第一章 项目概述
1.1 项目背景
降雨是触发突发性地质灾害的主要因素，从地理因素看，我国是一个多山的国家，山丘区面积约占全国陆地面积的三分之二。我国主要位于东亚季风区，暴雨分布范围广;季风气候也决定了我国降雨再年内分布不均，汛期高度集中。目前，国内不少水文站监测水位及降雨量仍采用人工方式，该方式不但存在数据测量不准确、时效性不强，甚至还存在测量人员的安全问题。
因此，有效解决小流域内防灾对象的监测不到位、通信缺保障、预警不精准、信息传不快等问题成为当前洪涝灾害防御能力提升的主要目标。为进一步提高防汛抗洪决策的有效性和可靠性，国家提出建设“数字水利”的目标，全面实施水雨情远程实时监测系统建设，及时对可能或者正在发生的汛情、险情、灾情进行动态监视，以便随时了解现场情况，采取相应的预防和补救措施，促使防汛救灾工作逐步从被动抗洪向主动防汛转变。
山东仁科基于此背景，自主研发提出水雨情在线监测预警系统解决方案，利用智能水情雨情监测传感器设备，结合适配的信号传输方式，致力于解决典型的水雨情监测不到位、预警传递“最后一公里”受阻等问题，保障人民群众的生命财产安全。
1.2 建设难点
水雨情监测是水利工程和气象学中的一项重要任务，它涉及到对降雨、水位、流量等关键信息的实时观测和分析。然而，在实际操作中，水雨情监测面临着诸多难点，这些难点不仅会影响监测的准确性和时效性，也增加水利工程和气象预报的风险。
■ 雨水情监测针对性不强，存在局地暴雨测不准、防灾对象上游水位测不到的情况；
■ 通信保障率不高，公网通信中断后，灾区变“盲区”；
■ 预警对象不精准、覆盖不全，对流动人口缺乏有效预警手段；
■ 信息传递不快，“最后一公里”传递效率低，很难跑赢灾害。
■ 此外，还存在跨区域之间的信息共享和协同不够，会影响监测预警系统整体效能等诸多难题。
1.3 建设目标
在研发设计水雨情在线监测预警系统的时候，我们应该总结前人开发的经验，结合最新自控和软硬件技术，建设以信息化为基础，无缝隙、精准化、可视化、智慧型现代水雨情监测预报预警体系，打造现代公共水雨情监测服务体系，完成实现水雨情集中分布式监控和智能化预警的目标，保证系统的高稳定性、高可靠性、高安全性。
具体目标如下：
■ 实现对水雨情信息进行实时性采集，以及水位和雨量报警通知，保障系统信息的高效性、及时性、准确性、充分性；
■ 所有观测点数据通过无线网络直接传输至云平台，在云平台可视化界面中直观显示各测点水雨情信息及设备状态；在发现异常时，系统可自动发出报警信号，如：系统弹出信息、发出声音提示，向相关部门指定人员发出报警短息通知等；
■ 系统开发坚持先进、实用、稳定可靠的原则，并具备良好扩展性、兼容性和开放性，为系统后期扩展升级、向其他相关平台系统提供数据共享服务提供规范性接口；
■ 系统可以接入视频摄像头，可实时监测现场视频画面；
■ 在满足水雨情环境监测系统功能及性能要求的前提下，尽量降低系统建设成本，并不断升级和改进软硬件产品，针对各大环境监控系统都有对应的产品和方案。以“为客户提供最高性价比的方案”为设计目标来进行方案设计，综合客户需求以及扩展性要求，选择最合适的产品，降低系统造价，为客户节约项目成本；
■ 方案在设计过程中根据客户需求、项目规模等等选择合适的监控产品和技术方案实现，其采用的产品均满足简单、实用、易操作、易维护的特性，力争使系统更容易使用和维护，降低客户使用监控系统的管理和维护成本；
■ 本方案中控制协议、编解码协议、接口协议、传输协议等应符合相关国家标准、行业、标准和环保部颁布的技术规范。
1.4 设计依据
■ 《水位观测标准》GB/T 50138-2010
■ 《水文仪器基本参数及通用技术条件》GB/T 15966-2007
■ 《水文自动测报系统设备通用技术条件》GB/T 27994-2011
■ 《水文自动测报系统通信电路设计规定》SL 199-1997
■ 《水文自动测报系统技术规范》SL 61-2015
■ 《水文自动测报系统设备基本技术条件》SL/T 102-1995
■ 《水情自动测报系统运行维护规程》DL/T 1014-2006
■ 《水情自动测报系统技术条件》DL/T 1085-2008
■ 《水文仪器及水利水文自动化系统型号命名方法》SL108-2006
■ 《水利系统通信业务导则》SL 292-2004
■ 《水位测量仪器通用技术条件》GB/T 27993-2011
第二章 项目介绍
2.1 水雨情在线监测预警系统介绍
水雨情在线监测预警系统是基于物联网的“自动感知、可靠传输、智能应用”业务模式，建设统一数据采集平台，综合地理信息系统(GIS)技术、云计算技术、人工智能技术、无线传输技术而设计的一款智能水雨情监测预警系统。系统采用无线传输方式上传云端平台，轻松实现全天候自动远程监测，能够完整的记录各场所数据的动态变化过程，实现水雨情的信息化管理。
该系统由水雨情实时监测系统、水雨情智能预警系统以及综合环境监控云平台组成。通过各种专业水雨情监测设备（雷达流量计/液位计、雨量计、水质监测传感器）对监测区域内水位、流量、降雨量、水质等要素及现场图像视频进行全天候采集，以4G/RJ45网口无线传输的方式将数据实时输送至环境监控云平台，进行统一分析和处理。平台具有自动水雨情监测、实时数据显示、实时图像显示、智能远程告警、数据分析存储等功能，能够帮助管理人员及时掌握该区域水雨情状况，从而及时做出管理决策；同时对监测数据进行分析判定，向附近的入户报警器和一体化预警广播发送预警信息，不仅解决了当前人工巡检方式无法实现24小时不间断监控的问题，而且可以为防汛工作人员提供实时直观的水雨情信息以及恰当的预警分析支持手段。
本系统施工部署非常简便，细节考虑周到，扩容方便。所有的传感器设备都采用4G/RJ45网口无线传输方式上传平台，避免了敷设线路的麻烦；监控管理平台也 非常人性化，界面友好、操作简单、功能全面。实现了即插即用系统集成扩容的平滑过渡，这样需求方可以根据自身的需求和投资预算进行项目的投资，不会造成重复投资浪费。
2.2 水雨情在线监测预警系统拓扑图
2.3 水雨情在线监测预警系统优势
■ 专注所以专业
我司多年来一直专注于环境监测这个行业，力争为客户提供最好的、最高性价比的环境监测产品和解决方案，是环境监测行业的知名厂商。具有完备的产品和解决方案，供应地区300+、服务全球110k+客户。
■ 专业传感器，精准监测
系统均采用高精度传感器，测量范围广，准确度高，确保产品优异的可靠性、高精度和互换性。
■ 提供免费云平台，功能强大
平台采用B/S架构，维护和升级方式简单，最少支持1000个采集设备的监控和管理，采用专业的数据库，稳定可靠、易于扩展，支持软、硬件分层，支持多级用户管理权限。具备多级别告警方式，支持语音、短信、邮件和现场声光报警方式。云平台自动收集水雨情监测站上传的监测数据，通过GPS地图、列表、图标、曲线的方式在平台页面端显示，满足用户对实时监测信息的多维度、多层面查看数据。
■ 布线简洁，容易维护
整个系统集软硬件一体化设计，高度集成，使用寿命长。水雨情监测站中的传感器设备设有独立线标，根据线标一一对插，安装省时省力。设备之间相互独立通信，若设备故障，可快速判断，无需爬高、无需大范围拆卸。
■ 一体多能，按需配置
水雨情在线监测预警系统配置雷达流量计/液位计、雨量计以及诸多水质传感器设备，可实时监测水位、流量、总雨量、瞬时雨量、日雨量、当前雨量、水质等多种要素，用户可根据自己的实际需求进行搭配使用。
■ 跨区域统一管理
通过设立统一监控管理站，对分布在不同区域的多个设备和信息进行全数字化集中监控管理，满足现代化水雨情环境监测站点统一监管需要。
■ 多种管理方式
系统支持Web端、移动端多种管控方式。也可以通过现场监测站内置7寸电容触摸屏，配置参数。
■ 具有丰富的自动告警方式
系统支持电话、短信、邮件，入户式播报、户外语音广播等告警方式，并具有多种告警方式可以选择，满足绝大多数用户的需求。并且可灵活设置报告数据的间隔，减少系统正常时发送的普通数据，而在异常发生时可以及时将报警事件通知到监控中，从而保证了系统报警的实时性和可靠性。
■ 软硬件产品集成度高
系统软硬件产品根据行业发展的需要，与时俱进，不断更新换代对应的产品，剔除过时及冗余的功能，不断集成有效的新功能，使产品具备越来越高的集成度，给客户提供更高性价比的产品。
■ 支持定制
我司在设计方案时从客户使用的角度出发，集成了很多比较实用的功能，也可根据客户需求定制方案，做到在应用和维护尽可能方便省心。
第三章 水雨情实时监测系统
