CN209912114U - 一种流域气象水情耦合数值预报系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种流域气象水情耦合数值预报系统，包括通过交换机交换数据的气象采集服务器、雨水情采集服务器、气象预报服务器、水情预报服务器、数据存储服务器，和与雨水情采集服务器通信连接的多个雨水情遥测站和多个水电站观测站；雨水情遥测站通过北斗卫星/GSM/GPRS与雨水情采集服务器通信连接，水电站观测站通过GSM/GPRS与雨水情采集服务器通信连接；本实用新型实现流域雨水情信息和水电站水情信息自动采集、传输和处理，还实现气象信息的自动采集，根据采集的雨水情数据气象数据进行气象水情预报，结构简单易装卸，使用方便，节约人工成本，及时性和精确性高。

Description

一种流域气象水情耦合数值预报系统

技术领域

本实用新型属于防洪技术领域，具体涉及一种流域气象水情耦合数值预报系统。

背景技术

防汛是为了防止和减轻洪水灾害，在洪水预报、防洪调度、防洪工程运用等方面进行的有关工作。防汛的主要内容包括：长期、中期或短期天气形势预报，洪水水情预报，堤防、水库、水闸、蓄滞洪区等防洪工程的调度和运用，出现险情灾情后的抢险救灾，非常情况下的应急措施等。

掌握水情及天气情况，及时发布有关洪水的气温、风、降水、冰雪、水位、潮位、流量等气象水文情况，进行降水预报、洪水预报、短期径流预报以及中长期水情预测等预报，掌握水情及天气情况，首先需要对雨水情进行监测并结合气象信息进行以上预报，然而现有的采集方式，一方面是人工检测，耗费大量的人工成本且不能应对突发情况，造成一定的安全隐患；另一方面，系统的集成度较低，对于预报及时性，精确性不高。

实用新型内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本实用新型目的在于提供一种流域气象水情耦合数值预报系统。

本实用新型所采用的技术方案为：

一种流域气象水情耦合数值预报系统，包括通过交换机交换数据的气象采集服务器、雨水情采集服务器、气象预报服务器、水情预报服务器、数据存储服务器，和与雨水情采集服务器通信连接的多个雨水情遥测站和多个水电站观测站；

所述雨水情遥测站通过北斗卫星/GSM/GPRS与雨水情采集服务器通信连接，水电站观测站通过GSM/GPRS与雨水情采集服务器通信连接；

所述雨水情遥测站包括电源、水位计、雨量计、遥测站主控板、遥测站电源板、遥测站通信单元和USB接口；遥测站主控板包括遥测站主控芯片，分别与遥测站主控芯片连接的晶振、复位、调试端口、SD卡和SD卡测试单元，水位计、雨量计、遥测站通信单元和USB接口分别与遥测站主控芯片连接；遥测站通信单元包括北斗卫星/GSM/GPRS通信单元，北斗卫星通信单元连接有卫星天线，GSM/GPRS通信单元连接有天线；

所述水电站观测站包括电源、入库流量计、出库流量计、泄洪流量计、机组出力采集器、观测站控制板、观测站电源板、观测站通信单元和USB接口；观测站主控板包括观测站主控芯片，分别与观测站主控芯片连接的晶振、复位、调试端口、SD卡和SD卡测试单元，入库流量计、出库流量计、泄洪流量计、机组出力采集器、观测站通信单元和USB接口分别与观测站主控芯片连接；观测站通信单元包括GSM/GPRS通信单元，GSM/GPRS通信单元连接有天线。

在上述技术方案的基础上，所述雨水情遥测站的电源包括蓄电池，通过充电控制器与蓄电池连接的太阳能电池板；

所述雨水情遥测站还包括支撑架，分别与支撑架连接的电池板支架和机箱，遥测站主控板、遥测站电源板和遥测站通信单元设于机箱内，雨水情遥测站的USB接口设于机箱表面，雨水情遥测站的天线和卫星天线设于支撑架顶部，支撑架的侧壁连接有凸出的滑槽，机箱的侧壁连接有与滑槽匹配的导轨；电池板支架包括一侧与支撑架连接的连接板，一端与连接板的另一侧连接的横杆，一侧与横杆的另一端连接的竖杆，分别与竖杆的另一侧上下两端连接的上槽和下槽，太阳能电池板固定于上槽和下槽之间；

