基于無線網(wǎng)絡的水利監(jiān)測系統(tǒng)淺析

1、基于無線網(wǎng)絡的水利監(jiān)測系統(tǒng)淺析摘 要：簡要闡述了建設一體化無線水利監(jiān)測系統(tǒng)的基礎架構，并對水利監(jiān)測系統(tǒng)的現(xiàn)狀進行簡要分析；本文提出建設一體化的無線水利監(jiān)測系統(tǒng)，是基于多系統(tǒng)無縫銜接協(xié)同工作以提高監(jiān)測和預警的實時性和有效性，最后文章闡述了一種基于無線網(wǎng)絡水利監(jiān)測系統(tǒng)的系統(tǒng)架構方案。關鍵詞：無線；RTU；GPRS ；水利；預警廣播；監(jiān)測系統(tǒng)；平臺Analysis of a water monitoring system based on the mobile network Tang ShibinAbstract：Described a wireless water monitoring syst

2、em infrastructure, Analyzed the current water monitoring system status, This article proposed the intelligent water monitoring system should not construct single purpose system, It should think about the integration of different single purpose systems to provide the availability and real time action

3、. In the final chapter, the article described an integration of multi purpose wireless water monitoring system.Key words: Wireless; RTU; GPRS; Water; Early Warning broadcast; Monitoring system; Platform1引言我國版圖遼闊，河流、湖泊、水庫眾多，自然條件復雜并且是一個自然災害頻繁的國家，對于水利的建設有著悠久的歷史，大禹治水的事跡更是廣為傳播，對于一個農(nóng)業(yè)大國，水利的建設更是“三農(nóng)”的命脈。近些年

4、來，國家對水利建設的投資也不斷加大，據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的2013-2017年中國水利工程行業(yè)市場前瞻與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報告資料顯示，2013年我國水利建設投資總共落實4397億元，其中中央投資1408億元、地方投資2989億元，相較于2006年的794億元，增長了5倍多，為水利行業(yè)以及監(jiān)測設備的研發(fā)和創(chuàng)新提供動力。由于各地氣候不一，河流、湖泊、水庫現(xiàn)狀不一，水系復雜，以致洪澇旱災頻發(fā)，水利工程建設管理和防汛抗旱任務極其繁重，建立合理、完善、高效的水利監(jiān)測系統(tǒng)勢在必行。2目前水利監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)狀雖然我國水利建設在不斷的發(fā)展和進步，但是我國信息化起點比較低，對水利監(jiān)測系統(tǒng)的整體統(tǒng)一規(guī)劃比較缺乏，水利

5、部門各分支機構對于系統(tǒng)的架構以及開發(fā)的標準沒有明確的定義，基于上述現(xiàn)狀勢必造成以下的問題：2.1 數(shù)據(jù)庫設計差異：每個系統(tǒng)開發(fā)商均針對業(yè)務系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)庫的設計，而每個系統(tǒng)開發(fā)商設計各不相同，兩個相關聯(lián)的系統(tǒng)無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，或者要通過大量的系統(tǒng)升級才能實現(xiàn)共享；2.2 系統(tǒng)可維護、擴展性差：采集終端采集的數(shù)據(jù)需要發(fā)送到不同的數(shù)據(jù)中心，由于數(shù)據(jù)庫設計差異需要對數(shù)據(jù)進行處理，這就造成某個水利機構同時使用好幾套業(yè)務系統(tǒng)，由于系統(tǒng)架構、UI設計不一樣，每個業(yè)務都需要不同的專業(yè)人員進行維護；2.3 系統(tǒng)安全性差：由于一個水利部門同時使用幾套業(yè)務系統(tǒng)，賬號和密碼也有好幾套，致使用戶體驗較差，沒有統(tǒng)一的安全

