CN203337216U - 水位监控预警系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种水位监控预警系统，包括用于提供电力供应的供电装置、用于感知水位信息的传感器装置、以及分别与所述供电装置、传感器装置相连接，用于依据水位信息监测所述传感器装置是否发生故障并确定是否报警以及确定水位测量值和水位预测值的处理装置。本实用新型可实现对水位信息的实时感知、预测及风险报警，可靠性和实时性高、预测性强。

Description

水位监控预警系统

技术领域

本实用新型涉及水位监控技术，具体涉及一种水位监控预警系统。

背景技术

现阶段为防止水灾的发生，采用水位监控系统监测水位；惯用的水位监控系统中经常使用采集设备采集水位信息，并利用显示设备显示所采集到的水位信息，之后人为读取所显示的水位信息并判断是否发生异常。现有水位监控系统的采集和显示精度较高，足够应付地下水、河道水等常规水位监控。

但是，现有水位监控系统需要人为参与，实时性较差，人力成本较高；尤其是对于城市内涝、河流泛滥等突发情况的水位监控，若实时性不强可能会令国家产生巨大损失。因此，迫切需要一种实时性强、具有预测功能和报警功能的水位监控系统。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提供一种水位监控预警系统，设备可靠性和实时性高、预测性强、可实现报警。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

本实用新型提供了一种水位监控预警系统，所述系统包括：

提供电力供应的供电装置；

感知水位信息的传感器装置；

依据水位信息监测所述传感器装置是否发生故障并确定是否报警、以及确定水位测量值和水位预测值的处理装置；

所述处理装置分别与所述供电装置、传感器装置连接。

上述方案中，所述传感器装置包括：用于感知水位信息的浮力式传感器和压力式传感器；

所述浮力式传感器、压力式传感器，分别与所述处理装置连接。

上述方案中，所述供电装置还包括：

将太阳能转换为电能传输至蓄电池组存储的太阳能电池板；

存储所述电能的蓄电池组；

控制所述太阳能电池板将已转换的电能传输到所述蓄电池组存储，并将电能进行稳压后输出至所述处理装置的太阳能控制器；

所述太阳能控制器，分别与所述太阳能电池板、蓄电池组连接。

上述方案中，所述处理装置包括：

触发所述监测及预测器的控制器；

接收所述控制器的触发，依据水位信息监测所述浮力式传感器与所述压力式传感器是否发生故障并确定是否报警以及确定水位测量值和水位预测值的监测及预测器；

所述控制器与所述太阳能控制器连接；所述监测及预测器分别与所述浮力式传感器、压力式传感器连接。

上述方案中，所述处理装置还包括：存储包括有所述水位信息、水位测量值和水位预测值的水位相关信息的存储器；所述存储器分别与所述控制器、所述监测及预测器连接。

上述方案中，所述传感器装置还包括：用于感知现场温度的温度传感器和用于感知现场湿度的湿度传感器。

上述方案中，所述处理装置还包括：采集现场及其周边的环境情况的视频采集器和对现场及其周边的环境情况进行视频压缩处理的视频压缩器；所述视频采集器与所述控制器连接；所述视频压缩器与所述视频采集器连接。

上述方案中，所述处理装置还包括用于接收到所述监测及预测器的触发产生报警的本地报警器。

上述方案中，所述处理装置还包括：将水位相关信息、感知到的现场温度和湿度以及经视频压缩处理后的视频图像传输至监控中心的传输单元；所述传输单元分别与所述监测及预测器、存储器、视频压缩器、温度传感器和湿度传感器连接。

上述方案中，所述传输单元采用的数据包传输格式包括：头信息、校验信息、信息类型、信息长度、信息体和结束标志。

本实用新型提供的水位监控预警系统，包括有供电装置、传感器装置和处理装置；所述供电装置和传感器装置分别用于提供电力供应、感知水位信息；所述处理装置分别与供电装置、传感器装置相连接，用于依据水位信息，监测传感器装置是否发生故障确定是否报警，以及确定水位测量值和水位预测值。本实用新型采用太阳能供电方式可实现野外作业；同时，本实用新型可以实现对水位信息的实时感知，可靠性和实时性强；还可以实现对水位信息的预测及风险报警等功能。

附图说明

图1为本实用新型水位监控预警系统的组成结构示意图。

具体实施方式

本实用新型提供的水位监控预警系统可放置于城市立交桥底部、河道、水库等现场，需要与监控中心连接并配合使用；在本实用新型中，对放置于城市立交桥底部的水位监控预警系统进行说明。