山东仁科水雨情实时监测系统主要由主要由雷达流量计/雷达液位计、翻斗式雨量计、水质监测传感器、防水电控箱（智能水雨情主板+7寸触摸屏（选配）+视频字符叠加器（选配））、供电系统、摄像头以及立杆支架组成。
系统综合利用采集控制技术、计算机软件技术、远程通讯技术等，通过在监测现场部署水雨情数据采集终端设备，能够24h连续采集流量、液位、降雨量、水质等多种要素，多种测量要素可自由搭配。搭配后端综合环境监控云平台，实现数据智能化采集和一体化上传，并通过各种报警方式及时发布告警信息，完全实现监测现场无人值守。搭配太阳能电池板和蓄电池，支持市电与太阳能双供电，用于野外测量，解决供电问题，能够保证在野外恶劣的气象环境下常年不间断工作，为居民居住环境安全提供综合全面的保障。
3.1 流量液位监测
3.1.1 雷达流量计
我司自主研发的雷达流量计（型号：RS-RAD-N01-3），可配合本公司水雨情立杆、主机使用。采用485通信，标准 ModBus-RTU 通信协议，最远通信距离2000 m，主要应用于水渠、河流等需要流量监测的场合。
3.1.1.1 功能特点
■ 非接触式测量，免受泥沙影响以及维护简单；
■ 可检测水流速度、水位高度、水量以及流量；
■ 485通信，标准 ModBus-RTU 通信协议；
■ 10-30V直流宽电压供电；
■ 防水设计可用于室外。
3.1.1.2 技术参数
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名称 |
参数 |
雷达流量计
型号：RS-RAD-N01-3
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供电：DC 10-30V |
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最大功耗：1.3W |
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工作温度：40℃~+80℃，0%RH~95%RH（非结露） |
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测速发射频率：24.00~24.25GHz |
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测速范围：0.1 ~20m/s |
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测速精度：±2% |
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速度分辨率：0.01m/s |
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测距发射频率：76GHz~81GHz |
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测距范围：0.1 ~ 65m（仅测量水位时最大量程） |
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测距精度：±1mm |
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测距分辨率：1mm |
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使用高度：0~5m |
3.1.2 雷达液位计
雷达水位计（型号：RS-RAD-N01-1），是指工作在76-81GHz的调频连续波(FMCW)雷达产品。产品最大量程可以达到70m, 盲区在10 cm以内。由于它工作频率更高，带宽更大，测量精度更高。产品提供支架的固定方式，配合本公司水雨情立杆、主机使用。
3.1.2.1 测量原理
雷达液位计天线发射较窄的微波脉冲，经天线向下传输。微波接触到被测介质表面后被反射回来再次被天线系统接受和处理,传输信号经电子信息处理单元自动转换成液位信号（因为微波传输速度极快,电磁信号到达目标并经反射返回接收器这一过程几乎是瞬间完成的）。
3.1.2.2 功能特点
■ 基于自研的 CMOS 毫米波射频芯片，实现更紧凑的射频架构，更高的信噪比，更小的盲区；
■ 工作带宽大，使产品拥有更高的测量分辨率与测量精度；
■ 最窄 6°天线波束角，安装环境中的干扰对仪表的影响更小，安装更为便捷；
■ 一体化透镜设计，体积精巧，便于安装；
■ 功耗低，寿命时间长。
3.1.2.3 技术参数
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参数 |
雷达液位计
型号：RS-RAD-N01-1
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供电：DC10-30V |
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最大功耗：0.2W |
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发射频率：76GHz~81GHz |
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测量范围：0.1 m ~65m |
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测量精度：±1mm |
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波束角：6° |
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变送器元件耐温及湿度：-40℃~+80℃，0%RH~95%RH （非结露） |
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通讯协议：RS485输出 |
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防护等级：IP67 |
3.2 雨量监测
翻斗式雨量计（型号：RS-YL-N01-4）是一种水文、气象仪器，用于测量自然界降雨量，同时将降雨量转换为以开关量形式表示的数字信息量输出，以满足信息传输、处理、记录和显示等需要。
本仪器为降水量测量一次仪表，其性能符合国家标准 GB/T 21978.2－2014《降水量观测要求》要求。其中核心部件翻斗采用了三维流线型设计，使翻斗翻水更加流畅，且具有自涤灰尘、容易清洗的功能。脉冲转485信号输出，可直接读取降雨量，无需二次计算，简单方便。
3.2.1 测量原理
雨水从最上端的承雨口进入承水器，落入引水漏斗，经漏斗口流入翻斗，当积水量达到一定高度时，翻斗失去平衡翻倒；将水倒出，随着降雨持续，将使翻斗左右翻转，接触开关将翻斗翻转次数变成电信号，送到记录器，在累积计数器和自记钟上读出降水资料，如此往复即可将降雨过程测量下来。
翻斗式雨量计的感应原件为干簧管,也叫磁簧开关,内部是由两片未导通的磁簧片密封在玻璃管内,当感应到外部磁场通过时,两片磁簧片会吸合导通电路。翻斗式雨量计翻斗上装有恒磁钢,干簧管支架上装有干簧管,仪器出厂时磁钢与干簧管均已调整在合适的耦合距离上,使仪器输出信号与翻斗翻转次数有确定的比例关系。
3.2.2 功能特点
■ 翻斗式雨量计桶口口缘呈刃口状，内径尺寸Φ200mm，符合GB/T21978-2014国标的要求，可附带水利部水文仪器及岩土工程仪器质量监督检验测试中心的检测报告，能确保监测的精准度。
■ 采用一体化设计，可采集总雨量、瞬时雨量、日雨量、当前雨量四种要素，也可根据需求选配十要素型翻斗式雨量计（当天降雨量、瞬时降雨量、昨日降雨量、总降雨量、小时降雨量、上个小时降雨量、24h最大降雨量、24h最大降雨量时段、24h最小降雨量、24h最小降雨量时段）。
■ 翻斗式雨量计外壳采用不锈钢材质，不惧老化，更适应野外恶劣环境。
■ 本仪器由外壳、过滤器、集雨器、漏斗、翻斗、接线端子、腿部支架、干簧管、控制盒、雨量计底座等组成。其中，雨量计底座上安装有翻斗轴、圆水平泡、干簧管支架和信号输出端子。与其它翻斗式雨量计不同，我司设备的翻斗轴套为一体化定位结构，翻斗通过翻斗轴安装在轴承中，出厂时内部结构装配完成，不需要再进行内部结构的现场安装，现场安装更加方便。