6、認證授權系統(tǒng)進行賬號分配和授權，在信息安全方面比較薄弱；2.4 系統(tǒng)建設單一：單一的業(yè)務系統(tǒng)建設，致使服務目標也比較單一，各個業(yè)務系統(tǒng)的建設比較分散，數(shù)據(jù)庫以及業(yè)務平臺大多分散在各個不同的部門和地區(qū)，加上相互之間沒有信息共享機制，無法實現(xiàn)無縫銜接，這將導致不能完全發(fā)揮水利信息化建設的全部優(yōu)勢，只有多系統(tǒng)的協(xié)同工作調度才能讓水利信息化建設發(fā)揮最大作用。3無線水利監(jiān)測系統(tǒng)構建3.1 概述無線水利監(jiān)測系統(tǒng)是指用于監(jiān)視河流、湖泊、水庫等的水利運行情況，系統(tǒng)對采集終端的數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡發(fā)送到監(jiān)控平臺，從而對這些數(shù)據(jù)進行分析，及時反應被監(jiān)測水域的水文情況，為水利相關部門的工作提供參考，提前預警防范災害的發(fā)

7、生，減少人民群眾的財產(chǎn)損失以及生命安全的威脅。3.2 工作原理水利行業(yè)水文水利監(jiān)測系統(tǒng)眾多，軟件架構設計以及軟件開發(fā)標準不一，但是其工作原理大同小異，當然也存在特殊的情況。大部分都是通過各種傳感器監(jiān)測到被監(jiān)控區(qū)域的水位、流量、流速、降雨（雪）、蒸發(fā)、泥沙、冰凌、墑情、水質，溫度、濕度、風速、風向、水質、水流速、水量、視頻圖像或圖片等數(shù)字化信息，接著通過GPRS、CDMA、3G等無線網(wǎng)絡傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，再通過數(shù)據(jù)分析和處理后存儲至數(shù)據(jù)庫中，最后通過業(yè)務平臺進行預警。3.3 系統(tǒng)結構3.4 系統(tǒng)組成無線水利監(jiān)測系統(tǒng)由監(jiān)測中心、通信網(wǎng)絡、監(jiān)測設備，測量設備、水文水利監(jiān)測系統(tǒng)，預警廣播信息平臺、LED

8、預警信息平臺七部分組成。3.4.1 監(jiān)測中心l 業(yè)務平臺服務器：用于部署業(yè)務平臺的服務器。l 數(shù)據(jù)庫服務器：用于存儲業(yè)務平臺的數(shù)據(jù)庫的服務器。l 通信服務軟件：用于監(jiān)測設備與業(yè)務平臺的交互，遠程監(jiān)測及控制設備以及數(shù)據(jù)信息接收和存儲，是前端設備與業(yè)務平臺的通信橋梁。l 業(yè)務平臺：水文水利監(jiān)測系統(tǒng)、預警廣播發(fā)布系統(tǒng)、LED內(nèi)容發(fā)布系統(tǒng)等。3.4.2通信網(wǎng)絡目前通信網(wǎng)絡主要分為GPRS、CDMA、北斗衛(wèi)星、光纖網(wǎng)絡等方式。通信網(wǎng)絡選擇分析：1）在國內(nèi)GPRS網(wǎng)絡覆蓋較好；2）CDMA技術優(yōu)于GPRS，但是由于它的網(wǎng)絡覆蓋率不高，有的地區(qū)仍無法使用；3）北斗衛(wèi)星通信方式目前屬于試點階段；4）光纖網(wǎng)絡主

9、要用于重點水利工程，費用較大。綜合考慮成本、便利性等因素，目前應用較多的是GPRS、CDMA、3G等無線網(wǎng)絡，具體采用何種網(wǎng)絡還需要根據(jù)項目實際情況靈活選擇。3.4.3 監(jiān)測設備監(jiān)測設備（RTU）負責通過測量設備進行監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集、預警、控制以及數(shù)據(jù)的存儲和傳輸。3.4.4 測量設備測量設備指的是水位計、雨量計、溫度傳感器、風速儀、流量計等。隨著水利行業(yè)的迅速發(fā)展，就水位計這一測量設備就有以下種類：浮子式水位計、光纖水位計、跟蹤式水位計、壓力式水位計、聲波式水位計，種類不一樣實現(xiàn)原理各有不同。3.4.5預警廣播信息平臺預警廣播信息平臺是將水利監(jiān)測系統(tǒng)的預警信息通過無線網(wǎng)絡發(fā)送至預警終端，后者接

