雨量传感器故障_雨量传感器的城市防汛精细化监测和预警

时间：2019-04-04 03:22:28　来源：雅意学习网本文已影响人

　　近年来极端降雨天气时常发生，城市防汛形势十分严峻且严重威胁着城市运行安全。针对目前城市防汛监测和预警中存在的数据现势性差、准确性低的问题，面向精细化管理工作的需要，急需发挥传感器与3G传输手段的技术优势来解决雨量的实时监测问题。本文以北京市西城区为例，探索通过在城市低洼平房院落或者长期积水点设置雨量传感器，建设由若干个监测点组成的智能雨情监测网络，并通过无线网络实时传输降雨量数据，摆脱了当前城市防汛监测和预警中对于气象数据的过分依赖，同时提高了监测的针对性和精确性。在此基础上研发城市雨情监测和预警系统，实现了城市雨情的丰富展现、图形空间分析、预警预报等功能，为城市防汛精细化管理提供可靠、准确的实时雨情信息支持。系统应用运行表明其具有较强的鲁棒性和稳定性，满足了城市防汛管理工作的需求。
　　一、前言
　　对于雨情的监测和预警，目前普遍采用的方式是通过从城市气象部门获取降雨量信息进行的。许多城市也都建立起防汛监测系统，并结合3S（GPS、GIS、RS）空间统计分析手段，以及历史信息情况综合得到监测和预警的结果，但效果并不十分理想。目前的主要问题是监测数据本身现势性以及准确性都不足以满足当前监测和预警的需求。以北京为例，市气象局以城区大约间隔5公里、郊区10-15公里的建设原则，建成了由177个自动气象站组成的动站网，覆盖北京市全地域。虽然说在宏观上已经满足了日常业务需要，但对于市区内部的监测预警来说，5公里的间隔就显得太大了。如西城区60余平方公里的地区也就2-3个监测点，这样的数据精度对于精细化的监测和预警都是不够用的。
　　二、概述
　　在城市低洼平房院落或者长期积水点，建设由若干个雨量传感器组成的自主雨量监测网络，并通过无线网络实时传输降雨量数据。在此基础上建立起城市防汛监测与预警平台，实现实时降雨量信息的浏览，历史降雨量信息查询统计，在雨量达到一定级别（例如中雨以上）时，结合气象部门的降雨量预报信息，通过短信平台自动向相关人员发送雨情预警信息，为城市防汛及应急工作提供及时可靠的降雨量信息支持，具体如图1所示。
　　三、自主雨情监测网的建设
　　（一）雨量传感器
　　雨量传感器是雨情数据源监测的基本工具，由两部分组成：雨量测量装置和数据发送装置，具体如图2所示。雨量测量装置称为雨量计或者测雨计，是能自动连续记录降雨量的仪器，目前主要有虹吸式、称重式、翻斗式等几种。而数据传输装置主要是利用安装有手机卡的DTU（数据传输单元），通过以手机接入移动网络(3G网络或GPRS网络) 的形式把雨量测量装置获取的雨量数据以一定的时间隔（不降雨时一般以小时为间隔单位，降雨时则以分钟为单位）发送到指定IP地址的服务器上。
　　本文的自主雨情监测网采用了3G和物联网相关技术用于雨量信息的收集、传输、雨量计设备的运行状态实时监测等，真正实现了无人值守的物物相连、信息互通，具有物联网基本概念，属于物联网基本应用之一。
　　（二）监测点布控原则
　　监测点布控涉及的因素很多，对监测的准确性有着很大影响，可因地制宜进行综合考虑。西城区开展雨量布控建设主要遵循以下几点原则：
　　⑴总体设计原则：首先根据以往掌握的情况，如低洼区，积水点等，考虑监测区域的总体情况，确定部署监测点的总个数，此时应该以地形图为参考，比例以1∶500或1∶1000为宜。
　　⑵分级分层原则：确定了总个数后，要进行分级分层，一般以街道、社区为分级分层标志，尽量要布满上级层次，下级层次以后还可以继续细化，体现可扩充性。
　　⑶地理布局原则：参考城市中的街巷、院落、空地等自然地理布局进行布控，并选在高处（屋顶，楼顶），防止树叶等物遮挡。
　　⑷方便管理原则：为方便实施管理，应该尽量选择有人值守的单位或位置布设监测点，也避免发生危险。
　　⑸负载均衡原则：采用电源供电的雨量传感器，发送数据的间隔时间可以设置短些；采用电池供电的雨量传感器，发送数据的间隔尽量长些。
　　⑹相对稳定原则：布控结束后，不同层次的监测点最好少调整，同一层次的监测点可无限制。
　　（三）西城区布设情况
　　应用上述原则，北京市西城区已在15个街道（保证每个街道至少有一个监测点），选择城低洼平房院落或者长期积水点附近进行雨情监测点布控。
　　四、雨情监测和预警系统的建立和应用
　　（一）系统结构
　　基于WEB的数据处理日益成为信息化的中心环节，数据库的灵活性、安全性和可拓展性成为数据处理技术的焦点。应用系统的不断扩充和新功能的不断增加，基于传统的二层数据处理结构的系统拓展性、维护成本、数据安全性和应用间通信功能障碍等原生性问题的存在，已不能适应目前的需要。因此，西城区雨情监测和预警系统采用分布式三层体系结构，包括数据层（Data Layer）、业务逻辑层（Business Logic Layer）和表现层（Presentation Layer），并由三大技术进行支持（雨量传感器技术、无线传输技术以及空间决策支持技术），其总体结构具体如图3所示。
　　1.数据层为最底层，包含了雨情监测和预警所需的所有数据资源，包括城市基础信息数据、防汛设施数据、雨量监测数据、预警预案数据等。另外，与数据有关的安全、完整性控制、数据的一致性、并发操作等也都在数据层完成。
　　2.业务逻辑层对应应用服务系统，所有的应用逻辑、控制都在这一层，系统的复杂性也主要体现在这里。本层包含了系统的核心功能：数据接收，基础GIS功能，历史数据管理，统计分析，实时雨情监测，预警分析，系统维护等服务和操作。
　　3.表现层也称用户层，主要指系统的用户界面，它要求尽可能的简单，使最终用户不需要进行任何培训就能方便地访问各种雨情信息并进行相应反馈。通过将表现层与业务逻辑分离处理，使用户界面与应用逻辑位于不同的平台上，两者之间的通信协议由系统自行定义。通过这样的结构设计，使得业务逻辑被所有用户共享。

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