■ 内部翻斗采用三维流线设计，使翻斗翻水更加流畅，且具有自涤灰尘容易清洗的功能。下垂式弧面导流尖，其造型美观流畅，翻水性能更好。
■ 其翻斗部件支承系统制造精良，摩阻力矩小，因而翻斗部件翻转灵敏，性能稳定，工作可靠。
■ 为防止树叶等杂物阻塞雨量下流，翻斗式雨量计在漏斗处设计留有网孔，使滞水产生的误差性小。
■ 产品采用冲压加强筋设计，强度更大，不易变形，测量更精准。
■ 我司雨量计设备类型齐全，且全系列均支持项目个性化定制，能够满足用户多元化需求。
3.2.3 监测要素说明
翻斗式雨量计默认四雨量要素说明：
■ 瞬时雨量：以当前时刻为基准，往前1分钟的雨量；
■ 日雨量：从昨日0时到昨日23点59分的雨量；
■ 当前雨量：从今日零时到当前时刻的雨量；
■ 累计雨量：从设备安装好一直计量到当前时刻的雨。
注：以上断电会清零
翻斗式雨量计升级版十要素说明：
■ 当天降雨量：从凌晨零点到现在的降雨量，雨量计断电后不清0。
■ 瞬时降雨量：上位机发问询指令，查询两次问询间隔之间的降雨量。
■ 昨日降雨量：昨日24h内的降雨量，雨量计断电后不清0。
■ 总降雨量：传感器上电后的总降雨量，雨量计断电后不清0。
■ 小时降雨量：以9点50分举例子，小时降雨量是指09:00~09:50分的本小时时间段内的降雨量，雨量计断电后清0。
■ 上个小时降雨量：以9点50分举例子，上个小时降雨量是指08:00~09:00这个时间段内的降雨量，雨量计断电后清0。
■ 24h最大降雨量：是指的从凌晨零点到现在的降雨量中，以整个小时为单位，单个小时的最大降雨量。
■ 24h最大降雨量时段：是指的从凌晨零点到现在的降雨量中，以整个小时为单位，最大降雨量对应的整个小时时间段。
■ 24h最小降雨量：是指的从凌晨零点到现在的降雨量中，以整个小时为单位，单个小时的最小降雨量。
■ 24h最小降雨量时段：是指的从凌晨零点到现在的降雨量中，以整个小时为单位，最小降雨量对应的整个小时时间段。
3.2.4 技术参数
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名称 |
参数 |
翻斗式雨量计
型号：RS-YL*-*-4-*
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供电范围：4.5~30V |
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最大功耗：0.24W |
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雨量计筒直径：Φ200mm |
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信号输出：RS485 |
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分辨率：0.2mm/0.5mm（可选） |
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刃口锐角：40°～45° |
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工作温度：0～+55℃ |
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工作湿度：<95%（40℃） |
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储存温度：-40～+125°C |
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储存湿度：＜80%（无凝结） |
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测量误差：≤±3% |
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雨强范围：0mm～4mm/min，允许通过最大雨强8mm/min |
3.3 水质监测
本系统中水质监测板块以水质传感器设备为核心，结合现代的信息控制与处理、人工智能、自动化、物联网及多媒体等技术，主要监测区域内水体环境中污染物的种类、各类污染物的浓度及变化趋势。包括对水质PH、电导率、溶解氧、氨氮、余氯、浊度、ORP、COD、悬浮物、叶绿素、蓝绿藻、各离子（钠离子、钾离子、硝酸根离子、氯离子、钙离子、铵离子、亚硝酸根离子、镁离子）等参数进行实时监测，同时，将采集的数据无线传输到平台端，实现数据的远程查看和设备的远程管理，并对区域内水质变化趋势进行有效的预测预警、智能处理，也可以根据实时水质参数之间的关联组合表现水质的综合指数，为决策人员提供大量客观详实的有效数据和判断依据，从而达到水环境保护、水污染控制以及维护水环境健康等重要作用。
3.3.1 水质PH监测
监测意义：PH值是水质的重要指标之一，不仅直接影响鱼类的生理活动，而且还通过改变水体环境中其他理化理化及生物因子间接作用于鱼类。水中PH值是随所水域的温度变化而实时变化的，而水域温度是随气象变化而变化的，所以测量水域中PH须使用带自动温补的电极变送器。
监测内容：针对水质PH、温度的连续监测实时告警。
监测效果：通过水质PH变送器对水体中PH数值以及水温进行实时监测，针对不同的使用环境，我们有常规复合电极、平面脱硫电极、电镀电极、锑电极等不同类型供用户自行选择。变送器通过RS485智能接口及通讯协议接入采集器，然后通过4G/RJ45网口将数据无线上传至环境监控云平台。当任一水域中PH、温度值超过设置的上下阈值时，系统自动触发短信、语音、邮件告警，通知管理人员紧急处理。
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设备 |
技术参数 |
水质PH变送器
型号：RS-PH-N01-3
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直流供电（默认）：DC 7~30V |
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最大功耗：0.3W |
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通信接口：RS485；标准的ModBus-RTU协议 |
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通信波特率：默认4800（1200、2400、4800、9600、19200、38400、57600、115200可设） |
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PH测量 |
范围：0~14.00PH |
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分辨率：0.01PH |
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误差：±0.15PH |
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重复性误差：±0.02PH |
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温度测量 |
0~+60℃ |
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分辨率：0.1℃ |
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误差：±0.5℃ |
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变送器元件耐温：0~+80℃ |
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耐压：0.6MPa |
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线长：默认5m（其余长度可定制） |
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电极使用周期：6-12个月 |
