监测设备技术指标与安装要求 丁 强

1. 监测设备技术指标与安装要求丁 强 水利部南京水利水文自动化研究所 2012.12.12

2. 主讲内容 • 水资源监控系统的功能和分类 • 水资源监测设备技术要求 • 水资源监测数据传输规约 • 水资源监测设备质量检验 • 水资源监测设备现场安装调试

3. 一、水资源监控系统的功能和分类（1） • 水资源监控系统功能 实时采集水源信息，供水信息，用水信息和排水信息。 实时监控在社会水循环中的取水和排水，对其的水量和水质进行定量的监测和监控。 • 水资源监控系统分类 遥测遥控工作方式 巡测工作方式

4. 一、水资源监控系统的功能和分类（2） • 自动化系统数据采集流程 集中分发结构 监测数据——中心站——分中心——中心站。中心站集中收数，分发分中心站，分中心站校核存储上传——中心站存储 水资源管理系统和部分水文遥测系统，防汛遥测系统采用此结构。优点是系统整体性、扩展性好，易开发和管理。缺点是，需要建立在网络的通信可靠，标准规范统一，这些都是需要有一定的基础。 这种总体结构上的确定是非常重要的，一般是以国家和省为单位进行总体设计和规划的。因此要慎重和周全。

5. 一、水资源监控系统的功能和分类（3） • 系统构成 系统由测站，中继站和中心站构成 • 三种工作方式 查询/应答工作方式 遥测终端站或中继站响应主站查询指令发送相应数据的工作方式。 自报工作方式 被测参数值发生一定变化或定时等事件触发，遥测终端或中继站主动发送数据的工作方式。 兼容工作方式 该工作方式表示同时包括查询/应答和自报两种工作方式。现在大量采用的是这种工作方式。

6. 一、水资源监控系统的功能和分类（4） • 数据传送优先级 在查询/应答工作方式时，随机查询的优先级高于定时查询和顺序查询。 在自报工作方式时，优先级高低依次为：告警自报，参数变化自报，特定条件自报，定时间隔自报。 在兼容工作方式下，自报工作方式的优先级高于查询/应答工作。

7. 二、水资源监测设备技术要求（1） • 需要采集的信息 基本信息： 测控点地址，状态和功能，收发控制，数据校验 水源信息： 水位，流量，流速，水质 供水信息： 水位，流量，水压，水质 用水信息： 计量，计费，监控 排水信息： 流量，水质，监控

8. 二、水资源监测设备技术要求（2） • 信息采集的方法 通过RTU控制，由传感器采集地表水位，地下水位，省际断面流量，取水管道流量，管道水压和水质等数据。 水位传感器 浮子式水位计，压力式水位计（投入式，气泡式），超声波水位计，激光水位计，雷达水位计 流量传感器 管道超声波流量计（插入式，外夹式），管道电磁流量计，转子流速仪，ADCP，冷水表 水压传感器 管道压力计 水质传感器 电极法自动水质测量仪，自动在线水质测量仪

9. 二、水资源监测设备技术要求（3） • 规定了监测仪器及设备的功能、性能、接口等方面的技术要求，是《水资源监控设备基本技术条件》（SL426-2008)的细则应用版 • 适用于国家水资源监控能力建设项目（2012年-2014年）中使用的监测仪器及数据采集传输设备 ——水量监测设备 ——水质在线监测设备 ——信息采集与传输设备

10. 二、水资源监测设备技术要求（4） • 仪器设备分类 • 应用推荐 • 通用技术要求 • 技术参数要求 • 外观质量 • 防护等级 • 机械环境适应性 • 其他要求

11. 二、水资源监测设备技术要求（5） 应用推荐 地表水水位自动监测 地下水水位自动监测 河道（明渠）型取水流量在线自动监测 管道型取水流量在线自动监测 由泵站机组特性曲线推算流量 水质在线自动监测

12. 二、水资源监测设备技术要求（6） 地表水水位自动监测 推荐采用浮子式水位计 对不便建造测井的地方，可选择压力式水位计或雷达式水位计，超声波式水位计。也可以使用电子水尺。