所述水电站观测站的电源包括可充电电池，通过适配器与可充电电池连接的电站交流电；

所述水电站观测站还包括终端机壳，观测站控制板、观测站电源板和观测站通信单元设于终端机壳内，水电站观测站的USB接口和天线设于终端机壳表面。

在上述技术方案的基础上，所述水位计为浮子式水位计、气泡式水位计、雷达式水位计或压力式水位计。

在上述技术方案的基础上，所述雨量计为翻斗式雨量计。

在上述技术方案的基础上，所述雨水情遥测站还包括与遥测站主控芯片连接的遥测站人工置数装置、蜂鸣器、显示屏和状态指示灯中的一个或多个。

在上述技术方案的基础上，所述雨水情遥测站的GSM/GPRS通信单元包括遥测站通信芯片和与遥测站通信芯片连接的SIM卡，雨水情遥测站的天线与遥测站通信芯片连接，遥测站主控芯片通过电压转换电路与遥测站通信芯片连接实现数据传输，遥测站主控芯片还通过开关机电路与遥测站通信芯片连接控制遥测站通信芯片的开/关。

在上述技术方案的基础上，所述支撑架包括底座和下端与底座连接的支撑杆，滑槽和连接板均与支撑杆连接，雨水情遥测站的天线和卫星天线设于支撑杆顶部。

在上述技术方案的基础上，所述滑槽沿支撑杆的轴向延伸并与支撑杆焊接，导轨与机箱焊接，连接板与支撑杆焊接或通过螺钉可拆卸连接。

在上述技术方案的基础上，所述水电站观测站还包括与观测站主控芯片连接的观测站人工置数装置和状态指示灯中的一个或两个。

在上述技术方案的基础上，所述水电站观测站的GSM/GPRS通信单元包括观测站通信芯片和与观测站通信芯片连接的SIM卡，水电站观测站的天线与观测站通信芯片连接，观测站主控芯片通过电压转换电路与观测站通信芯片连接实现数据传输，观测站主控芯片还通过开关机电路与观测站通信芯片连接控制观测站通信芯片的开/关。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型实现流域雨水情信息和水电站水情信息自动采集、传输和处理，满足流域梯级水电站不同预见期的水情预报要求，满足流域在建水电工程防洪度汛的安全需要，为流域梯级水电站联合优化经济调度提供准确的水情信息，为流域干流水电开发积累历史水文资料等；同时，本实用新型还实现气象信息的自动采集，根据采集的雨水情数据气象数据进行气象水情预报，结构简单易装卸，使用方便，节约人工成本，及时性和精确性高。

附图说明

图1是本实用新型-实施例的系统框图。

图2是本实用新型-实施例的雨水情遥测站的系统框图。

图3是本实用新型-实施例的雨水情遥测站的结构示意图。

图4是本实用新型-实施例导轨与滑槽的装配结构示意图。

图5是图3的局部放大结构示意图。

图6是本实用新型-实施例的水电站观测站的系统框图。

图中：100-电池板支架；101-连接板；102-横杆；103-竖杆；104-上槽；105-下槽；200-机箱；201-导轨；300-太阳能电池板；401-底座；402-支撑杆；403-滑槽。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步阐述。

实施例：

如图1所示，本实施例的一种流域气象水情耦合数值预报系统，包括通过交换机交换数据的气象采集服务器、雨水情采集服务器、气象预报服务器、水情预报服务器、数据存储服务器，和与雨水情采集服务器通信连接的多个雨水情遥测站和多个水电站观测站。

气象采集服务器通过互联网下载外部的气象基础数据。

气象基础数据包括：全球背景场GFS数据、气象站观测数据、降水趋势、卫星云图、降水实况图和降水数值预报成果。

雨水情遥测站通过北斗卫星/GSM/GPRS与雨水情采集服务器通信连接，雨水情遥测站自动或由雨水情采集服务器触发采集雨水情数据并发送至雨水情采集服务器。

雨水情数据包括：水位和雨量。

水电站观测站通过GSM/GPRS与雨水情采集服务器通信连接，水电站观测站自动采集水电站水情数据并发送至雨水情采集服务器。

水电站水情数据包括：入库流量、出库流量、泄洪流量和机组出力。

其中，水电站水情数据和雨水情数据构成雨水情基础数据。

气象预报服务器，根据气象基础数据对预报数据分析处理，获取气象预报数据。

气象预报数据包括：短期、临近天气预报数据和中期天气预报数据。

水情预报服务器，根据雨水情基础数据对预报数据分析处理，获取水情预报数据。

水情预报数据包括：径流、次流和洪水预报数据。

数据存储服务器用于存储气象基础数据、雨水情基础数据、气象预报数据和水情预报数据。

种流域水电站防洪气象水情预报系统还包括GIS服务器，用于将气象预报数据和水情预报数据进行二维或三维地图展示。

以上是本实用新型的系统架构，对于系统实现所包含的硬件设施进行了说明，对系统实现所包含的方法程序做了简略说明，实现该系统的软件程序为本领域技术人员较为熟知的技术，因此在此不再详细说明，本实用新型重点保护系统框架，以下对本系统所包含的硬件再进一步进行详细说明。

