港口防風防汛預警管理系統

楊 萌

（天津港歐亞國際集裝箱碼頭有限公司，天津 300461）

0 引言

港頭堆場屬于全天24 h 作業，在促進社會生產及貨品流通中有重要的作用，所以碼頭堆場的安全管理工作十分重要。不僅如此，還要注意對當地環境提前做好預防工作，尤其是最近幾年來發生了諸多極端惡劣天氣導致的安全事故，這給當地的港口帶來了不可挽回的損失。因此，需要設計相應的港口防風防汛預警管理系統來提前預知港口的情況，能對惡劣天氣提前進行監控，進而做好相關的準備工作來應對可能發生的危險。它還能對異常大風以及風暴潮等進行預警，保證沿港口附近生產的安全，同時還能對港口的其他條件進行全天監控（如設備間的濕度、溫度等），為碼頭作業安全提供必要的數據支撐。

1 系統介紹

1.1 系統功能

在5G 物聯網技術及移動互聯網技術發展背景下，創建一套完善的港口防風防汛預警系統至關重要。本文介紹的系統擁有多種不同類別的功能，主要包含實時監測、數據分析、閾值報警、值班管理、外部接口以及設備監控功能[1]。

（1）對風速以及風向的預警。在這個過程中，當測得港口的風速大于港口的規定時，系統會發出警報，提前提示工作人員注意安全。

（2）對潮位監測及預警。即當港口的潮水達到設定的潮位時，系統會發生報警。

（3）對溫濕度監測。在工作過程中，不同的作業往往對需要的環境溫度、濕度有要求，該系統就可以實時監測作業現場的溫度和濕度。

（4）對實時環境監測。對于碼頭的空氣污染控制是一項很重要的過程，該系統可以對港口周圍的空氣成分進行監測，防止出現嚴重的空氣污染。

（5）實時天氣監測。當天氣出現惡劣變化時，系統會發出提前預警，保證當地工作正常運行。

（6）數據分析及處理功能。該系統擁有強大的存儲能力，能夠根據往年的數據分析進行繪制相關的圖形，這樣能很快對每年的風速進行季節性的預測，提前給出預警。

（7）第三方氣象數據平臺接口。在系統的設計中可以加入當期的天氣預報接口，這樣能夠更加有效地對天氣進行預判。

（8）信息共享，指的是系統內部的數據可以提供給外部系統，實現數據共享。

（9）手機客戶端。可以通過手機客戶端與系統進行連接，讓居民能夠盡快了解天氣信息。

（10）移動便攜。設計過程中每一個系統都加入定位器，這樣能夠方便人們對傳感器所在的具體位置進行追蹤，同時也更加方便。

（11）資源整合。此系統可以借助5G 物聯網技術實現與其他設計的融合，讓人們無論在任何時候都能收到相關的消息。

（12）應急短信提醒。將現代移動互聯網技術應用于系統，保證在緊急情況下用戶能收到應急短信。

1.2 系統性能及參數

（1）對港口的風速以及風向進行測定，同時也能對其他方面的參數進行測定。

（2）能夠對港口的溫度以及濕度進行測定。

（3）最大風速采集是80 m/s，采集的精度為±0.5 m/s，風向±3.6°。

（4）在設計過程中應該對不同的風速設置不同的等級報警，這樣可以更加安全，保證萬無一失。

（5）系統能夠直接對數據進行匯總，方便對數據進行分析及了解其規律，這樣就可以進行提前判定。

（6）能夠存儲所采集的數據，防止數據丟失對港口造成影響，并對數據進行監測，防止其在傳輸過程中發生錯誤。

（7）該系統能直接與當地的天氣預報系統進行連接，更加方便居民提前了解情況。

（8）能夠繪制所有數據的曲線圖，掌握相應的規律。

2 港口現場相關硬件

2.1 多普勒雷達風速風向傳感器

系統主要包塊金屬支架、電源、傳感器以及采集儀器，通過這些儀器能夠測定港口周圍的風速和溫度：采用超聲波探頭測量風速，能保證風速測定的真實性，具有更高的可靠性；傳感器采用的是ELZX-WDS2000 多普勒雷達風速風向傳感器，其精度能夠達到一定的等級，還能對于不同的環境進行重新調整其精度等級[2]。

多普勒雷達風速風向傳感器的工作原理：當現場出現風的時候，由傳感器對風速的超聲波進行檢測，然后超聲波再由傳感器輸入端輸入、從輸出端輸出，通過測定超聲波在這個過程中的傳輸時間，就能得到大致的風速（圖1）。例如，對于從北邊吹過來的風，那么超聲波可以對風進行相應的時間感應。當然不管風的方向如何，該系統都能進行測定，所以超聲波能夠有效地測定當地的風速以及風向。同時該系統完全不會受到當地的其他條件影響，能夠保證很好的可靠性[3]。

2.2 雷達潮位傳感器

雷達潮位傳感器是通過互聯網技術與物聯網技術進行連接的，運用的也是超聲遙測技術，超聲波設置在20～50 kHz。它主要是通過脈沖的方式進行工作：超聲波發生一個脈沖，然后脈沖在海面進行傳播，如果遇到潮位的上漲，脈沖就會返回一個值，工作人員通過對返回時間進行分析最終就可以得到潮位的具體時間。值得注意的是，應該考慮空間溫度的影響，因為溫度對脈沖的傳播過程影響很大，所以對分析的數據應該考慮溫度系數，這樣才能提高可靠性。因此，通過應用5G 物聯網技術置入其中，可以讓潮位傳感器內部集成溫度傳感器，對溫度進行修正[4]。采用5G 技術后，當現場沒有網絡支持時，可以通過5G 傳送數據，極大增加了設備的適用范圍。該設備也可以承受十分惡劣的外部天氣，在天氣條件十分惡劣的情況下依然可以獲得較為可靠的數據。

3 總結

隨著港口的高樓以及施工設備與日俱增，如果不對港口周圍環境進行風速以及風向的預測，就很容易造成較大的損失。該系統能夠很好地對港口的相關數據進行測定，有效保證當地設備以及工作人員的相關安全，同時用戶可以根據自己的需求進行功能選擇。綜上所述，使用這種系統來對港口的各種天氣條件進行監控，可以防止發生意外事故，提前做好各種預防方案。總之，該系統能夠運用到各種各樣的場景，有很高的利用價值。

圖1 多普勒雷達風速風向傳感器