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防护等级：IP68 |
3.3.2 水质电导率监测
监测意义：通过测量水域的电导率来判断水质的好坏。电导率是指单位长度内的电流通过单位横截面积所需的电压降。它与水域中的溶解性固体、液体和气体的含量有关，一般来说，水域的导电率越高，说明其中溶解性固体、液体和气体的含量越高，水质越差。
监测内容：用于水溶液中电导率（EC）值的连续监测与实时告警。
监测效果：通过水质EC变送器对电导率、温度、盐度、TDS进行实现监测，针对不同的使用环境，有沉入式安装与管道安装两种不同的安装方式。变送器通过RS485智能接口及通讯协议接入采集器，由4G/RJ45网口将数据无线上传至环境监控云平台进行实时监测。当任一水域中电导率、温度、盐度、TDS值超过设置的上下阈值时，系统自动触发短信、语音、邮件告警，通知管理人员紧急处理。
监测功能：水质电导率变送器是测量溶液电导率值的设备,具有自动温度补偿功能，可将当前温度电导率补偿到指定温度。
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设备 |
技术参数 |
一体式EC变送器
型号：RS-EC-N01-3
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直流供电（默认）：DC 10~30V |
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最大功耗：0.4W |
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信号输出：RS485，标准的ModBus-RTU协议 |
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通信波特率：默认4800（1200、2400、4800、9600、19200、38400、57600、115200可设） |
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电导率 |
测量范围 |
电极常数K=1：1 ~ 2000μs/cm
分辨率：0.1μs/cm |
电极常数K=10：10 ~ 20000μs/cm
分辨率：1μs/cm |
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误差：±1%FS |
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温度 |
测量范围：-5~+80℃ |
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分辨率： 0.1℃ |
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测量误差：±0.5℃ |
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补偿范围： -5~+80℃（默认补偿温度 25℃） |
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补偿范围：默认0.02 |
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盐度 |
测量范围：K=1：0~1000ppm；K=10：0~11476ppm |
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TDS |
测量范围：K=1：0~1100ppm；K=10：0~13400ppm |
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设备工作条件：环境温度：-20 ~ +80℃ |
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电极线长：默认5m（其余长度可定制） |
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电导率电极防护等级：IP68 |
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耐压：0.6MPa |
3.3.3 溶解氧监测
监测对象：溶解氧（DO）是指溶解于水中的氧的含量，它以每升水中氧气的毫克数表示，是水质重要指标之一，也是水体净化的重要因素之一，溶解氧饱和度高有利于对水体中各类污染物的降解，从而使水体较快得以净化；反之，溶解氧饱和度低，水体中污染物降解较缓慢。也就是说，水域中溶解氧的含量越高，说明水质越好。
监测内容：适用于维护不便利且需要长期监测水中溶解氧饱和度、浓度、温度的场景。
监测效果：通过安装水质溶解氧变送器对水域中溶解氧饱和度、浓度、温度进行实时监测，膜头采用荧光法测量原理，不消耗氧，无需电解液，无需标定，响应时间快，测量结果稳定，对流量没有要求，无干扰，减少清洗频率，维护量低。变送器通过RS485智能接口及通讯协议接入采集器，然后由4G/RJ45网口将数据无线传输至环境监控云平台进行实时监测。当任一水域中溶解氧饱和度、浓度、温度超过设置的上下阈值时，系统自动触发短信、语音、邮件告警，通知管理人员紧急处理。
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设备 |
技术参数 |
荧光法溶解氧变送器
型号：RS-LDO-N01
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直流供电（默认）：DC 10~30V |
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功耗：0.2W |
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通信接口：RS485，标准的ModBus-RTU协议；通信波特率：默认4800（2400、4800、9600可设）。 |
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测量原理：采用荧光法测量原理 |
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溶解氧 |
测量范围：0~20mg/L（0~200%饱和度） |
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测量误差：±3%FS；±0.5℃（25℃） |
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分辨率：0.01mg/L；0.1%；0.1℃ |
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响应时间：≤60s |
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设备工作温度：0~+40℃ |
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荧光膜寿命：正常使用1年 |
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电极线长：默认5m |
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防水等级：IP68 |
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外壳材质：耐腐蚀塑料、不锈钢 |
3.3.4 氨氮监测
监测意义：氨氮是指水中以游离氨（NH3）和铵离子（NH4+）形式存在的氮，是环境水体污染中重要监测指标之一。当水体氨氮浓度较高时，会导致水体富营养化，进而造成一系列的严重后果。水体中的分子氨浓度过高时会使鱼虾产生毒血症，长期的氨氮偏高则将影响鱼虾的生长繁殖，严重性的将中毒至死亡。水中的氨氮在一定条件下还会转化为亚硝酸盐，如果长期饮用，水中的亚硝酸盐容易和蛋白质结合形成亚硝胺，对人体健康也极为不利。
监测内容：用于中对氨氮、PH、温度的长期监测实时告警。