13. 二、水资源监测设备技术要求（7） 地下水水位自动监测 推荐采用压力式水位计 如果条件允许，也可以采用浮子式水位计。

14. 二、水资源监测设备技术要求（8） 河道（明渠）型取水流量在线自动监测 有超声波时差法、声学多普勒流速剖面仪法、水工建筑物测流法、堰槽法和比降面积法。 推荐采用声学多普勒剖面流速仪、超声波时差法明渠流量计和堰槽流量计测算流量； 推荐采用地表水水位监测仪器测量河段上下游的水位；采用电子水尺、激光水位计等监测过堰水流的水位、闸门上下游水位；采用闸位计监测闸门开度。

15. 二、水资源监测设备技术要求（9） 管道型取水流量在线自动监测 ——声学管道流量计 ——电磁管道流量计 ——涡街流量计 ——电子远传水表

16. 二、水资源监测设备技术要求（10） 由泵站机组特性曲线推算流量 采用泵站功率表，监测泵站机组的功率，通过效率曲线推算提取的流量。

17. 二、水资源监测设备技术要求（11） 水质在线自动监测 应根据监测对象不同选择适当的水质参数在线自动监测和在线自动分析仪器。 对于水功能区河道水质在线自动监测，以常规水质五参数（水温、pH、溶解氧、电导率、浊度）和水功能区纳污考核指标COD、氨氮为监测参数。 对于水功能区湖库水质在线自动监测，除以上7项外，还可选择对湖库富营养化有重要影响的水质参数（如总磷、总氮）等进行监测。

18. 二、水资源监测设备技术要求（12） 电源要求 水资源监控设备应以自主电源为主，推荐直流12V，允许波动±15%；可使用自适应电源，尽量避免使用市电直接供电。

19. 二、水资源监测设备技术要求（13） 接口要求 水资源监控设备接口应满足以下要求： ——增量计数（脉冲）型输入接口； ——模拟量接口：（4～20）mA或(0～5)V； ——频率量（正弦波或方波）； ——并行接口； ——串行接口： RS485\SDI-122； ——开关量接口。

20. 二、水资源监测设备技术要求（14） 气候环境适应性 水资源监控设备应满足以下要求： ——水下设备 0℃～35℃； ——水上设备 a）温度：一类地区：-10℃～45℃； 二类地区：-20℃～45℃； 三类地区：-10℃～55℃； b）相对湿度：可在不大于85％、不大于95％、不大于95％三类中选择。

21. 二、水资源监测设备技术要求（15） 机械环境适应性 在正常包装状态下，所有仪器设备均应能承受运输过程中可能产生的振动、意外冲击、碰撞、跌落等。

22. 二、水资源监测设备技术要求（16） 技术参数要求 ——流量监测仪器 ——水位测量仪器 ——流速仪 ——测深仪 ——水质在线监测及自动分析仪器 ——数据采集(测控)终端机 ——数据传输单元 ——其他

23. 二、水资源监测设备技术要求（17） 可参考的现行有效标准 水位测量仪器方面： GB/T 11828.1-2002 浮子式水位计 GB/T 11828.2-2005 压力式水位计 GB/T 11828.4-2011 超声波水位计 GB/T 11828.5-2011 电子水尺 GB/T 27993-2011《水位测量仪器通用技术条件》 水深测量仪器方面： ——SL 185-1997《超声波测深仪》 ——GB/T 27992.3-2012《超声波测深仪》（在报批）

24. 三、水资源监测数据传输规约（1） • 信息传输的要求 遥测站采集的实时数据要传输到中心站，中心站的指令要下传遥测站，这些都需要将这些信息传输的方法来实现。对信息传输的要求就是实时、方便和可靠 • 信息传输的方法和通道 无线通道 有线通道 从水资源监控系统的监控对象大多在城市的特点，我们建议尽可能使用公共无线通道实现信息的工作传输，公共有线通道作为备用通道，自建无线通道作为利用以上通道有困难时的补充信息通道 • 组网通道 系统组网 网络组网

