基于無線網(wǎng)絡(luò)的水利監(jiān)測(cè)系統(tǒng)淺析

1、基于無線網(wǎng)絡(luò)的水利監(jiān)測(cè)系統(tǒng)淺析摘 要：簡(jiǎn)要闡述了建設(shè)一體化無線水利監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)架構(gòu)，并對(duì)水利監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的現(xiàn)狀進(jìn)行簡(jiǎn)要分析；本文提出建設(shè)一體化的無線水利監(jiān)測(cè)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(cè)和預(yù)警的實(shí)時(shí)性和有效性，最后文章闡述了一種基于無線網(wǎng)絡(luò)水利監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)方案。關(guān)鍵詞：無線；RTU；GPRS ；水利；預(yù)警廣播；監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；平臺(tái)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(guó)版圖遼闊，河流、湖泊、水庫(kù)眾多，自然條件復(fù)雜并且是一個(gè)自然災(zāi)害頻繁的國(guó)家，對(duì)于水利的建設(shè)有著悠久的歷史，大禹治水的事跡更是廣為傳播，對(duì)于一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，水利的建設(shè)更是“三農(nóng)”的命脈。近些年

4、來，國(guó)家對(duì)水利建設(shè)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(guó)水利工程行業(yè)市場(chǎng)前瞻與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報(bào)告資料顯示，2013年我國(guó)水利建設(shè)投資總共落實(shí)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(zhǎng)了5倍多，為水利行業(yè)以及監(jiān)測(cè)設(shè)備的研發(fā)和創(chuàng)新提供動(dòng)力。由于各地氣候不一，河流、湖泊、水庫(kù)現(xiàn)狀不一，水系復(fù)雜，以致洪澇旱災(zāi)頻發(fā)，水利工程建設(shè)管理和防汛抗旱任務(wù)極其繁重，建立合理、完善、高效的水利監(jiān)測(cè)系統(tǒng)勢(shì)在必行。2目前水利監(jiān)測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)狀雖然我國(guó)水利建設(shè)在不斷的發(fā)展和進(jìn)步，但是我國(guó)信息化起點(diǎn)比較低，對(duì)水利監(jiān)測(cè)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(jī)構(gòu)對(duì)于系統(tǒng)的架構(gòu)以及開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)沒有明確的定義，基于上述現(xiàn)狀勢(shì)必造成以下的問題：2.1 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)差異：每個(gè)系統(tǒng)開發(fā)商均針對(duì)業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)，而每個(gè)系統(tǒng)開發(fā)商設(shè)計(jì)各不相同，兩個(gè)相關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，或者要通過大量的系統(tǒng)升級(jí)才能實(shí)現(xiàn)共享；2.2 系統(tǒng)可維護(hù)、擴(kuò)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(kù)設(shè)計(jì)差異需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，這就造成某個(gè)水利機(jī)構(gòu)同時(shí)使用好幾套業(yè)務(wù)系統(tǒng)，由于系統(tǒng)架構(gòu)、UI設(shè)計(jì)不一樣，每個(gè)業(yè)務(wù)都需要不同的專業(yè)人員進(jìn)行維護(hù)；2.3 系統(tǒng)安全性差：由于一個(gè)水利部門同時(shí)使用幾套業(yè)務(wù)系統(tǒng)，賬號(hào)和密碼也有好幾套，致使用戶體驗(yàn)較差，沒有統(tǒng)一的安全

6、認(rèn)證授權(quán)系統(tǒng)進(jìn)行賬號(hào)分配和授權(quán)，在信息安全方面比較薄弱；2.4 系統(tǒng)建設(shè)單一：?jiǎn)我坏臉I(yè)務(wù)系統(tǒng)建設(shè)，致使服務(wù)目標(biāo)也比較單一，各個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的建設(shè)比較分散，數(shù)據(jù)庫(kù)以及業(yè)務(wù)平臺(tái)大多分散在各個(gè)不同的部門和地區(qū)，加上相互之間沒有信息共享機(jī)制，無法實(shí)現(xiàn)無縫銜接，這將導(dǎo)致不能完全發(fā)揮水利信息化建設(shè)的全部?jī)?yōu)勢(shì)，只有多系統(tǒng)的協(xié)同工作調(diào)度才能讓水利信息化建設(shè)發(fā)揮最大作用。3無線水利監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)建3.1 概述無線水利監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是指用于監(jiān)視河流、湖泊、水庫(kù)等的水利運(yùn)行情況，系統(tǒng)對(duì)采集終端的數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到監(jiān)控平臺(tái)，從而對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，及時(shí)反應(yīng)被監(jiān)測(cè)水域的水文情況，為水利相關(guān)部門的工作提供參考，提前預(yù)警防范災(zāi)害的發(fā)