监测效果：通过安装水质氨氮离子变送器对水中铵离子含量进行实时监测，变送器通过RS485智能接口及通讯协议接入采集器，由4G/RJ网口将数据无线上传至环境监控云平台进行实时监测。当任一水域中氨氮、PH、温度值超过设置的上下阈值时，系统自动触发短信、语音、邮件告警，通知管理人员紧急处理。
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设备 |
技术参数 |
氨氮离子变送器
型号：RS-NHN-N01-3/4
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直流供电（默认）： DC 10~30V |
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功耗：0.3W |
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通信接口：RS485，标准的ModBus-RTU协议；通信波特率默认为4800 |
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氨氮 |
浓度测量范围：0-10mg/L，分辨率0.01mg/L；
0-100mg/L，分辨率0.01mg/L；0-1000mg/L，分辨率0.1mg/L |
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测量误差：-3：±3%FS -5：±5%FS |
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PH |
测量范围：0-14PH |
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误差：±0.15PH |
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温度 |
测量范围：-20 ~ +80℃ |
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误差：±0.3℃ |
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重复性误差：1% |
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响应时间：<30s |
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设备适用温度：0~+50℃ |
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设备耐压：0.2MPa |
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电极使用周期：PH电极6~12个月；氨氮电极3~6个月 |
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设备线长：默认5m （10m、15m、20m可定制） |
3.3.5 余氯监测
监测意义：余氯指氯投入水中后，除了与水中细菌、微生物、有机物、无机物等作用消耗一部分氯量外，剩余的一部分氯量。水中余氯的量旨在保护人身安全健康，余氯含量如果过低，导致管网末端细菌滋生，无法达到预期的消毒效果，水质恶化无法使用。如果含量过高,氯化物过高含量对人身体健康也是有害的。
监测内容：用于对水域中余氯浓度的在线监测与实时告警。
监测效果：通过在水域安装水质余氯变送器对余氯浓度进行实时监测，变送器通过RS485智能接口及通讯协议接入采集器，由4G/RJ45网口将数据无线上传至环境监控云平台进行实时监测。当某一水域中余氯值超标时，系统自动触发短信、语音、邮件告警，通知管理人员紧急处理。
监测功能：水质余氯变送器是一款测量水体余氯浓度（次氯酸、次氯酸根浓度）的设备。采用先进的非膜式恒电压传感器，无须更换膜片与药剂。具有测量精度高、工作寿命长和无需频繁校正等优点。
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设备 |
技术参数 |
一体式余氯变送器
型号：RS-CL-N01-3
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直流供电（默认）： DC 7~30V |
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功耗：0.19W |
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信号输出：RS485，标准的ModBus-RTU协议；通信波特率默认为4800 |
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余氯 |
浓度测量范围：0-10mg/L，分辨率0.01mg/L
0-2mg/L，分辨率0.01mg/L |
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误差：±5%FS |
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重复性误差：±0.05mg/L |
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响应时间：<30s |
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设备工作条件：环境温度：0~+50℃；PH：4-9；流速：30～60L/h |
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耐压：0.6MPa |
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防护等级：IP68 |
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变送器使用周期：1年 |
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变送器线长：默认5m （10m、15m、20m可定制） |
3.3.6 浊度监测
监测意义：浊度是天然水和用水的一项非常重要的水质指标，也是水可能受到污染的重要标志。水域异常浑浊，浊度超标，说明水中含有大量的矿物质，这样的水是不适合直接饮用的。此外，浑浊的水会妨碍光线向水体中的透射，减少透光层深度，影响水生生物和鱼类的生存，也不利于水中生物的存活。
监测内容：用于对水域中浊度、温度的长期监测实时告警。
监测效果：通过安装浊度变送器对水的浊度、温度进行实时监测，变送器通过RS485智能接口及通讯协议接入采集器，由4G/RJ45网口将数据无线上传至环境监控云平台进行实时监测。当某一水域中浊度、温度值超标时，系统会自动触发短信、语音、邮件告警，通知管理人员紧急处理。
监测功能：设备采用国外成熟的90°散射光原理，使用红外LED光源、光纤传导光路的设计方法；内部增加滤光算法，抗外界光干扰能力强。内置温度变送器，可以自动温度补偿，适合在线长期监测环境使用。
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设备 |
技术参数 |
浊度变送器
型号： RS-ZD-N01-*
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测量范围：0.00~50.00NTU;0.0~200.0NTU；
0.0~1000.0NTU ;0~4000NTU |
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测量误差：±5%FS（25℃）；±0.5℃ |
分辨率：0.00~50.00NTU 量程：0.01NTU；
0.0~200.0NTU 量程：0.1NTU；
0.0~1000.0NTU 量程：0.1NTU；
0~4000NTU 量程：1NTU；
温度：0.1℃ |
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响应时间：≤30s |