本实用新型提供一种水位监控预警系统，如图1所示，所述系统包括：供电装置11、传感器装置12和处理装置13；其中，

所述供电装置11，用于提供电力供应；

所述传感器装置12，用于感知水位信息；

所述处理装置13，用于依据水位信息监测所述传感器装置12是否发生故障并确定是否报警、以及确定水位测量值和预测值；

所述处理装置13，分别与所述供电装置11、传感器装置12相连接。

进一步的，所述供电装置11包括：太阳能电池板111、蓄电池组112和太阳能控制器113；其中，

所述太阳能电池板111，用于将太阳能转换为电能，并传输至蓄电池组112；

所述蓄电池组112，用于存储所述电能；

所述太阳能控制器113，用于控制所述太阳能电池板111将已转换的电能传输到所述蓄电池组112存储，并将电能进行稳压后输出至所述处理装置13；

所述太阳能控制器113，分别与所述太阳能电池板111、蓄电池组112相连接。

所述传感器装置12，在实际应用中就是一个或多个传感器；所述传感器可以包括多种类型的传感器，如：压力式传感器、浮力式传感器、温度传感器、湿度传感器等等。

为防止因传感器装置的损坏而不能及时对城市内涝等突发情况的水位进行实时监测，在本实用新型中采用两种类型的传感器用于感知水位信息；也就是说，所述传感器装置12包括浮力式传感器121和压力式传感器122，分别与所述处理装置12相连接；其中，所述浮力式传感器121运用浮力原理感知水位信息；所述压力式传感器122运用压力原理感知水位信息。

所述处理装置13包括控制器131、监测及预测器132、本地报警器133、存储器134和传输单元136；其中，

所述控制器131，与所述太阳能控制器113相连接；用于触发所述监测及预测器132和存储器134中相应的器件；

所述监测及预测器132，分别与所述浮力式传感器121、压力式传感器122控制器131、传输单元136和本地报警器133相连接，用于接收所述控制器131的触发，依据水位信息监测所述浮力式传感器121与所述压力式传感器122是否发生故障并确定水位测量值以及水位预测值；

这里，采用多步预测技术来预测所述水位预测值；当所述监测及预测器132监测到所述浮力式传感器121和/或所述压力式传感器122发生故障时，触发所述本地报警器133产生设备故障告警，以提示监控管理人员监测现场的设备出现故障。

所述存储器134，与所述监测及预测器132相连接，用于存储所述水位信息、水位测量值和水位预测值等水位相关信息。

所述传输单元136，分别与所述监测及预测器132、存储器134相连接，将所述水位信息、水位测量值和水位预测值等水位相关信息传输至监控中心；

这里，所述传输单元136采用的数据包传输格式为：头信息、校验信息、信息类型、信息长度、信息体和结束标志；所述头信息可标识当前的信息体来源于设置于哪个城市哪个立交桥底下的水位监控预测系统；所述信息类型包括：测量信息、现场环境信息、传感器故障信息和视频信息等。

进一步的，所述传感器装置12还包括：温度传感器123和湿度传感器124，分别用于感知现场的温度和湿度；所述温度传感器123、湿度传感器124分别与所述存储器134、传输单元136连接；传输单元136将感知的现场温度和湿度传输至监控中心，以方便监控管理人员了解现场实际情况；所述存储器134存储现场的温度和湿度。

所述处理装置13还包括：视频采集器135和视频压缩器137；所述视频采集器用于采集现场及其周边的环境情况，与所述控制器131连接；所述视频压缩器137对现场及其周边的环境情况进行视频压缩处理，与所述视频采集器135、传输单元136相连接；所述传输单元136将经压缩后的视频图像传输至监控中心，以方便监控管理人员查看水灾现场的实际情况；所述存储器134对现场视频图像进行存储。

需要说明的是，在所述处理装置13包括的监测及预测器132和视频压缩器137等器件在通讯传输系统无故障出现时，所述传输单元136实时传输所述水位相关信息和所述现场视频图像等信息至传输中心；所述存储器134滚动存储现场的湿度和温度、水位信息、水位测量值和水位预测值等水位相关信息；在通讯传输系统出现故障如通讯中断，并恢复至正常时，通过所述传输单元136将所述存储器134存储的信息传输至监控中心；这里，所述滚动存储可以为：存储器134仅存储预设时间内如当前24小时内的水位相关信息，也就是说，用当前24小时内的水位相关信息覆盖掉上一个24小时内的水位相关信息。

下面将水位高度作为水位信息、水位预测高度作为水位预测值、所述水位监控预警系统每五分钟进行一次对水位的监控(控制器131的触发周期为五分钟)为例，对本实用新型的工作原理做详细说明。