7、生，減少人民群眾的財(cái)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(cè)系統(tǒng)眾多，軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)以及軟件開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)不一，但是其工作原理大同小異，當(dāng)然也存在特殊的情況。大部分都是通過各種傳感器監(jiān)測(cè)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(zhì)，溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、水質(zhì)、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(luò)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，再通過數(shù)據(jù)分析和處理后存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)庫(kù)中，最后通過業(yè)務(wù)平臺(tái)進(jìn)行預(yù)警。3.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)3.4 系統(tǒng)組成無線水利監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由監(jiān)測(cè)中心、通信網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)測(cè)設(shè)備，測(cè)量設(shè)備、水文水利監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，預(yù)警廣播信息平臺(tái)、LED

8、預(yù)警信息平臺(tái)七部分組成。3.4.1 監(jiān)測(cè)中心l 業(yè)務(wù)平臺(tái)服務(wù)器：用于部署業(yè)務(wù)平臺(tái)的服務(wù)器。l 數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器：用于存儲(chǔ)業(yè)務(wù)平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)的服務(wù)器。l 通信服務(wù)軟件：用于監(jiān)測(cè)設(shè)備與業(yè)務(wù)平臺(tái)的交互，遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)及控制設(shè)備以及數(shù)據(jù)信息接收和存儲(chǔ)，是前端設(shè)備與業(yè)務(wù)平臺(tái)的通信橋梁。l 業(yè)務(wù)平臺(tái)：水文水利監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、預(yù)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(luò)目前通信網(wǎng)絡(luò)主要分為GPRS、CDMA、北斗衛(wèi)星、光纖網(wǎng)絡(luò)等方式。通信網(wǎng)絡(luò)選擇分析：1）在國(guó)內(nèi)GPRS網(wǎng)絡(luò)覆蓋較好；2）CDMA技術(shù)優(yōu)于GPRS，但是由于它的網(wǎng)絡(luò)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(diǎn)階段；4）光纖網(wǎng)絡(luò)主

9、要用于重點(diǎn)水利工程，費(fèi)用較大。綜合考慮成本、便利性等因素，目前應(yīng)用較多的是GPRS、CDMA、3G等無線網(wǎng)絡(luò)，具體采用何種網(wǎng)絡(luò)還需要根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況靈活選擇。3.4.3 監(jiān)測(cè)設(shè)備監(jiān)測(cè)設(shè)備（RTU）負(fù)責(zé)通過測(cè)量設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集、預(yù)警、控制以及數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和傳輸。3.4.4 測(cè)量設(shè)備測(cè)量設(shè)備指的是水位計(jì)、雨量計(jì)、溫度傳感器、風(fēng)速儀、流量計(jì)等。隨著水利行業(yè)的迅速發(fā)展，就水位計(jì)這一測(cè)量設(shè)備就有以下種類：浮子式水位計(jì)、光纖水位計(jì)、跟蹤式水位計(jì)、壓力式水位計(jì)、聲波式水位計(jì)，種類不一樣實(shí)現(xiàn)原理各有不同。3.4.5預(yù)警廣播信息平臺(tái)預(yù)警廣播信息平臺(tái)是將水利監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的預(yù)警信息通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至預(yù)警終端，后者接