10、收信息轉換為語音信號后，自動開啟音頻放大器和本地高音喇叭，使預警信息在極短時間內(nèi)在各地市及鄉(xiāng)鎮(zhèn)及時廣播預警，通過預警廣播，群眾可以在最短時間內(nèi)了解情況，面對災害做出疏散轉移等措施，提高了預警的實時有效性；預警廣播不僅可以接收水文災害的預警，同時也可以為國土、林業(yè)、消防、教育、衛(wèi)生等相關部門在地震、地質災害、森林火險、化工事故等災害發(fā)生時，通過該平臺接口發(fā)布預警信息。3.4.6 LED預警信息平臺LED預警信息平臺就是實時動態(tài)將預警信息顯示在LED屏，工作人員無需進入業(yè)務系統(tǒng)就可以直觀了解當前的水文情況和預警信息，目前主要應用于氣象預警，防汛會議，汛期監(jiān)控等。3.5 應用案例該應用案例應用在廣西

11、柳州，根據(jù)國家編制大綱要求，結合該地區(qū)用戶的需求，此方案為水利防汛部門建設并實施了基于無線網(wǎng)絡的一體化水利防汛監(jiān)測系統(tǒng)；整個系統(tǒng)由通信監(jiān)控中心，通信網(wǎng)絡、水文水利監(jiān)測系統(tǒng)，預警廣播信息平臺、LED信息發(fā)布平臺五大部分組成，網(wǎng)絡拓撲結構如下：在整個系統(tǒng)中，采集和傳輸終端均采用GSM/GPRS通信網(wǎng)絡，GSM/GPRS網(wǎng)絡由于網(wǎng)絡覆蓋好，信號穩(wěn)定的優(yōu)點，在小數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓I(yè)應用中得到了廣泛應用，但是由于其采用的2.5G傳輸技術，網(wǎng)絡帶寬較小，延時較大，傳輸?shù)目煽啃约兇庖蕾嚲W(wǎng)絡難以得到可靠保證，在本系統(tǒng)中，終端與平臺之間的通信采用了類TCP滑動窗口機制一方面可以確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕瑫r也能提升數(shù)據(jù)傳

12、輸?shù)乃俾?，這對于確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和傳輸效率起到至關重要的作用。水文水利監(jiān)測系統(tǒng)的采用BS架構建設，主要是對水雨情的監(jiān)測，數(shù)據(jù)報表分析，閥值報警，遠程設備操作等等，實施中根據(jù)該地區(qū)的需求以及參照國家建設監(jiān)測站建設的標準進行建設，安裝了自動、人工或簡易的雨量站、水位站，在需要重點監(jiān)測的監(jiān)測點建設了視頻監(jiān)控設備進行監(jiān)控以及設置了圖像的定時上傳；預警廣播信息平臺，采用BS架構建設，可以通過短信，電話語音也可以通過局域網(wǎng)以及Internet網(wǎng)絡使用預警廣播信息平臺進行多種模式的預警操作；LED信息發(fā)布平臺，采用BS架構建設，可以通過短信或者Internet網(wǎng)絡的方式對報警信息，雨水情信息進行LED屏幕直

13、觀顯示，為防汛會議，汛期監(jiān)控起到重要作用；一體化防汛監(jiān)測系統(tǒng)建設完成后，在汛期提供了良好的保障，得到了用戶的肯定，目前系統(tǒng)還在不斷的升級和優(yōu)化，在滿足編制大綱的基礎上，更進一步的完善了功能，更貼近客戶的實際應用和需求。4結束語本文提出的無線水利監(jiān)測系統(tǒng)，考慮了水文監(jiān)測信息采集，傳輸，分析，預警及預警信息多種發(fā)布方式，是一套綜合的監(jiān)測預警方案，在一定程度上可以提高系統(tǒng)集成度，解決本文前面闡述的目前通用系統(tǒng)的一些問題。我國的水利建設任重道遠，建設一體化快捷的水利監(jiān)測系統(tǒng)，形成合理布局，功能完善、適應經(jīng)濟社會發(fā)展需求、滿足水庫監(jiān)測，水資源管理、防汛抗旱、城市防洪、河道監(jiān)測、地下水、水生態(tài)需要的各類監(jiān)測站網(wǎng)體系，能更有效地發(fā)揮水利信息化建設的重要作用，通過規(guī)范各平臺接口及系統(tǒng)的