25. 三、水资源监测数据传输规约（2） • 《水资源监控管理系统数据传输规约》(SL427-2008)自2008年发布以来，标准经实践验证，在各地水资源管理信息系统的建设中取得了良好效果。 • 结合与该标准相兼容的《江苏省水文自动测报系统数据传输规约》等地方标准，对《水资源监控管理系统数据传输规约》予以了完善和功能扩展，形成了《水资源监控数据传输规约》，在国家水资源监控能力建设项目中予以使用。同时也适用于各级水文自动测报系统 • 参照IEC相关通信标准，与国际标准接轨，与国内不同领域有关标准兼容；涵盖了水资源、水文基本参数，符合数据精度的要求；适应自动测报系统自动、智能和快速的特点，兼容水资源及水文数据采集在方法、时间和指标上的要求；充分发挥测站终端与中心站在功能上的合理分工和有效结合，共同解决数据监控和传输任务。

26. 三、水资源监测数据传输规约（3） 对《水资源监控管理系统数据传输规约》完善 • 考虑到水资源监测信息和水文信息监测的参数有许多相同之处，增加和完善了水文监测的参数和要求，标准可用于与水资源监控系统和水文自动测报系统。 • 为了与水文等测报系统站址编码的兼容，测站站址编码方法增加了水文测站编码。 • 对水文测站编码以外的测站编码，采用行政区划码，取省（区、市）、地（市）码和县（区）码。测站与中继站编码范围作了调整。 • 对自报数据的报文增加了发生时间，以便在数据接收延误时，中心站接收时可以判断该数据的发生时间；

27. 三、水资源监测数据传输规约（4） 对《水资源监控管理系统数据传输规约》完善 水位值扩展到了正负水位，满足沿海地区出现的负水位的需求。与之对应，水位基值也扩展到了正负值； 对终端发送的数据出错时，增加了存储补发功能。补发的动作触发可以由终端功能自动发生，也可以通过中心站下达补发报文发生； 考虑到水文和水资源对流量的取值单位不同，流量水量数据的采集和传输通过与中心站约定编报和解报，达到报文的兼容和简洁；

28. 三、水资源监测数据传输规约（5） • 规定了数据报文传输规约、数据传输报文及结构、通信方式和误码率、传感器与终端通信的接口和规约、数据传输的考核。 • 适用于各级各类水资源、水文自动监测系统中遥测站与中心站之间的数据传输、遥测终端与传感器之间的数据采集。适用于水资源、水文自动监测系统的设计、建设和管理。 ——数据报文传输规约 ——数据传输报文及数据结构 ——通信方式和误码率 ——传感器与终端通信的接口和规约 ——数据传输的考核

29. 三、水资源监测数据传输规约（6） • 对通信服务商的要求 尽管影响水资源、水文自动测报系统的可靠稳定运行的因素很多，但通信网的选择和运行服务标准的提出至关重要。系统大量采用公共通信网络作为通信网，其通信质量的好坏直接影响系统的运行质量和可靠性。 对通信服务商不但要提出服务要求和功能，也应提出系统通信可靠性（MTBF和MTTR）、数据畅通率和并发容量等技术指标，这些技术指标应该与我们的自动化系统相关指标一致。只有将这些指标作为服务要求和考核检验标准，通信服务商才会重视和提供相关保障。 并发容量是指同时接收信息的能力，一般通过统计本中心站下属可能同时发送数据的站点数，在此数据上略放点余量，向公共通信营运商提出。省、市、县每级中心站的并发容量是不一样的。 水资源管理等许多系统的大量数据是通过省（流域）中心统一接收，然后再通过网络下发给各用户，因此各省级中心站尤应重视此指标的测算。

30. 三、水资源监测数据传输规约（7） • 数据传输的种类 信息状态 传感器 上下限（水位，水压，水质，电机），告警限（水位，剩余流量，水质，电机） 终端站 工作模式（自报，应答，兼容），自报参数种类，自报时间间隔，电源状态，计费状态，控制状态，通信方式切换，中转中继路径 中继站 工作机号，备用切换，电源状态，中转遥测站号 工作状态 应答 召测参数，召测状态，设置参数，检查参数，控制设备 自报 定时自报，告警自报，定条件自报，参数变化自报 兼容 应答和自报的工作状态共存