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工作条件：0～+40℃ |
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供电：DC 10~30V |
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功耗：0.2W |
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通信接口：RS485；标准的ModBus-RTU协议；通信波特率：默认4800（2400、4800、9600可设） |
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测量原理：90°光散射法 |
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防护等级：IP68 |
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使用寿命：正常使用2年 |
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外壳材质：耐腐蚀塑料 |
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电极线长：默认5m |
3.3.7 ORP监测
监测意义：通过测量水域中氧化还原电位的变化来判断其水质的好坏。氧化还原电位是指反应体中氧化剂和还原剂之间电子转移的能力，它与水域中氧化剂与还原剂的浓度有关。如果水域中氧化剂的浓度过高或者还原剂的浓度过低，则说明水中可能有污染物的存在。
监测内容：用于水域监测中氧化还原电位的在线监测与实时告警。
监测效果：通过安装水质ORP变送器头对水体氧化还原电位变化进行实时监测，变送器通过RS485智能接口及通讯协议接入采集器，由4G/RJ45网口将数据无线上传至环境监控云平台进行实时监测。当某一水域中ORP值超标时，系统自动触发短信、语音、邮件告警，通知管理人员紧急处理。
监测功能：山东仁科水质ORP变送器是一款测量水溶液氧化还原电位变化的设备，采用高纯度铂金制成的ORP复合电极，具有极强的抗酸碱能力和抗氧化能力，测量精度高、响应快、稳定性好，电极可根据温度自动补偿。
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设备 |
技术参数 |
工业ORP变送器
型号：RS-ORP -*-2
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直流供电（默认）： DC 10~30V |
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功耗：0.6W |
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通信接口：RS485，标准的ModBus-RTU协议；通信波特率：2400、4800、9600可设 |
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ORP |
测量范围：-1999 ~ 1999mV |
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测量误差：±1mV |
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分辨率：1mV |
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ORP电极工作温度：0 ~ +80℃ |
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ORP电极耐压：0.6MPa |
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设备工作条件：环境温度：0~+60℃ 相对湿度：<85%RH |
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电极使用周期：1年左右，老化后应及时更换新的电极 |
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电极线长：默认5m （10m、15m、20m可定制） |
3.3.8 COD监测
监测意义：COD是化学需氧量，是污水监测必测项目之一，是一种重要且能较快测定有机污染物参数的设备。
监测内容：用于水域中化学需氧量的在线监测实时告警。
监测效果：通过安装COD变送器对水中化学需氧量进行实时监测，变送器通过RS485智能接口及通讯协议接入采集器，由4G/RJ45网口将数据无线上传至环境监控云平台进行实时监测。当某一水域中COD值超标时，系统自动触发短信、语音、邮件告警，通知管理人员紧急处理。
监测功能：设备采用紫外吸收法，变送器体积小巧，集成内部自清洁，表面采用防腐处理；反应分析速度快，不需要化学试剂，使用国外进口的深紫外UV LED冷光源，发光测量寿命长，同时采用550nm补偿光源，有效的消除浊度和色度对变送器测量带来的影响，具备更高的可靠性。是测量溶液电导率值的设备，具有自动温度补偿功能，可将当前温度电导率补偿到指定温度。
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设备 |
技术参数 |
自清洁COD变送器
型号： RS-COD-N01-2
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直流供电（默认）： DC 12~30V |
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功耗：0.6W（常态）；4.5W（自清洁系统工作时） |
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通信接口：RS485；标准的ModBus-RTU协议；通信波特率：默认4800 |
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测量原理：双波长紫外线吸收法 |
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COD |
量程范围：0~500mg/L equiv.KHP |
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测量误差：±5%FS equiv.KHP（25℃） |
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分辨率：0.1mg/L |
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温度分辨率：0.1℃ |
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温度误差：±0.5℃ |
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重复性：±1%FS equiv.KHP（25℃） |
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响应时间：≤20s |
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设备工作条件：0~+40℃ |
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防护等级：IP68 |
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流速：<3m/s |
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耐压：＜0.1MPa |
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推荐维护和校准频率：3个月 |
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自清洁系统寿命：18个月 |