10、收信息轉(zhuǎn)換為語音信號(hào)后，自動(dòng)開啟音頻放大器和本地高音喇叭，使預(yù)警信息在極短時(shí)間內(nèi)在各地市及鄉(xiāng)鎮(zhèn)及時(shí)廣播預(yù)警，通過預(yù)警廣播，群眾可以在最短時(shí)間內(nèi)了解情況，面對(duì)災(zāi)害做出疏散轉(zhuǎn)移等措施，提高了預(yù)警的實(shí)時(shí)有效性；預(yù)警廣播不僅可以接收水文災(zāi)害的預(yù)警，同時(shí)也可以為國(guó)土、林業(yè)、消防、教育、衛(wèi)生等相關(guān)部門在地震、地質(zhì)災(zāi)害、森林火險(xiǎn)、化工事故等災(zāi)害發(fā)生時(shí)，通過該平臺(tái)接口發(fā)布預(yù)警信息。3.4.6 LED預(yù)警信息平臺(tái)LED預(yù)警信息平臺(tái)就是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)將預(yù)警信息顯示在LED屏，工作人員無需進(jìn)入業(yè)務(wù)系統(tǒng)就可以直觀了解當(dāng)前的水文情況和預(yù)警信息，目前主要應(yīng)用于氣象預(yù)警，防汛會(huì)議，汛期監(jiān)控等。3.5 應(yīng)用案例該應(yīng)用案例應(yīng)用在廣西

11、柳州，根據(jù)國(guó)家編制大綱要求，結(jié)合該地區(qū)用戶的需求，此方案為水利防汛部門建設(shè)并實(shí)施了基于無線網(wǎng)絡(luò)的一體化水利防汛監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；整個(gè)系統(tǒng)由通信監(jiān)控中心，通信網(wǎng)絡(luò)、水文水利監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，預(yù)警廣播信息平臺(tái)、LED信息發(fā)布平臺(tái)五大部分組成，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下：在整個(gè)系統(tǒng)中，采集和傳輸終端均采用GSM/GPRS通信網(wǎng)絡(luò)，GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)由于網(wǎng)絡(luò)覆蓋好，信號(hào)穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，在小數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓I(yè)應(yīng)用中得到了廣泛應(yīng)用，但是由于其采用的2.5G傳輸技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)帶寬較小，延時(shí)較大，傳輸?shù)目煽啃约兇庖蕾嚲W(wǎng)絡(luò)難以得到可靠保證，在本系統(tǒng)中，終端與平臺(tái)之間的通信采用了類TCP滑動(dòng)窗口機(jī)制一方面可以確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，同時(shí)也能提升數(shù)據(jù)傳

12、輸?shù)乃俾?，這對(duì)于確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和傳輸效率起到至關(guān)重要的作用。水文水利監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的采用BS架構(gòu)建設(shè)，主要是對(duì)水雨情的監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)報(bào)表分析，閥值報(bào)警，遠(yuǎn)程設(shè)備操作等等，實(shí)施中根據(jù)該地區(qū)的需求以及參照國(guó)家建設(shè)監(jiān)測(cè)站建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建設(shè)，安裝了自動(dòng)、人工或簡(jiǎn)易的雨量站、水位站，在需要重點(diǎn)監(jiān)測(cè)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)建設(shè)了視頻監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控以及設(shè)置了圖像的定時(shí)上傳；預(yù)警廣播信息平臺(tái)，采用BS架構(gòu)建設(shè)，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(luò)使用預(yù)警廣播信息平臺(tái)進(jìn)行多種模式的預(yù)警操作；LED信息發(fā)布平臺(tái)，采用BS架構(gòu)建設(shè)，可以通過短信或者Internet網(wǎng)絡(luò)的方式對(duì)報(bào)警信息，雨水情信息進(jìn)行LED屏幕直

13、觀顯示，為防汛會(huì)議，汛期監(jiān)控起到重要作用；一體化防汛監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)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(jí)和優(yōu)化，在滿足編制大綱的基礎(chǔ)上，更進(jìn)一步的完善了功能，更貼近客戶的實(shí)際應(yīng)用和需求。4結(jié)束語本文提出的無線水利監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，考慮了水文監(jiān)測(cè)信息采集，傳輸，分析，預(yù)警及預(yù)警信息多種發(fā)布方式，是一套綜合的監(jiān)測(cè)預(yù)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(guó)的水利建設(shè)任重道遠(yuǎn)，建設(shè)一體化快捷的水利監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，形成合理布局，功能完善、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需求、滿足水庫(kù)監(jiān)測(cè)，水資源管理、防汛抗旱、城市防洪、河道監(jiān)測(cè)、地下水、水生態(tài)需要的各類監(jiān)測(cè)站網(wǎng)體系，能更有效地發(fā)揮水利信息化建設(shè)的重要作用，通過規(guī)范各平臺(tái)接口及系統(tǒng)的