本实用新型实现流域雨水情信息和水电站水情信息自动采集、传输和处理，满足流域梯级水电站不同预见期的水情预报要求，满足流域在建水电工程防洪度汛的安全需要，为流域梯级水电站联合优化经济调度提供准确的水情信息，为流域干流水电开发积累历史水文资料等。

雨水情采集服务器连接有输入输出单元和北斗卫星/GSM/GPRS通信单元，雨水情采集服务器以计算机作为载体。

同样的，气象采集服务器连接有输入输出单元，气象采集服务器以计算机作为载体。

如图2所示，雨水情遥测站包括电源、水位计、雨量计、遥测站人工置数装置、遥测站主控板、遥测站电源板、遥测站通信单元、蜂鸣器、显示屏、状态指示灯和USB接口，水位计、雨量计、遥测站人工置数装置、遥测站通信单元、蜂鸣器、显示屏、状态指示灯和USB接口分别与控制板连接，遥测站主控板、遥测站电源板和遥测站通信单元设于机箱200内，蜂鸣器、显示屏、状态指示灯和USB接口设于机箱200表面。

电源包括蓄电池，与蓄电池连接的太阳能电池板300，太阳能电池板300通过充电控制器连接蓄电池为蓄电池充电，太阳能电池板通过电池板支架100固定。

根据安装地点的特性选用不同的水位计，水位计为浮子式水位计、气泡式水位计、雷达式水位计或压力式水位计。

雨量计采用翻斗式雨量计，翻斗式雨量计包括雨量筒、承雨器和翻斗部件，承雨器用于承接雨水，固定于雨量筒上部，与雨量筒成为一体，为防止杂物进入承雨器阻塞水道，雨量筒装有防虫网，翻斗起计量作用，降雨从承雨器流入翻斗，当翻斗居上一侧斗室积累到一定水量时，翻斗翻转，固定在雨量筒的感应器收到磁激励，便产生一次通断信号。

遥测站人工置数装置为输入设备，例如键盘。

上述遥测站主控板包括遥测站主控芯片，分别与遥测站主控芯片连接的晶振、复位、调试端口、SD卡和SD卡测试单元，水位计、雨量计、遥测站人工置数装置、遥测站通信单元、蜂鸣器、显示屏、状态指示灯和USB接口与遥测站主控芯片连接。

遥测站主控芯片采用单片机或ARM芯片。

遥测站电源板包括将蓄电池的电压转换为合适的电压供整个雨水情遥测站使用的电压转换单元、电源滤波和电源开关，其中，电源开关与遥测站主控芯片连接。

遥测站通信单元包括北斗卫星/GSM/GPRS通信单元，北斗卫星通信单元连接有卫星天线，GSM/GPRS通信单元连接有天线，卫星天线和天线均设于机箱200外。

GSM/GPRS通信单元包括遥测站通信芯片和与遥测站通信芯片连接的SIM卡，天线与遥测站通信芯片连接，遥测站主控芯片通过电压转换电路与遥测站通信芯片连接实现数据传输，遥测站主控芯片还通过开关机电路与遥测站通信芯片连接控制遥测站通信芯片的开/关，实现遥测站主控芯片与遥测站通信芯片之间的传输控制。

雨水情遥测站的工作方式如下：

雨水情遥测站自动采集雨量并存储，当雨量计产生一个通断信号时，由雨量计输出一个具有一定宽度的雨量脉冲信号，此信号作为外部中断，雨水情遥测站响应此中断信号，根据每个中断信号代表的雨量信息，记录雨量值。