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外壳材质：耐腐蚀塑料、不锈钢 |
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电极线长：默认5m可定制 |
3.3.9 其他水质要素监测
监测内容：包括对水中悬浮物、叶绿素、蓝绿藻、各离子（钠离子、钾离子、硝酸根离子、氯离子、钙离子、铵离子、亚硝酸根离子、镁离子）等其他水质监测要素的在线监测与实时告警。
监测效果：通过在监测水域放置各种水质变送器对水体环境进行实现监测，变送器通过RS485智能接口及通讯协议接入采集器，再由4G/RJ45网口将数据无线上传至环境监控云平台进行实时监测。当某一水域中任一数值超标时，系统自动触发短信、语音、邮件告警，通知管理人员紧急处理。
3.4 防水电控箱
水雨情监测站防水电控箱采用高强度钣金箱体及白色喷塑防锈，外观美观，耐长期雨雪、太阳辐射，适应温度范围宽。内有精心设计的散热格栅、气流通道，确保阳光直射下箱体内部温度恒定，更好的保护内部智能气象主板和7寸触摸屏等设备。
3.4.1 智能气象主板
智能气象主板（水雨情专用主板）安装于电控箱内部，通过4G/RJ45网口（二选一）方式将来自水雨情监测设备的数据上传至环境监控云平台。除此之外，该设备还带有一路ModBus-RTU从站接口，支持外部设备通过ModBus-RTU协议问询监测站中的数据。设备可发出无线WiFi信号，且我司提供专业APP配置工具，手机端链接设备发出的WiFi信号，即可进行参数配置。
3.4.2 7寸触摸屏（选配）
根据用户需求，可选择带视窗的电控箱，通过视窗可以直观的看到监测站数据及内部结构工作状态，增加视窗之后仍可达到IP65防护等级。
触摸屏采用全彩显示画面，实时显示监测数据，可触摸修改参数配置、报警上下限等，支持定制，可免费帮助用户修改LOGO及页面功能。
3.4.3 网络视频字符叠加器（选配）
网络视频字符叠加器（型号：RS-ZF-ETH）是我司专为市面通用标准ModBus-RTU通讯模式 485设备研发的一款适用于高清网络摄像机的设备。用户可根据实际需求将此产品连接485设备，简单配置叠加器后，高清网络摄像机视频画面上会叠加显示相应字符信息。
功能特点：
■ 产品可同时处理多台摄像机字符信息，最多可同时支持4台摄像机叠加；
■ 可接入多台485设备，最多可接入16台485设备；
■ 独立软件配置，功能强大，界面简洁，操作简单；
■ 摄像头底层协议对接，不影响原有视频信号；
■ 字符显示位置全显示屏可调；
■ 支持任意中文、英文、标点显示，（显示数量与摄像头有关）；
■ 摄像头实时显示监视现场的数据变化；
■ 支持DC10~30V宽电压输入。
3.5 供电系统
水雨情监测站支持三种供电方式分别是220V市电供电、太阳能板+蓄电池供电、双供电。
■ 220V市电供电
水雨情监测站可直接220V市电供电。
■ 太阳能+蓄电池供电
选择太阳能板+蓄电池供电方式可在阴雨天连续工作7天（蓄电池充满电），保障设备在野外可以正常运行。
■ 双供电
双供电方式，即220V市电与太阳能板+蓄电池双供电方式，在使用过程中优先市电供电，当市电断电后太阳能板和蓄电池才提供供电，双重保障。
3.6 显示屏
水雨情监测站可选配LED显示屏，默认点阵96*48（最大点阵数 1024*256）。
3.7 支架
水雨情监测站主杆采用3m高屈服强度碳钢，特有的防锈耐腐蚀工艺，能够长期用于恶劣的户外环境。
当现场无法采用混凝土浇灌底座时，可以采用地笼安装，在地下放入地笼固定支架，即可达到与膨胀螺丝安装时相近的抗风强度。
第四章 水雨情智能预警系统
我司为用户提供监控云平台，平台支持实时查看监测数据，数据可以通过图形化界面、列表等方式反映。用户可根据监测场景设置设备告警值，当某个/多个测点的位移超过设置的告警值时，平台便会以电话、短信、微信、邮件、页面数据变红、弹窗、声音等多种方式远程发出报警，以便在危险来临之前及时疏散人群，减免损失。此外，为保障系统报警的及时性与有效性，系统配置入户式报警器以及室外预警广播站两种现场报警装置，能够有效解决“报警最后一公里”传递困难等问题，在发生危险时及时通知居民，减少居民生命财产损失。
4.1 入户式4G报警器
山东仁科入户式4G报警器适用于洪涝、泥石流、积水等灾害多发地区，直接安装于居民家中使用，是集实时监测、信息显示、多时段声光报警功能的监测报警设备。其中，在水雨情监测设备将采集到的信息上传至云平台服务器后，报警器从云平台服务器获取到相关数据并实时显示在看板屏幕上，来实现预警信息准确及时入户；支持不同级别的声光报警，当监测数值超过设定的危险警戒值时设备会及时发出报警声，警示居民做好防汛（转移）准备，从而保障居民人身财产安全。同时设备还具有居民常用的日历、时钟、实时通信状态。
4.1.1 结构组成
山东仁科入户式4G报警器由电子显示屏主控、4G语音报警器、扩音器（默认内置型，可选配外接室外扩音器、外接室内扩音器）、声光报警器（选配）等组成。
4.1.2 功能特点
■ 多要素信息显示
山东仁科入户式防汛报警器，搭配水雨情监测站等仪器设备使用，屏幕可实时显示多种灾害要素：包括降雨量、水位、液位等（屏幕显示要素可自行更换），全方位保障居民安全。
■ 多方式报警
设备支持声光报警、短信转语音播报、电话喊话播报、云平台下发播报等多种报警方式。支持进行音量、语速调节以及暂停报警等操作；支持某一时间段报警，可自定义时间段。
【人工电话喊话播报】 【短信转语音播报】 【云平台下发播报】
■ 可连接扩音喇叭、声光报警器
入户式4G报警器一般默认内置扩音器、喇叭，用户根据实际使用情况可以选配外接室内型扩音喇叭或者室外型扩音喇叭。
■ 碰一碰蓝牙配置
可通过“碰一碰蓝牙配置”APP进行配置和读取实时值，方便快捷，同时支持云平台下发设置。
■ 设备支持移动、联通、电信三种运营商手机卡，用户可根据需要自行选择。
4.1.3 技术参数
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参数名称 |
参数 |
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供电 |
DC 9-30V（建议使用 12V） |
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功耗 |
喇叭未工作时3W，喇叭处于工作状态时最大功耗约21.2W |
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使用环境 |
工作温度-20℃~+60℃，0%RH~95%RH 非结露 |
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配置方式 |
手机蓝牙配置 |
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通讯接口 |
4G方式上传 |
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时间误差 |
≤5min（运行一年） |
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安装方式 |
壁挂安装 |
4.2 室外预警广播站
山东仁科室外预警广播站，预警对象以自然村或相邻村组为单元选择预警范围，是一种可人工实时报警、可远程喊话紧急报警、可监测关联设备报警的多功能产品设备。配合我司灾害类物联网在线监测设备的使用，可实现远程喊话、语音、邮件等多种危险预警方式，具有一定的报警覆盖范围，可使用于受威胁人口集中区解决预警时间短，预警的“最后一公里”传递困难等实际问题，使其更加容易应对突发灾害等紧急情况。该设备安装方便，简单便捷，容易调度。防水防尘等级达 IP65，可在室外长期使用，可靠而稳定的监测云平台数据。
4.2.1 结构组成
本方案中室外监测预警站由光报警模块、4G语音报警器、语音报警模块连接件、2m专用安装立杆以及太阳能供电系统组成。
4.2.2 功能特点
■ 支持多种告警方式
山东仁科室外预警广播站具有声光报警、短信转语音播报、电话喊话播报、现场一键报警以及云平台下发播报等多种告警方式。设备支持设置白名单，通过人工拨打设备电话进行远程喊话；支持发送短信远程播报，可将接收的文字信息转化为语音，并能实现短信语音的重复播放；支持某一时间段报警，可自定义时间段。
