图4）。

现场水位显示 LED 单元
    模块根据现场需要可选用标准的 LED显示屏，其参数指标可视使用情况自行选取确定。[nextpage]

监控中心管理软件
·监控中心管理软件系统主要实现如下功能：接收检测数据并显示/保存和信息发布；提供当前汛情水位情况和水位变化情况；提供对测控通信单元及电子尺单元的控制和远程诊断；
·提供对数据分析，统计和报表功能，对防汛排水业务管理功能；提供对汛情预测分析、决策支持功能； 软件系统采用组件技术、容错处理技术，支持C/S和B/C构架。其控制界面、菜单全为中文，用户可以非常迅速地熟悉操作软件的使用。

系统应用优势
·功能集成，充分利用网络资源：常规的解决方案，上述的功能利用多个系统来实现，造价高且以后的扩 充和升级不方便。本方案利用现代计算机网络技术的先进性，将多个功能集成起来，不仅充分利用了网络高速准确的优点，同时也容易将各种服务需求集成于Intranet，体现了先进性和经济性；
·水位检测方式适用，技术先进：水位检测电子尺直接实时检测水位的高度值，所采用技术先进，保证了检测 单元高的准确性、可靠性和对现场的适应性。系统安装方便，易维护，使用简单。特别是本系统所采用的水位检测电子尺，检测数据不受泥沙及水的流速的影响；
·水位数据和视频同平台无线传输：水库水位检测和视频监控对水库的安全调度和管理都扮演了重要的角色，针 对这种需求，本解决方案提供了无线传输两种检测和监控信息的无线通信平台；
·系统结构灵活：提供无线数据传输方式，同时也保留了有线通信接口，可以组成点对点的监控系统，又可以组成一个中心对各站点的系统；满足多个用户的需要，可以组成多级检测系统；
·可扩容性强：采用模块化设计，能够平滑实现端局扩容、中心扩容和分控台扩容。无论单级扩容或多级扩容都可以充分利用前期资源，降低扩容投入成本；
·易操作性：控制界面、菜单全为中文，用户可以非常迅速地熟悉操作软件的使用；
·自主开发：系统的核心硬件设备和软件均采用具有拥有自主开发能力的本公司提供的产品， 能够及时提供良好的售后服务，响应用户的特殊需求，针对用户的要求进行功能方面的量身定做。