31. 三、水资源监测数据传输规约（8） • 遥测站与中心站之间数据传输的指令 链路检测 参数设置 查询命令 控制命令 自报数据 • 传感器与采集装置（RTU）之间数据传输的规约 物理接口 串行口（RS-232C，RS-485， SDI-12总线，RS-422），模拟量，并行口，开关量，脉冲量和网络（RJ45） 通信协议 串行口通信协议采用MODBUS协议、SDI-12协议、带奇偶校验的BCD码；模拟量采用4－20mA，0－5V；并行口采用格雷码，BCD码，ASCII码；开关量和脉冲量采用无源开关或有源脉冲；网络采用TCP/IP协议

32. 三、水资源监测数据传输规约（9） • 保密数据的遥测 （1）保密数据的定义 • 针对国际河流等特殊区域的水文、水资源等数据采集系统中，多次时序的数据属于保密数据。 （2）数据保密的范围 • 多次时序数据是由单点单次的数据组成的，自动测报系统采集的国际河流等特殊区域数据应该属涉密。对于测报系统采集的数据，无论是存在RTU里的，还是发送给中心站的，都需加密保护。

33. 三、水资源监测数据传输规约（10） • 保密数据的遥测 （3）保密数据遥测的流程

34. 四、水资源监测设备质量检验（1） • 监控设备技术指标 测量范围，分辨率，精度，变率，工作环境温度，工作环境湿度，接口，可靠性指标，使用安装方式等。 • 数据传输规约的技术指标 波特率，误码率，通信畅通率，数据收集时间，系统可靠性指标（平均无故障工作时间（MTBF），平均修复时间（MTTR））

35. 四、水资源监测设备质量检验（2） • 指标考核 对于监控设备 首先应该是经有资质的专业检测部门检测，获得国家质量监督局颁发的生产许可证。计量仪表要经有计量检测资质的单位计量通过，并定期进行计量检验率定。 监控设备在出厂前应该对相关技术参数进行检测，另外常做的检测试验有常规五项检测（高温，低温，高湿，震动，跌落），电磁干扰和雷电试验等。 对于监控系统 通过运行的实际情况，运用试验和统计办法，对数据畅通率，数据收集时间和其他可靠性指标进行统计分析，得出相应的指标数据。对系统的功能也是通过实际应用检测，看是否符合标准和满足用户需求。

36. 四、水资源监测设备质量检验（3） • 规定了水资源监测设备的检验规则，产品型式检验和联机测试的项目要求以及检验方法 • 适用于国家水资源监控能力建设项目中使用的水量水质监测仪器及数据采集设备 ——检验规则 ——产品检验项目 ——产品检验方法 ——联机测试项目及方法 ——检验报告

37. 四、水资源监测设备质量检验（4） • 国产仪器设备 ——工业产品生产许可证类产品 ——计量器具制造许可证类产品 ——水文产品生产许可证 ——计量器具制造许可证 ——产品型式试验报告 ——计量器具检定报告 满足以上要求的产品，可不再重复进行型式试验，即可具备纳入系统集成资格。

38. 四、水资源监测设备质量检验（5） • 进口仪器设备 应经过国内具有相应检测资质的省级以上第三方专业检测（检定）机构检测/检定。可送样至上述检测（检定）机构，按本标准的规定进行产品检验，且性能指标应能满足《国家水资源监控能力建设项目标准—监测设备技术要求》，方可具备纳入系统集成资格。

39. 四、水资源监测设备质量检验（6） 数据传输规约符合性测试 符合性测试 两个规约任选 送样至检测机构、封存样 根据系统功能要求 记录并校对原始报文、响应报文，检查其符合性