【电话喊话播报】 【短信转语音播报】
【云平台下发播报】
■ 音量、语速可调节
设备报警音量可调节、语速可调节，同时支持自定义编辑语音播报内容。
■ NFC方式配置，并提供专业配置APP
支持通过手机 NFC“碰一碰”进行配置和读取实时值，可设置语音报警模块状态、音量大小、白名单号码、云平台取数状态等，同时以上功能还可通过云平台进行配置。
■ 4G数据实时上传
设备支持4G获取实时数据进行监测，最大支持同时获取8组，支持上传报警器实时播报状态、播报音量大小、信号强度、供电电压等信息至服务器平台端；支持远程获取平台节点实时数据及超限、离线状态触发语音广播播报。
4.2.3 技术参数
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参数名称 |
参数 |
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供电 |
DC 9-30V（建议使用 12V） |
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功耗 |
喇叭未工作时 0.5W，喇叭处于工作状态时最大功耗约 21.2W |
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使用环境 |
工作温度-20℃~+80℃，0%RH~95%RH 非结露 |
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配置方式 |
NFC 配置 |
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通讯接口 |
4G 方式上传，ModBus-RTU 通讯 |
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防水等级 |
IP65 |
第五章 综合环境监控云平台
5.1 概述
综合环境监控云平台（www.0531yun.com）以先进的信息采集系统、物联网、云平台、大数据以及互联网等信息技术为基础，各级用户通过PC端WEB、APP客户端、微信端等多种渠道访问平台数据，实现远程系统管理功能。用户可实时对项目上每个重要参数进行实时监测、管理，同时实现基于平台的远程手动控制。
5.2 功能介绍
5.2.1 数据实时监控
平台支持实时查看所测环境的水雨情数据。数据可以通过图形化界面、列表等方式反映，图形化界面的优势在于让用户直观看到数据和传感器相对位置，列表则更利于用户对数据进行对比。
【首页数据展示】
【列表展示】
5.2.2 实时地图显示
系统以物联网技术和GIS技术为支撑，使用户更加直观的观测所有测点分布位置及状态。
5.2.3 超限告警
当任一要素超过预置报警值、设备处于离线状态时，系统能提供平台界面告警、短信告警、电话告警、邮件告警等报警方式，并进行事件记录，供调用和分析。
支持所有监测因子报警上限、下限，预警上限、下限设置，支持因子数据异常字体变色，因子告警数据颜色用户可自定义。
针对短信、振铃、微信、邮件告警方式有专门的告警联系人管理列表，便于当报警联系人变动时快速查询、添加、删除。
5.2.4 视频监控
全面性的监管，实现水雨情监测站周边环境画面联网呈现，支持在现场安装摄像头及传感器，传感器监测到的数据通过视频字符叠加器可叠加在监控画面上，其界面显示全部信息，避免反复切换，实现远程监控。
5.2.5 历史数据查询、导出
可通过系统查询每个监测点的设备信息，对设备监测数据、历史数据进行查询。并生成数据曲线图，具有单个或多个因子数据存储/查询/导出数据功能，支持PDF、excel等多种数据格式导出，导出内容标题、使用单位名称用户可自定义，同时可导出数据查询的时间段、查询数据账号、保存数据间隔、离线判断间隔等重要信息。
【历史数据列表查看】
【历史数据曲线查看】
5.2.6 继电器控制
支持电脑端、APP端远程手动控制现场设备继电器，且继电器名称可自定义编辑，相应继电器控制功能是否启用客户可自行编辑。
5.2.7 系统管理
平台具有完善的权限分级和管辖分区等等功能，无限级权限设定，根据要求自由组合权限。用户操作具有完善的日志记录，方便查看操作记录。
5.2.8 账号分级
支持账号分级管理，针对项目实际需求增设子账号，并分配不同管理权限，做到项目管理分工明确，用户可定义不同的用户角色，并赋予角色的不同权限管理，所有的用户操作都进行自动记录，没有权限的用户将不能进行操作。
【账号管理】
【管理员权限设置】
【管理员菜单权限】
5.2.9 设备管理
可对设备进行节点、报警、储存进行设置。
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名称 |
解释 |
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设备名称 |
填写设备名称，默认名称为设备地址 |
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设备地址 |
显示设备地址，不可更改 |
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设备经纬度 |
写入设备经纬度，可在地图中查看设备显示位置。（注意：如果以设备自带经纬度信息为准，此处可不填写） |
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告警记录 |
开启告警记录，当设备报警时，数据库中会记录告警信息，关闭告警记录，则无法查询告警记录。 |
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离线短信 |
开启离线短信，当设备离线时会发送告警短信至绑定手机号 |
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离线邮件 |
开启离线邮件，当设备离线时会发送告警邮件至绑定邮箱。 |
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离线判断间隔 |
设置设备离线时间，当设备在设置时间内重新上线，平台默认此设备未离线。 |
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短信告警间隔 |
当设备在平台告警后，告警信息按照设置时间间隔发送告警短信，时间最低设置5min。 |
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邮件告警间隔 |
当设备在平台告警后，告警信息按照设置时间间隔发送告警邮件。 |
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保存数据间隔 |
设置时间间隔保存设备数据。 |
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短信最多发送次数 |
防止设备超限时间过长，一直发送告警短信，可设置最多发送短信次数。 |
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节点列表 |
设备节点设置，详情见节点信息设置。 |
5.2.10 流量卡预警功能
实时获取现场4G型物联网设备的卡号，自动分析卡号剩余流量，自动分析，到期时间预警提醒，让项目管理人员及时充值，防止流量卡到期运营商销号造成项目停滞。
5.2.11 大屏可视化
可投屏显示，自动刷新，集中滚动显示各监测点的环境监测数据，实时展现水位、降雨量等要素的动态曲线，数据清晰、直观，便于管理人员进行系统查看。
5.2.12 移动端APP
为方便移动端用户监测数据，推出“云控通”手机APP，方便用户24小时实时监测。可以通过账号密码登录云平台，一键控制上万个设备。支持视频查看，设备故障/异常报警，支持离线告警功能，支持实时数据查看，历史数据曲线查看，还可连接蓝牙打印机进行数据打印。
5.2.13二次开发
山东仁科提供的云平台完全免费，界面完全中性，并支持用户二次开发。
5.2.14 千人千面
针对小规模应用的用户，云平台提供可配置的“千人千面”界面与私有域名解析的服务，客户只需要投入几十元购买一个域名，备案成功后就能拥有自己的私有登录链接，且登录界面平台名称可根据用户要求更改。