所述控制器131进行触发周期的触发，在当前触发周期，所述浮力式传感器121感知到水位高度A、压力式传感器122感知到水位高度A’；所述浮力式传感器121、压力式传感器122传输所述水位高度A和A’至所述监测及预测器132；接收到所述控制器131的触发，所述监测及预测器132开始对所述浮力式传感器121与所述压力式传感器122是否发生故障进行监测；所述监测及预测器132确定所述水位高度A与水位高度A’两者之差的绝对值C小于预先设置的水位阈值时，所述浮力式传感器121、压力式传感器122均为正常，无故障出现；

确定所述水位高度A与水位高度A’两者之差的绝对值C大于等于所述水位阈值时，读取所述存储器134中存储的上一个触发周期的水位测量值K₀’，并计算所述水位测量值K₀’与水位高度A之差的绝对值作为第一绝对误差，计算所述水位测量值K₀’与水位高度A’之差的绝对值作为第二绝对误差；

当所述第一绝对误差和第二绝对误差均小于等于所述水位阈值时，确定所述传感器装置12出现的故障位于预先设置的可容忍故障范围内，为可容忍的故障，不会对整个技术方案的实施产生影响，并触发所述本地报警器133产生报警；

当所述第一绝对误差与第二绝对误差均大于所述水位阈值时，确定所述传感器装置12出现的故障位于预先设置的不可容忍故障范围内，为不可容忍的故障，触发所述本地报警器133产生报警；

当所述第一绝对误差与第二绝对误差中只有一个值大于所述水位阈值，如第一绝对误差大于所述水位阈值，第二绝对误差小于所述水位阈值，则确定所述浮力式传感器121出现的故障为不可容忍的故障，所述压力式传感器122出现的故障为可容忍的，触发所述本地报警器133产生报警。

为区分可容忍的故障报警还是不可容忍的故障报警；本实用新型中所述本地报警器133包括：红色报警器和黄色报警器；当故障为可容忍的故障时，所述监测及预测器132触发黄色报警器产生报警；当故障为不可容忍的故障时，所述监测及预测器132触发红色报警器产生报警。

在确定浮力式传感器121和压力式传感器122均无故障时，所述监测及预测器132确定水位高度A与水位高度A’两者的均值，并将所述均值作为当前触发周期的水位测量值K₀；

在确定浮力式传感器121和压力式传感器122出现的故障均为可容忍的故障时，进一步确定所述第一绝对误差和第二绝对误差的大小；当所述第一绝对误差小于所述第二绝对误差时，将浮力式传感器121感知到的水位高度A确定为当前触发周期的水位测量值K₀；当所述第二绝对误差小于所述第一绝对误差时，将压力式传感器122感知到的水位高度A’确定为当前触发周期的水位测量值K₀；

当浮力式传感器121和压力式传感器122中有一个出现可容忍故障，一个出现不可容忍故障，如浮力式传感器121出现不可容忍故障，压力式传感器122出现可容忍故障，则将压力式传感器122感知到的水位高度A’确定为当前触发周期的水位测量值K₀；

确定浮力式传感器121和压力式传感器122出现的故障均为不可容忍的故障时，将水位预测值作为水位测量值K₀；这里，所述监测及预测器132将依据水位信息和水位测量值，采用n步预测技术(n为大于等于1的自然数)中的预测公式(1)来预测水位预测高度：

Y_n＝F(X_-2，X_-1，K₀，Y₁......Y_n-1)    (1)

其中，X_-2、X_-1为事先测量的水位高度值；K₀为水位测量值；Y_i(i＝1，2...n-1)是n步预测技术中第i步确定的水位预测高度；F为预测函数。

这里，举个例子，依据水位测量值采用一步预测技术对水位预测值作出预测：采用n步骤预测技术中的一步预测技术，则所述一步预测技术预测的水位预测高度Y₁＝F(X_-2，X_-1，K₀)；其中，K₀为当前触发周期确定的水位测量值。

本实用新型中，预先设置测量风险等级和预测风险等级，所述测量风险等级将所有可能发生水灾的水位测量值进行等级划分，所述预测风险等级将所有可能发生水灾的水位预测值(水位预测高度)进行等级划分；当水位测量值K₀的取值位于所述测量风险等级的某个等级时，所述传输单元136将所述水位测量值K₀发送至监控中心，交由监控中心处理；当水位预测值Y_n的取值位于所述预测风险等级的某个等级时，所述传输单元136将所述水位预测值Y_n发送至监控中心，交由监控中心处理。

所述视频采集器135可对水灾现场及其周边的环境情况进行采集，所述视频压缩器137对采集到的信息进行压缩处理，所述传输单元136传输经压缩处理后的视频图像至监控中心，供监控管理人员查看现场的实际情况。