40. 四、水资源监测设备质量检验（7） 产品检验的抽样及批量确认 采取随机抽样法 ——若每种型号规格产品的数量在50台以下（含50台），抽样数量为3台，样品基数即确认为本批次的产品总量； ——每种型号规格产品的数量在50台以上，抽样数量应为本批次总量的5%（若为小数则进位取整数），样品基数即确认为本批次的产品总量。 ——水利部授权的具有相应检测资质的第三方专业检测机构负责抽样以及对本批产品总量的确认检查。

41. 四、水资源监测设备质量检验（8） 判定规则 ——单个产品的判定 ——批量产品的判定 ——数据传输规约符合性检测的判定

42. 四、水资源监测设备质量检验（9） 检验方法 专用检验方法 依据各自产品的特点和具体产品标准规定的试验方法。 通用检验方法 外观检查 电源适应性试验 气候环境适应性试验 机械环境适应性试验 电气性能试验 抗干扰试验 防雷试验

43. 四、水资源监测设备质量检验（10） 气候环境适应性试验 受检样品处于通电状态，放置于恒温恒湿试验箱内。 在规定的低温、高温、高湿工作环境中，恒温时间不少于4h。 试验期间和试验后，进行目测检查和功能测试。

44. 四、水资源监测设备质量检验（11） 机械环境适应性检测 在正常包装状态下，所有仪器设备均应能承受运输过程中可能产生的振动、意外冲击、碰撞、跌落等。 ——振动试验 ——自由跌落试验

45. 四、水资源监测设备质量检验（12） 可靠性试验 可靠性指标可以通过可靠性专项试验进行检验或验证，也可以通过现场使用进行统计。 水位、流速、流量等计量器具可以通过周期性的计量检定来保证其运行质量的可靠性； 水质在线监测仪器现场安装完成后，应至少连续在线运行2个月，统计验证其可靠性指标； 数据采集传输设备应至少保持连续在线运行6个月，统计验证其可靠性指标。 长期稳定性指标可通过现场实际运行统计进行检验或验证。

46. 四、水资源监测设备质量检验（13） 联机测试 选择满足要求的产品进行系统集成。 出厂前，厂家或系统集成商应组织联机测试。 厂家或系统集成商组织联机测试的同时应进行产品一致性检查。 进行联机测试的产品应与型式检验合格的产品的型号、规格、外观、结构、质量特性等保持一致。

47. 四、水资源监测设备质量检验（14） 系统测试 系统安装调试后试运行前，业主或系统集成商可组织进行系统测试。 系统测试可委托具有水利部授权的相应检测资质的省级以上第三方专业检测机构按本标准的规定进行测试。

48. 五、水资源监测设备现场安装调试（1） • 建设流程 1.按照水资源管理系统的规划和可研报告，对水资源监控系统进行可研基础上的系统设计； 2.在可研的系统设计制定招标文件，进行招标或议标； 3.审查承包方的系统施工设计； 4.监理和配合承包方的施工和运行，在试运行期间检测系统功能和指标，考核是否达到设计要求； 5.在系统施工和运行期间，承包方要提供资料，接收和配合建设方的检测，对用户培训； 6.系统经过试运行合格，验收资料完整，系统由建设方或上级主管部门组织验收; 7.系统验收后，用户负责运行和管理，承包方按照合同负责技术支持和维护。

49. 五、水资源监测设备现场安装调试（2） • 注意事项 1.双信道 重要站点要双信道，信道要注意尽可能避免形式上的双信道 2.避雷 雷电的三通道，接地网，避雷针，避雷器和隔离变压器 3.传感器安装 浮子水位计，压力水位计，管道流量计，水质传感器 4.控制 要慎用远程控制

50. 五、水资源监测设备现场安装调试（3） • 为统一水资源管理系统对自动监测站的设备安装和调试工作，提出安装和调试的内容和技术要求，规范水资源管理系统在设备的安装调试的设计、建设。 • 适用于指导各级水资源监控能力建设项目自动监测站的设备安装和调试。包括各类水源地、行政边界控制断面、地下水开采井等取水排水的水量、水质、水位自动监测站的设备安装调试。