薛卫国 高艳丽 唐海杰
湖北省水文水资源应急监测中心 430079
摘要：本文根据在突发灾害中水文应急监测水位、雨量的使用要求，开展水位、雨量一体设备的研究，实现高精度、高集成、使用便捷的目标，并在各水文局水文应急演练进行多次实战，取得了良好的效果，具有广泛的应用场景。
关键词：水位 雨量应急监测 一体机 研究
引言：随着我国社会经济的发展，水污染问题越来越受到人们的重视，各种突发性水污染事故时有发生，对社会经济和生态环境造成较大的危害。突发性水污染事故具有发生的突然性、危害的严重性、形式的多样性和处置的难巨性等特点，因此加强水污染突发应急监测是环境保护工作中一项重要的工作。雨量应急监测一体机是在暴雨洪水发生的最短时间内对污染物的种类、浓度范围等进行监测，其结果直接影响有关部门对突发性环境事故危害程度的判断，为应急处置工作提供可靠、准确的参考信息。
一、应用背景
当前暴雨洪水、泥石流、堰塞湖、水污染等水事件突发、频发，需要迅速获得水文信息，为政府决策和公众服务提供支撑。在野外开展水文应急监测，移动通讯网络中断，交通不便，现场情况复杂，一套方便携带、性能稳定、快速部署、通讯传输可靠的水位、雨量应急监测设备很重要。
二、国内外研究概况、水平及趋势
目前国内常见的水位雨量一体机一般体积比较庞大，且材料笨重，携带搬运不方便，安装上面比较费时，无法实现便携移动；其次，站点设备都比较大型化，功能比较单一，集成度不高。
目前国内外传统一体机存在以下几方面的不足：
1、整体体机庞大。一体机的机箱和机架尺寸较大，且质量较重，在运输过程中较为复杂，若用人工搬运存在很大的难度。
2、安装较为复杂。一体机各部分功能组件比较分散，安装方式不统一，在实际组装的过程中比较复杂，导致安装不够快捷，比较费时。
3、集成度不高。常见的为单水位站或者单雨量站，监测对象比较单一，没有将各个元素有机的集合起来，没有整合资源，浪费严重，仅一套就可以实现水位雨量图像等多种类型监测，而实际用了多套设备才实现。
4、数据传输方式无冗余备份。一体机的数据传输仅仅使用了移动通信网络传输，若出现通信线路故障，则整个数据无法正常发送。
三、水位-雨量应急监测一体机的研究
（一）、项目总体目标
1、超低功耗设计
低功耗指标：设备整机功耗根据监测项目情况，电池供电控制在7-10天不间断工作。
电源供电：采用两块轻便锂电池的进行互换，避免现场充电，每块电池的容量保证7-10天不间断工作。
2、多要素传感器
可接多种要素的传感器，水位要素采集主要通过气泡式水位计完成，雨量要素采集主要压电式雨量计完成、图片要素采集主要通过串口摄像机完成。 以全网通地面移动通讯和北斗卫星通讯为主备通讯信道实现信息自动传输。
3、集成便携
重量控制：单件重量不大于20kg，在单件成品无法控制在20kg以内时，可以考虑增加一个单件。
轻便型控制：由于单件成品控制在20kg，最终产品需要选择铝合金，工程塑料等轻材质设计。
4、安装便捷
设备安装无需使用工具，手工即可完成。
设备可以灵活使用各种外围部件，支持灵活运用。
软件具备一定的智能，可以自动检测外围部件的在线和使用改状态。
一体机外观图
（二）、主要功能设计
1、数据采集要素：水位、雨量、图片，可根据现场实际使用情况自由组合。
2、数据上报：定时报+加报，定时报根据设定的固定时间间隔上传数据，加报报根据设定的加报阀值上传数据。两种上报方式的组合可以使数据上传更及时有效。
3、电源供电系统：采用太阳能电池板、充电控制器、锂电池的组合，构建一套可靠的电源供电系统，电源配置需要至少满足1个月连续阴雨天气设备正常工作。
4、数据传输方式：4G网络通讯和北斗卫星通讯形成主备两个通讯通道，保证数据的到报情况，即满足数据完整性要求。
5、防雷设计：从两方面进行防雷，一是设备外部设置避雷针，二是设备内部进行防雷设计，双重保护来降低雷击风险。
（三）结构设计
采用一体化设计，将雨量计、水位计、摄像头，太阳能电源系统（包括太阳能电池板、锂电池及太阳能充电控制器）、水文采集遥测终端（包括水位、雨量，图像采集分析和存储，数据传输）各个模块独立设计，并通过标准接口有机结合于一体，体积小巧，结构紧凑，达到便于携带和安装的目的。
（四）数据接收和展示
采用多层架构，模块化，可扩展、多配置的方式开发，最后以Windows系统服务程序部署在服务器，实现数据远传和现场展示。
四、结论
水文应急监测一体机产品的集成度高，功能齐全，携带方便、部署快捷，经过试运行检验，各项性能指标良好，运行稳定可靠，实现了恶劣条件下无人值守的全自动水雨情测报，大大减少了人力资源，具有广泛的应用前景。
参考文献：
[1]刘可新,梁犁丽,李匡,徐海卿,马岚.基于雨量测站应急机制的洪水预报方法[J].水利水电技术,2018,49(08):87-93.
[2]薛内川.水雨情应急监测一体化设备小型化设计与集成[J].四川水利,2017,38(05):17-21.
[3]刘兰芳,张鹃,林卓宏.SL3-1型雨量传感器故障的应急处理及标效[J].气象研究与应用,2014,35(02):88-90.