在一段时间内，雨量中断信号连续到达，累计雨量值超过了设定的暴雨预警值，则雨水情遥测站立即加报一条报警信息，提示现场可能出现暴雨。

雨水情遥测站根据设定的参数值，智能分析一场雨的开始时间、结束时间和降雨量，并按照设计的数据格式存储。

雨水情遥测站定时采集水位并存储。

雨水情遥测站自动或定时将采集的信息和遥测站站号、时间、电池电压等参数通过多种通信信道(卫星、电话、GSM/GPRS)发送至中心站，并自动切换信道。

雨水情遥测站定时或随机响应中心站的召测指令，中心站根据指令通过建立的通信信道可测量雨水情遥测站的实时数据，也可调用雨水情遥测站已存储的历史数据。

通过遥测站人工置数装置将雨水情遥测站现场工作人员观测的水位和雨量值输入到雨水情遥测站，并发送至中心站。

如图3所示，雨水情遥测站还包括支撑架，电池板支架100和机箱200均与支撑架连接，其中，机箱200位于电池板支架100的背侧，支撑架包括用于固定在地面的底座401和下端与底座401连接的支撑杆402。

支撑杆402的侧壁连接有凸出的滑槽403，机箱200的侧壁连接有与滑槽403匹配的导轨201，机箱200通过导轨201与滑槽403的配合滑动连接在支撑杆402上。如图4所示，滑槽403沿支撑杆402的轴向延伸并与支撑杆402焊接，导轨201与机箱200焊接，导轨201的横截面为“T字形”，滑槽403为U型槽，且滑槽403的两侧槽壁设有内沿，滑槽403的下端部设有限位顶板。

如图5所示，电池板支架100包括连接板101、横杆102、竖杆103、上槽104和下槽105，连接板101的一侧与支撑杆402焊接或通过螺钉可拆卸连接，连接板102的另一侧与横杆102的一端固定连接，横杆102的另一端与竖杆103的一侧连接，竖杆103的另一侧上下两端分别连接上槽104和下槽105，其中，上槽104和下槽105均水平设置，太阳能电池板300固定于上槽104和下槽105之间。连接板101与横杆102还通过加强筋连接。

连接板101的设计增大了与支撑杆402的连接面积，使太阳能电池板300的安装更加稳固可靠。

本实施例中，竖杆103由上而下向远离支撑杆402的方向倾斜。

本实施例中，底座401设有螺钉孔，支撑杆402为中空的方柱形杆，天线和卫星天线设于支撑杆402的顶部，相应地，支撑杆402设有线缆穿孔。

如图6所示，水电站观测站包括电源、入库流量计、出库流量计、泄洪流量计、机组出力采集器、人工置数装置、观测站控制板、观测站电源板、观测站通信单元、状态指示灯和USB接口，入库流量计、出库流量计、泄洪流量计和机组出力采集器分别与观测站控制板连接，观测站控制板、观测站电源板和观测站通信单元设于终端机壳内，状态指示灯和USB接口设于终端机壳表面。

电源包括可充电电池，可充电电池通过适配器连接电站交流电充电。

人工置数装置为输入设备，例如键盘。

上述观测站主控板包括观测站主控芯片，分别与观测站主控芯片连接的晶振、复位、调试端口、SD卡和SD卡测试单元，入库流量计、出库流量计、泄洪流量计、机组出力采集器、人工置数装置、观测站通信单元、状态指示灯和USB接口与主控芯片连接。

观测站主控芯片采用单片机或ARM芯片。

观测站电源板包括将可充电电池的电压转换为合适的电压供整个水电站观测站使用的电压转换单元、电源滤波和电源开关，其中，电源开关与观测站主控芯片连接。

观测站通信单元包括GSM/GPRS通信单元，GSM/GPRS通信单元连接有天线，天线设于终端机壳表面。

GSM/GPRS通信单元包括观测站通信芯片和与观测站通信芯片连接的SIM卡，天线与观测站通信芯片连接，观测站主控芯片通过电压转换电路与观测站通信芯片连接实现数据传输，观测站主控芯片还通过开关机电路与观测站通信芯片连接控制观测站通信芯片的开/关，实现观测站主控芯片与观测站通信芯片之间的传输控制。

入库流量计、出库流量计、泄洪流量计和机组出力采集器均通过RS485或RS232接口连接观测站主控芯片。

本实用新型不局限于上述可选实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本实用新型权利要求界定范围内的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种流域气象水情耦合数值预报系统，其特征在于：包括通过交换机交换数据的气象采集服务器、雨水情采集服务器、气象预报服务器、水情预报服务器、数据存储服务器，和与雨水情采集服务器通信连接的多个雨水情遥测站和多个水电站观测站；