在上述技术方案的说明中，当前触发周期内通讯传输系统没有故障出现，所述存储器134可对所述浮力式传感器121、压力式传感器122感知到的水位信息、所述监测及预测器132确定的水位测量值以及水位预测值、以及经所述视频压缩器137压缩处理后的视频图像进行存储；当通讯传输系统出现故障并恢复至正常后，所述传输单元136将所述存储器134存储的信息传输至监控中心。

所述传输单元136按照以下数据包传输格式传输信息到监控中心：

{头信息，校验信息，信息类型，信息长度，信息体，结束标志}

其中，所述头信息标识所述信息体的来源；所述信息体指的是信息本身的内容如现场环境的温度和湿度；所述信息类型包括：现场环境信息、传感器故障信息和测量信息等；监控中心依据所述信息类型，可获知当前接收到的是传感器故障信息还是水位测量值、预测值等测量信息等；依据所述头信息可获知当前接收到的信息来源于哪个具体位置如来源于哪个城市哪个立交桥等。

本实用新型的优点：

1)供电装置采用太阳能供电方式，更方便在野外作业；

2)采用浮力式传感器和压力式传感器两种不同类型的传感器同时对水位信息进行感知，实时性较强，设备可靠性高；

3)监测及预测器可依据水位信息对传感器装置是否发生故障进行监测，并确定是否报警以及对水位预测值进行预测，具有故障监测和未来水位预测等功能；

4)当水位测量值的取值位于预设的测量风险等级的某个等级、水位预测高度的取值位于预设的预测风险等级的某个等级时均可经传输单元传输至监控中心，具有风险判别功能。

5)本实用新型为水灾应急方案，放置于立交桥底部，适用于对城市内涝等突发情况的监控和预测，还可适用于对河道、水库等水位的监控与预测。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种水位监控预警系统，其特征在于，所述系统包括： 

提供电力供应的供电装置； 

感知水位信息的传感器装置； 

依据水位信息监测所述传感器装置是否发生故障并确定是否报警、以及确定水位测量值和水位预测值的处理装置； 

所述处理装置分别与所述供电装置、传感器装置连接。 

2.根据权利要求1所述的水位监控预警系统，其特征在于，所述传感器装置包括：用于感知水位信息的浮力式传感器和压力式传感器； 

所述浮力式传感器、压力式传感器，分别与所述处理装置连接。 

3.根据权利要求2所述的水位监控预警系统，其特征在于，所述供电装置还包括： 

将太阳能转换为电能传输至蓄电池组存储的太阳能电池板； 

存储所述电能的蓄电池组； 

控制所述太阳能电池板将已转换的电能传输到所述蓄电池组存储，并将电能进行稳压后输出至所述处理装置的太阳能控制器； 

所述太阳能控制器，分别与所述太阳能电池板、蓄电池组连接。 

4.根据权利要求3所述的水位监控预警系统，其特征在于，所述处理装置包括： 

触发所述监测及预测器的控制器； 

接收所述控制器的触发，依据水位信息监测所述浮力式传感器与所述压力式传感器是否发生故障并确定是否报警以及确定水位测量值和水位预测值的监测及预测器； 

所述控制器与所述太阳能控制器连接；所述监测及预测器分别与所述浮力式传感器、压力式传感器连接。 

5.根据权利要求4所述的水位监控预警系统，其特征在于，所述处理装置 还包括：存储包括有所述水位信息、水位测量值和水位预测值的水位相关信息的存储器；所述存储器分别与所述控制器、所述监测及预测器连接。 

6.根据权利要求2所述的水位监控预警系统，其特征在于，所述传感器装置还包括：用于感知现场温度的温度传感器和用于感知现场湿度的湿度传感器。 

7.根据权利要求5所述水位监控预警系统，其特征在于，所述处理装置还包括：采集现场及其周边的环境情况的视频采集器和对现场及其周边的环境情况进行视频压缩处理的视频压缩器；所述视频采集器与所述控制器连接；所述视频压缩器与所述视频采集器连接。 

8.根据权利要求4所述的水位监控预警系统，其特征在于，所述处理装置还包括用于接收到所述监测及预测器的触发产生报警的本地报警器。 

9.根据权利要求2至8任一项所述的水位监控预警系统，其特征在于，所述处理装置还包括：将水位相关信息、感知到的现场温度和湿度以及经视频压缩处理后的视频图像传输至监控中心的传输单元；所述传输单元分别与所述监测及预测器、存储器、视频压缩器、温度传感器和湿度传感器连接。