所述雨水情遥测站通过北斗卫星/GSM/GPRS与雨水情采集服务器通信连接，水电站观测站通过GSM/GPRS与雨水情采集服务器通信连接；

所述雨水情遥测站包括电源、水位计、雨量计、遥测站主控板、遥测站电源板、遥测站通信单元和USB接口；遥测站主控板包括遥测站主控芯片，分别与遥测站主控芯片连接的晶振、复位、调试端口、SD卡和SD卡测试单元，水位计、雨量计、遥测站通信单元和USB接口分别与遥测站主控芯片连接；遥测站通信单元包括北斗卫星/GSM/GPRS通信单元，北斗卫星通信单元连接有卫星天线，GSM/GPRS通信单元连接有天线；

所述水电站观测站包括电源、入库流量计、出库流量计、泄洪流量计、机组出力采集器、观测站控制板、观测站电源板、观测站通信单元和USB接口；观测站主控板包括观测站主控芯片，分别与观测站主控芯片连接的晶振、复位、调试端口、SD卡和SD卡测试单元，入库流量计、出库流量计、泄洪流量计、机组出力采集器、观测站通信单元和USB接口分别与观测站主控芯片连接；观测站通信单元包括GSM/GPRS通信单元，GSM/GPRS通信单元连接有天线。

2.根据权利要求1所述的一种流域气象水情耦合数值预报系统，其特征在于：所述雨水情遥测站的电源包括蓄电池，通过充电控制器与蓄电池连接的太阳能电池板(300)；

所述雨水情遥测站还包括支撑架，分别与支撑架连接的电池板支架(100)和机箱(200)，遥测站主控板、遥测站电源板和遥测站通信单元设于机箱内，雨水情遥测站的USB接口设于机箱表面，雨水情遥测站的天线和卫星天线设于支撑架顶部，支撑架的侧壁连接有凸出的滑槽(403)，机箱的侧壁连接有与滑槽匹配的导轨(201)；电池板支架包括一侧与支撑架连接的连接板(101)，一端与连接板的另一侧连接的横杆(102)，一侧与横杆的另一端连接的竖杆(103)，分别与竖杆的另一侧上下两端连接的上槽(104)和下槽(105)，太阳能电池板固定于上槽和下槽之间；

所述水电站观测站的电源包括可充电电池，通过适配器与可充电电池连接的电站交流电；

所述水电站观测站还包括终端机壳，观测站控制板、观测站电源板和观测站通信单元设于终端机壳内，水电站观测站的USB接口和天线设于终端机壳表面。

3.根据权利要求1所述的一种流域气象水情耦合数值预报系统，其特征在于：所述水位计为浮子式水位计、气泡式水位计、雷达式水位计或压力式水位计。

4.根据权利要求1所述的一种流域气象水情耦合数值预报系统，其特征在于：所述雨量计为翻斗式雨量计。

5.根据权利要求1所述的一种流域气象水情耦合数值预报系统，其特征在于：所述雨水情遥测站还包括与遥测站主控芯片连接的遥测站人工置数装置、蜂鸣器、显示屏和状态指示灯中的一个或多个。

6.根据权利要求1所述的一种流域气象水情耦合数值预报系统，其特征在于：所述雨水情遥测站的GSM/GPRS通信单元包括遥测站通信芯片和与遥测站通信芯片连接的SIM卡，雨水情遥测站的天线与遥测站通信芯片连接，遥测站主控芯片通过电压转换电路与遥测站通信芯片连接实现数据传输，遥测站主控芯片还通过开关机电路与遥测站通信芯片连接控制遥测站通信芯片的开/关。

7.根据权利要求2所述的一种流域气象水情耦合数值预报系统，其特征在于：所述支撑架包括底座(401)和下端与底座连接的支撑杆(402)，滑槽和连接板均与支撑杆连接，雨水情遥测站的天线和卫星天线设于支撑杆顶部。

8.根据权利要求7所述的一种流域气象水情耦合数值预报系统，其特征在于：所述滑槽沿支撑杆的轴向延伸并与支撑杆焊接，导轨与机箱焊接，连接板与支撑杆焊接或通过螺钉可拆卸连接。

9.根据权利要求1所述的一种流域气象水情耦合数值预报系统，其特征在于：所述水电站观测站还包括与观测站主控芯片连接的观测站人工置数装置和状态指示灯中的一个或两个。

10.根据权利要求1所述的一种流域气象水情耦合数值预报系统，其特征在于：所述水电站观测站的GSM/GPRS通信单元包括观测站通信芯片和与观测站通信芯片连接的SIM卡，水电站观测站的天线与观测站通信芯片连接，观测站主控芯片通过电压转换电路与观测站通信芯片连接实现数据传输，观测站主控芯片还通过开关机电路与观测站通信芯片连接控制观测站通信芯片的开/关。

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